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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，而導致屋面防水層破裂，屋面滲漏。提出了從定性分析到量化計算及有關預防措施。


      一般平屋頂民用建筑不上人屋面做法，如圖(一)所示，并隨主體結構設置伸縮縫(一般50m設一道)如吉林化學工業公司，在1993年，建設完工的龍東小區，居民入住后不到一年的時間內，屋面就出現了不同程度的漏水，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，造成極大的浪費和不良影響。1996年吉林化學工業公司建設完成的哈密站小區，由于沒有真正找到導致屋面漏水的真正原因，只是在設計中更換了防水材料，結果和龍東小區一樣，屋面漏水沒有得到解決。不良影響更加嚴重。?

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，不利于通風散熱，屋面溫度高達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，可以認為找平層截面在溫升作用下，產生溫度變形時，全截面受熱均勻，其達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不同程度的脫空現象。當溫度升高時，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，導致其受到溫度壓應力的作用。在粘結力不足或脫空位置的找平層砂漿變成受壓構件，當壓應力達到一定數值，引起失穩破壞或彎曲破壞，同時防水層被拉裂，而造成屋面漏水。?
2內力分析及驗算
    屋面在露天條件下工作，承受激烈的季節溫升、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，因此更容易產生擠壓失穩破壞。假定粘著力薄弱或起殼的板承受均勻的約束壓應力(非均勻溫度時取平均溫差)，對于薄板可以忽略σy的影響，并按平均應變問題考慮，即假定εz=0則壓應力變化值為：

    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?℃?(零應力狀態)
    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；μ為彈性特征系數；E為彈性模量。
    單位寬度板條受到的擠壓力，當板厚度這δ時［１］：?

    考慮以往工程經驗裂縫的規律是單向出現，可假定板的失穩模型是受壓板條的失穩問題。根據歐拉臨界力公式，在不同的邊界條件下，水泥砂漿不失去穩定的擠壓力不同：?


    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定的最大擠壓力為：?

    屋面的砂漿找平層的穩定性分析：
    吉林化學工業公司在1993年建設完工的龍東小區和在1996年建設完成的哈密站小區的屋面砂漿找平層均為1∶2.5水泥砂漿，20mm厚。房屋橫向寬度為9.6m，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，可以認為砂漿找平層承受均勻的約束壓應力。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。根據現場破壞情況實測，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。根據以上數據計算如下：
    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定的最大擠壓力為：?

    所以有：pk＜pt屋面的砂漿找平層失去穩定破壞。?
3防水層裂縫寬度的近似計算
    吉林化學工業公司，在1993年建設完工的龍東小區，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，無增強抗拉強度的構造措施。基層裂縫寬度小于0.2mm時，涂膜不開裂。在1996年建設完圖3屋面水泥砂漿的破壞情況成的哈密站小區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，抗拉強度最高的為二布三涂做法，其抗拉強度［２］為10N/mm，近似于水泥砂漿的抗拉強度。由于防水層具有一定的抗拉強度并且與基層有很好的粘著力，所以在基層受壓失穩破壞時不會產生有限條崩裂破壞，從而不產生混凝土被壓碎的現象，只會產生如圖(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：

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    由此可見在拱頂處水泥砂漿局部產生的裂縫是非常大的。在9.6m長度范圍內，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，因而導致了防水層的局部變形遠遠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屋面防水層的應力情況：

    屋面防水層所用材料的抗拉強度為：10N/mm，屋面防水層在其基層水泥砂漿找平層受壓失穩破壞后，無法抵抗局部極大的集中變形產生的應力，形成開裂裂縫，造成屋面漏水。?
5結論
    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產生了較大的溫度應力，使水泥砂漿找平層受壓造成失穩破壞，引起屋面防水層產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力。
    2)在設計中應適當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力的能力，保證屋面水泥砂漿找平層承受溫度壓力的穩定性。本作者經過認真計算和對比分析，認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定性。在施工中應嚴格控制施工質量，改進施工工藝，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留設伸縮縫，伸縮縫內嵌油膏。使屋面水泥砂漿找平層在伸縮縫區段內自由伸展，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生的溫度壓力小于屋面水泥砂漿找平層受壓失穩破壞的壓力；使屋面水泥砂漿找平層處于良好的工作狀態。
    5)屋面水泥砂漿找平層伸縮縫的留設位置最好留在距檐口5m左右。縫寬20～30mm，內嵌油膏。?
7結束語
    只要認真分析每棟住宅的建筑結構特點，進行必要的理論計算，合理的選用預防措施，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。