浅谈轻质节能保温屋面板在工业厂房设计中的应用

1　前言
在工业厂房设计中，厂房横向承重结构是由柱及屋顶横向结构组成的框（排）架，在各个框（排）架之间是由屋面板或檩条、托架、屋盖支撑等纵向构件相互连接在一起，组成空间工作的结构。在这些纵向构件中，以大型钢筋混凝土屋面板和屋盖纵向水平支撑的刚度为最大，传力较可靠。但大型屋面板重量较大，增加屋架及柱系统的断面及用钢量，经济性较差。在鞍钢股份线材厂总体改造工程中，新建成品跨厂房屋面采用轻质节能保温屋面板，现将其在设计和使用中遇到的问题与大家共同探讨。

2　轻质节能保温屋面板
轻质节能保温屋面板是一种适应国家建筑节能要求的新型建材，由轻骨料混凝土、网格布及保温材料复合而成，具有轻质、节能、高强、保温、泄爆等优点。轻质节能保温屋面板适用于仓库、锅炉房、车库、工业厂房的屋面板及条件相当的民用建筑的屋面板。轻质节能保温屋面板适用于抗震设防烈度≤8度地区。轻质节能保温屋面板是按一类环境，正常室内温度下设计的，未考虑侵蚀性介质及受冲击荷载时等特殊因素的影响。
2.1.1　材料
1、轻骨料混凝土强度等级LC25，采用氯氧镁水泥，密度=16kN/㎜3;（最大氯离子含量＜1%）; 混凝土轴心抗压强度设计值：fc=12.5 N/㎜2; 混凝土轴心抗拉强度设计值：ft=1.3 N/㎜2；混凝土弹性模量（实测）：Ec=2.40×104 N/㎜2.
2、钢筋及焊条
 HRB335（φ）:钢筋强度设计值fy=300 N/㎜2; 钢筋弹性模量：Es=2.0×105 N/㎜2.
 HRB335（φ）:钢筋强度设计值fy=210 N/㎜2; 钢筋弹性模量：Es=2.0×105 N/㎜2.
 乙级冷拔低碳钢丝（φb）:钢筋强度设计值fy=320 N/㎜2; 钢筋弹性模量：Es=2.0×105 N/㎜2.
 钢筋网焊条：E50系列；埋件焊条：E43系列.
 埋件钢板：Q235。
 钢筋及埋件均做防腐处理。
3、中碱或无碱玻璃纤维网格布抗拉强度：1250/50㎜（径向），1000/50㎜（纬向）
4、阻燃型聚苯乙烯板：阻燃型氧指数（%）≥30，导热系数≤0.041w/cm•k,密度为18kg/m3.
5、岩棉：密度为140kg/m3。
2.1.2　设计原则
1、板的结构安全等级为二级，重要性系数γ0=1.0,裂缝控制等级为三级，裂缝宽度限值≤0.3㎜,板长L＜7000㎜时，[f]≤L0/200; 板长9000㎜＞L≥7000㎜时，[f]≤L0/250.
2、设计使用年限为50年。
3、构件受均布荷载时应根据使用要求，按承载力极限状态和正常使用极限状态，分别计算荷载组合的设计值，并满足下式：
 Qd=1.35GX＋1.4×0.7QX≤[Qd]
 Qk=GX＋QX≤[Qk]
 Qq=GX＋ψqQX≤[Qq]
以上三项荷载效应组合，必须同时小于或等于相应的允许值，永久荷载标准值包括板自重及灌缝重。
2.1.3 构造要求
轻质节能保温屋面板由聚苯乙烯板外包两层玻璃纤维网格布、三层氯氧镁水泥及肋梁组成。
1、钢筋骨架为焊接。
2、纵肋主筋保护层为20㎜；边肋及中间肋保护层为15㎜。（工厂生产的预制构件）。
3、板端搁置在砖砌体上不小于100㎜,搁置在混凝土梁、墙或钢屋架及钢梁上不小于80㎜。
4、当板端与钢屋架及钢梁联接时，每个纵肋端部均应设置预埋件，每块板至少焊三点。每个吊钩与相邻板的吊钩应焊接。
2.1.4 制作及安装
1、起吊堆放时混凝土强度不应低于设计强度的75%，达到100%时方可安装使用。
2、板堆放运输时，不得倒置，要求场地平整、坚实、重叠层数不宜超过六层，沿每根长肋每边各设两垫点（采用红砖或木块），距板端不大于600㎜.
3、当板搁置在砖砌体上时，搭板前用M5混合砂浆找平，并应严格控制表面标高一致，然后坐浆铺板。
4、板与板之间缝隙＜30㎜,需用C25细石混凝土填实，30～100㎜时沿板缝设一根通长钢筋，钢筋直径由设计确定，用C25细石混凝土填实。
2.1.5 构件质量检验
板的制作、外观质量检验应按《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）有关规定进行。

3　强度安全性
3.1.1　原始计算资料的收集
进行一项工程屋面板的计算，首先要收集相关资料，其中包括：
1、屋面板的使用条件，例如是否为高温厂房（60℃以上），是否为高湿度车间、浴室、游泳馆等，防火等级等等；
2、建筑地区的自然条件，如风荷载、雪荷载；
3、屋面构造情况及有无女儿墙、高低跨、屋面坡度、跨度等情况；
4、有无吊顶、吊挂设备、管道、电缆及桥架等设备荷载情况。
5、混凝土的强度等级、钢筋级别、保护层厚度等。
6、屋面板几何尺寸及所处位置，是否为天沟板、挑檐板等。
3.1.2 荷载计算
1、屋面恒荷载（永久荷载）
屋面材料：如防水层、找平层、找坡层、隔气层等等；屋面板自重；板面上及板面下的吊顶、吊挂设备。管道等重量。其中第一项可按屋面构造查《荷载规范》，应按最不利情况取用，或按设计提供资料取用；第二项按模板几何尺寸计算；第三项必须根据设计资料确定。
2、屋面活荷载（可变荷载）
不上人屋面：0.5kN/㎜2；上人屋面：2.0 kN/㎜2，特殊情况另行处理，也可按工程实际情况取用。
3、雪荷载（可变荷载）
屋面水平投影面积上的雪荷载标准值：Sk=μr S0 (kN/㎜2)
4、屋面积灰荷载（可变荷载）
生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑，应按《荷载规范》考虑屋面积灰荷载。
5、施工和检修荷载（可变荷载）
 计算屋面板的纵横肋时施工和检修荷载（人和小工具的自重）应取1.0 kN，并应在最不利位置进行验算。（验算抗弯放在跨中，验算抗剪放在端头，在大跨度构件中要验算）
 计算挑檐时，应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载。
3.1.3 荷载组合
1、对于承载能力极限状态，按荷载效应的基本组合：
对屋面板、檐口板：
 永久荷载＋活荷载与雪荷载的较大值＋积灰荷载
 永久荷载＋施工和检修荷载＋0.5雪荷载和积灰荷载中的较大值对天沟板：
 永久荷载＋积灰荷载＋积水荷载
 永久荷载＋积灰荷载＋施工和检修荷载
由可变荷载效应控制的基本组合：S=γGSGK＋γQ1SQ1K＋∑γQiψqi SQiK
由永久荷载效应控制的基本组合：S=γGSGK＋∑γQiψci SQiK
2、对于正常使用极限状态，采用荷载的标准组合和准永久组合：
 荷载效应的标准组合：S=SGK＋∑ψci SQiK
 荷载效应的准永久组合：S=SGK＋∑ψqi SQiK
3.1.4 强度计算
1、几何尺寸与计算简图
取单根纵肋AB作为计算单元，简化为T形截面，配筋计算按矩形截面，挠度计算考虑受压翼缘的作用，荷载面积取板面的一半。（如图中阴影线面积）
1、正截面受弯承载力计算(略)
2、斜截面受剪承载力计算(略)

3.1.5 正常使用极限状态验算
1、裂缝宽度验算
按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大宽度应满足：ωmax≤[ωmax]
2、挠度验算
受弯构件在正常使用极限状态下的挠度，可根据构件刚度用结构力学方法计算，构件的刚度按荷载效应标准值并考虑荷载长期作用影响进行计算。
f≤[f],当跨高比l0/h≤20,可不作挠度验算，由此说明，板的配筋不是强度控制的，而是刚度（即挠度）控制的。
3 适用耐久性
虽然轻质节能保温屋面板设计使用年限为50年，但对组成轻质节能保温屋面板中的各材料的使用年限能否达到要求，本人有保留意见。因为轻质节能保温屋面板是由聚苯乙烯板外包两层玻璃纤维网格布、三层氯氧镁水泥及肋梁组成的，对于玻璃纤维网格布在大气环境中，在风、霜、雨、雪经年累月作用下，因其材质的性质，决定了其老化程度会逐年增加，这必然会对轻质节能保温屋面板使用产生影响，经过若干年后，轻质节能保温屋面板能否保证其原先强度有待进一步证实。
4 经济性比较
采用轻质节能保温屋面板在经济效果上突出的。通过计算，采用轻质节能保温屋面板WMB6.0×1.5与1.5m×6.0m预应力混凝土屋面板相比较，由于屋面板自重减轻，同跨度、同荷载作用下的屋架用钢量节省30%，相应柱系统用钢量节省20%，同时，屋面板带有保温层，减少施工工序，施工简便，经济效果显著。
5　结论
以上通过从材料制作、强度安全性、使用耐久性、经济性等几个方面进行综合论述轻质节能保温屋面板, 使大家对轻质节能保温屋面板有一个全面认识，希望在今后的工业厂房设计中提供一种参考意见。轻质节能保温屋面板是一种适应国家建筑节能要求的新型建材，发展前景广阔，虽目前从强度安全性、经济性看，轻质节能保温屋面板能满足现行规范和工程设计要求，但从长远其使用耐久性方面，应对材料耐久性提出更高要求，以保证在设计使用年限内其强度安全性，这应是轻质节能保温屋面板今后不断改进的发展方向。

参　考　文　献
1　轻质节能保温屋面板（辽2004G701）. 辽宁：辽宁省建筑标准设计研究院, 2004
2　混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002