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1 前言
钢网架近年在我国发展很快,但不少工程常因网架屋面板得不到解决而放弃使用网架结构。
1993 年我们承接了中国民航设计院委托的海南三亚凤凰国际机场候机楼屋面板的研制及生产。凤凰机场是中法合资兴建的大型国际机场,地处海南省三亚市,候机楼是参照法国一家机场建筑造型和结构进行设计的。法国这家机场地处内陆地区,屋面板选用的是类似聚氨酯夹芯钢板复合板,而三亚市地处台风多发地带,聚氨酯类轻板难以适用。
在不增加钢网架成本的前提下,如何选择单块自重小于60kg/ m2 ,跨距5 m ,承载大于1. 7 kPa ,保温（词条“保温”由行业大百科提供）、隔热（词条“隔热”由行业大百科提供）、抗风、耐压的屋面板就成为一个非常重要的问题。
普通的混凝土屋面板自重在140 kg/ m2 左右,而预应力混凝土屋面板、普通GRC 屋面板或预应力式的GRC 屋面板自重也在90 kg/ m2 以上,均不能满足要求。根据GRC 制品轻质、高强、易模性好等特点,GRC 屋面板一般宜做成薄壁的带肋单板。其保温材料可以在单板安装到主体之后复合或在生产时直接复合。前者工序复杂,但热工性能好,无冷桥现象;后者生产方便,但联接部位有冷桥。考虑三亚市地处亚热带,其保温材料主要是保证空调的使用效果,故采用直接生产法复合30 mm 厚自熄性聚苯板,保证主断面热绝缘系数大于0. 76 m2·K/ W(相当于490 mm 厚砖墙水平) 。屋面板跨距大,要求能够承载,自重又要求比普通的GRC 屋面板低很多,故采用钢结构制作板肋。为了保证钢结构与GRC材料的有效联接,采用钢筋做连接筋。这样GRC 屋面板既能承受风荷载和地震荷载（词条“地震荷载”由行业大百科提供）,又能承受由于温度、湿度变化而引起的内应力。
从板的构造上讲,板本身应有足够的强度和刚度,根据受力大小计算板肋的截面尺寸,在GRC 平板上的2 个肋之间的跨距亦由计算决定,一般最大跨距与厚度比不应超过100 ,为了安全,设计时平板的允许应力只取GRC 材料弯曲比例极限的1/ 2～1/ 3 。
2 板型构造设计
2. 1 构造
根据工程需要,超轻型GRC 屋面板外型设计为纵向条板,面层设计为15 mm 厚的GRC ,四周采用160 mm ×40 mm×3 mm 的薄壁型槽钢,板中部横向加2 根40 mm ×40 mm×4 mm 角钢（词条“角钢”由行业大百科提供）,其构造及断面尺寸如图1 所示。
2. 2 力学性能简算
(1) 挠度设计
根据建筑构件（词条“建筑构件”由行业大百科提供）结构要求,我们取许用挠度f < L / 250 ;三亚凤凰机场屋面板最大长度L = 4960 mm(40 mm 留作板缝) , f max < 19. 84 mm。均布荷载作用下的挠度计算公式:
3 原材料
3. 1 水泥
采用硫铝酸盐早强水泥,其主要指标如下:
细度:比表面积不小于4000 cm2/ g ;
凝结时间:初凝不小于25 min ,终凝不大于3 h ;
安定性:煮沸法检验合格;
强度:各龄期强度不得低于表1 中值。
3. 3 细骨料
采用当地河沙,含泥量小于2 % ,最大粒径小于2 mm。
3. 4 外加剂
为了减少用水量,延缓水泥的凝结,提高水泥砂浆的和易性和粘结强度（词条“粘结强度”由行业大百科提供）,一般在水中掺入一定量的复合外加剂。
3. 5 型钢（词条“型钢”由行业大百科提供）
主肋采用160 mm ×40 mm ×3 mm 槽钢,辅助的角钢采用40 mm ×40 mm ×4 mm ,钢筋采用Φ6. 3 mm ,材质全部为A3 钢,钢材（词条“钢材”由行业大百科提供）外露部分全部防锈（词条“防锈”由行业大百科提供）处理。
3. 6 保温材料
保温材料采用自熄性聚苯。
4 生产工艺
4. 1 制作前的准备工作
(1) 模具准备
检验合格后的模具,清除周围余渣后涂刷隔离剂,待用。
(2) 钢骨架准备
按照《建筑钢结构加工制作验收规范》进行钢材检验,加工焊接,焊口检验,保证钢骨架制作公差满足建筑构件的要求,然后对裸露部分做防锈处理。
4. 2 生产工艺
面层配合比的选择要考虑强度指标与施工工艺的要求。选择配合比,将切割喷射装置在模具上方往复移动,同时喷射水泥砂浆和短切抗碱玻璃纤维。它们在空中混合均匀并落入模具中,待GRC 面层喷射至一定厚度时,铺放焊接好的钢骨架,再次喷射GRC ,待GRC 喷射至15 mm 厚时,用直尺找平,铺放经过表面处理的聚苯板,再喷射GRC 保护层,并做结构连接工序,最后用抹子收边压光,待凝结硬化8 h 后起模,覆膜进入自然养护。
5 结构性能
制作成的屋面板经海南省凤凰机场指挥部、中国民航设计院、中国建设一局三公司海南分公司、机场监理、法国驻机场建设总监联合抽检,板的各项指标均合格,其中板的最大挠度指标见表3 。
检验条件:屋面板两端绞支,支点跨距4950 mm ,用3 个百分表测量板中心挠度变化,用均布逐级加载,每级加载后数据稳定5 min 读数,最后一级数据,稳定0. 5 h 读数。屋面板在荷载高达2. 5 kPa (超出设计要求47 %) 时,仍没有发现裂纹,其单位面积质量为57. 2 kg/ m2 。
6 结论
用玻璃纤维增强水泥和钢结构有效复合制成的超轻型GRC 屋面板,集合了GRC 材料轻质、耐冲击、韧性好等特点,在屋面板应用领域中增加了一个新的品种。这种屋面板在国内属于首创,其性能博得机场建设各方的好评。它的研制成功为我国钢网架结构的发展创造了有利条件。
