摘  要：某些平屋頂建筑，在炎熱的夏季，屋面在太陽的輻射熱作用下，致使屋面防水層下找平層溫度急劇升高，砂漿熱膨脹壓彎破壞，而導(dǎo)致屋面防水層破裂，屋面滲漏。提出了從定性分析到量化計(jì)算及有關(guān)預(yù)防措施。


      一般平屋頂民用建筑不上人屋面做法，如圖(一)所示，并隨主體結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫(一般50m設(shè)一道)如吉林化學(xué)工業(yè)公司，在1993年，建設(shè)完工的龍東小區(qū)，居民入住后不到一年的時間內(nèi)，屋面就出現(xiàn)了不同程度的漏水，使居民剛剛裝修好的房間和家具遭到破壞。不得不重新做防水層，造成極大的浪費(fèi)和不良影響。1996年吉林化學(xué)工業(yè)公司建設(shè)完成的哈密站小區(qū)，由于沒有真正找到導(dǎo)致屋面漏水的真正原因，只是在設(shè)計(jì)中更換了防水材料，結(jié)果和龍東小區(qū)一樣，屋面漏水沒有得到解決。不良影響更加嚴(yán)重。?

1屋面防水層開裂的原因及分析
    屋面防水層材料為焦油瀝青是相對黑體，夏季在太陽光的長時間照射下，將吸收大量的熱量，且屋面檐口裝飾向上返700mm高，不利于通風(fēng)散熱，屋面溫度高達(dá)80～９０℃，在這一溫度下，防水層變得十分柔軟，在外力作用下，及易開裂。防水層下面，有一層20毫米厚的1∶2.5水泥砂漿找平層(做防水層的基層)找平層厚度相對于找平層的寬度來講很小，可以認(rèn)為找平層截面在溫升作用下，產(chǎn)生溫度變形時，全截面受熱均勻，其達(dá)到的最高溫度近似等于面層溫度。找平層下面為1∶10瀝青珍珠巖保溫兼找坡層(做找平層的基層)，這一層是相對比較松散的材料，它和上面的的找平層粘接不牢或出現(xiàn)不同程度的脫空現(xiàn)象。當(dāng)溫度升高時，水泥砂漿找平層的砂漿受熱膨脹，而屋面四周的檐口會限制找平層砂漿的膨脹，導(dǎo)致其受到溫度壓應(yīng)力的作用。在粘結(jié)力不足或脫空位置的找平層砂漿變成受壓構(gòu)件，當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值，引起失穩(wěn)破壞或彎曲破壞，同時防水層被拉裂，而造成屋面漏水。?
2內(nèi)力分析及驗(yàn)算
    屋面在露天條件下工作，承受激烈的季節(jié)溫升、溫降；日溫升、溫降和太陽輻射作用，面層的溫度很高并有溫度梯度，除擠壓作用外，還有翹曲作用，因此更容易產(chǎn)生擠壓失穩(wěn)破壞。假定粘著力薄弱或起殼的板承受均勻的約束壓應(yīng)力(非均勻溫度時取平均溫差)，對于薄板可以忽略σy的影響，并按平均應(yīng)變問題考慮，即假定εz=0則壓應(yīng)力變化值為：

    假定找平層施工時的溫度為20?℃?，即水泥砂漿的入倉溫度為20?℃?(零應(yīng)力狀態(tài))
    T(y)為溫度沿y方向的分布，本文中砂漿沿y方向的溫度分布是均勻分布。同時考慮太陽輻射作用下板的溫升(溫降)。
    α為線膨脹系數(shù)；μ為彈性特征系數(shù)；E為彈性模量。
    單位寬度板條受到的擠壓力，當(dāng)板厚度這δ時［１］：?

    考慮以往工程經(jīng)驗(yàn)裂縫的規(guī)律是單向出現(xiàn)，可假定板的失穩(wěn)模型是受壓板條的失穩(wěn)問題。根據(jù)歐拉臨界力公式，在不同的邊界條件下，水泥砂漿不失去穩(wěn)定的擠壓力不同：?


    式中EJ為板的彎曲剛度；L為板的脫空長度。
    在屋面的條件下，面層即不是嵌固端，也不是簡支端，而是介于二者之間，取其平均值較為合適。即屋面的砂漿找平層不失去穩(wěn)定的最大擠壓力為：?

    屋面的砂漿找平層的穩(wěn)定性分析：
    吉林化學(xué)工業(yè)公司在1993年建設(shè)完工的龍東小區(qū)和在1996年建設(shè)完成的哈密站小區(qū)的屋面砂漿找平層均為1∶2.5水泥砂漿，20mm厚。房屋橫向?qū)挾葹?.6m，砂漿找平層在端部與鋼筋混凝土檐口板抹在一起，砂漿找平層和瀝青珍珠巖基層粘著力不足，可以認(rèn)為砂漿找平層承受均勻的約束壓應(yīng)力。防水層做法的厚度相對于基層厚度很小，所以對基層偏心受壓構(gòu)件的抗彎剛度影響不大，可以忽略，即取基層水泥砂漿的彈性模量和慣性矩計(jì)算。砂漿找平層在冬季最低溫度為-40℃，在夏季最高溫度為80℃，其溫升為50℃(按等溫度場考慮)，而在冬季均勻溫降為-50℃，在夏季均勻溫升為50℃，μ＝0.15，α＝10－５。根據(jù)現(xiàn)場破壞情況實(shí)測，得到十三處砂漿找平層與基層的平均脫空長度L＝1.2m，砂漿找平層破壞后的斜面平均長度為0.6025m。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算如下：
    單位寬度找平層受到的擠壓力為：?

    屋面的砂漿找平層不失去穩(wěn)定的最大擠壓力為：?

    所以有：pk＜pt屋面的砂漿找平層失去穩(wěn)定破壞。?
3防水層裂縫寬度的近似計(jì)算
    吉林化學(xué)工業(yè)公司，在1993年建設(shè)完工的龍東小區(qū)，屋面防水層為JJC防水層，即聚氯乙烯焦油防水油膏。即在合格的基層上刮涂油膏一層，厚度為5mm，防水層施工為一次成活，無增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度的構(gòu)造措施。基層裂縫寬度小于0.2mm時，涂膜不開裂。在1996年建設(shè)完圖3屋面水泥砂漿的破壞情況成的哈密站小區(qū)屋面防水層為聚氨酯改性塑料油膏改水層，即二布三涂做法。即在合格的基層上刮涂油膏一層，隨涂隨鋪50g/m２無紡布或玻璃布一層，以此類推做出二布三涂。那么在這兩種防水層做法中，抗拉強(qiáng)度最高的為二布三涂做法，其抗拉強(qiáng)度［２］為10N/mm，近似于水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度。由于防水層具有一定的抗拉強(qiáng)度并且與基層有很好的粘著力，所以在基層受壓失穩(wěn)破壞時不會產(chǎn)生有限條崩裂破壞，從而不產(chǎn)生混凝土被壓碎的現(xiàn)象，只會產(chǎn)生如圖(三)的破壞。
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3.1屋面防水層的變形情況
    而在夏季日溫升為50℃時基層的總膨脹量為：

?

    由此可見在拱頂處水泥砂漿局部產(chǎn)生的裂縫是非常大的。在9.6m長度范圍內(nèi)，不少水泥砂漿不可能是理想完善的平面，由于施工原因必然平整度有偏差，所以在溫升作用下由于膨脹必然起彭鼓，因而導(dǎo)致了防水層的局部變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于防水層材料的伸縮百分率，使防水層開裂，造成屋面漏水。?
3.3屋面防水層的應(yīng)力情況：

    屋面防水層所用材料的抗拉強(qiáng)度為：10N/mm，屋面防水層在其基層水泥砂漿找平層受壓失穩(wěn)破壞后，無法抵抗局部極大的集中變形產(chǎn)生的應(yīng)力，形成開裂裂縫，造成屋面漏水。?
5結(jié)論
    屋面防水層和其基層水泥砂漿找平層在激烈的季季溫升、溫降作用下，在水泥砂漿找平層內(nèi)產(chǎn)生了較大的溫度應(yīng)力，使水泥砂漿找平層受壓造成失穩(wěn)破壞，引起屋面防水層產(chǎn)生局部極大的集中變形和拉力，形成開裂裂縫，從而造成屋面漏水。?
6防治措施
    如本文所述，造成屋面防水層和水泥砂漿找平層破壞的主要因素是：
    1.屋面的溫升、溫降。
    2.屋面水泥砂漿找平層的厚度。
    3.屋面水泥砂漿找平層的脫空長度。
    根據(jù)上述原因特提出如下防治措施：
    1)在屋面防水層的表面上做一層淺色反光材料，以反射太陽光，降低防水層對太陽輻射熱量的吸收，從而降低屋面防水層的表面溫度。即降低了屋面水泥砂漿找平層的溫度，使屋面水泥砂漿找平層的溫差降低，以減小屋面水泥砂漿找平層的溫度應(yīng)力。
    2)在設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)增加屋面水泥砂漿找平層的厚度，以提高屋面水泥砂漿找平層抵抗溫度應(yīng)力的能力，保證屋面水泥砂漿找平層承受溫度壓力的穩(wěn)定性。本作者經(jīng)過認(rèn)真計(jì)算和對比分析，認(rèn)為將屋面水泥砂漿找平層的厚度提高至30mm為宜。
    3)脫空長度的大小直接影響屋面水泥砂漿找平層的受壓穩(wěn)定性。在施工中應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，改進(jìn)施工工藝，使屋面水泥砂漿找平層的脫空長度降低到最小。
    4)在屋面水泥砂漿找平層內(nèi)留設(shè)伸縮縫，伸縮縫內(nèi)嵌油膏。使屋面水泥砂漿找平層在伸縮縫區(qū)段內(nèi)自由伸展，減小屋面水泥砂漿找平層受到的約束；保證屋面水泥砂漿找平層產(chǎn)生的溫度壓力小于屋面水泥砂漿找平層受壓失穩(wěn)破壞的壓力；使屋面水泥砂漿找平層處于良好的工作狀態(tài)。
    5)屋面水泥砂漿找平層伸縮縫的留設(shè)位置最好留在距檐口5m左右。縫寬20～30mm，內(nèi)嵌油膏。?
7結(jié)束語
    只要認(rèn)真分析每棟住宅的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行必要的理論計(jì)算，合理的選用預(yù)防措施，那么屋面漏水問題是完全可以解決的，一定會為廣大居民提供滿意的家。