科技宏源 从实际项目案例看《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 与 FM 抗风揭设计的不同

根据现有单层屋面市场常见项目为例，按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 及FM 1-28 风荷载规定，2 种规范文件均考虑了建筑内外正负压力及在建项目的开敞与密闭、女儿墙高度不同等因素。

本文按照实际项目风压、风速、地形系数、阵风系数等因素计算设计荷载值，选用相同高分子卷材及紧固件，按照2 种规范文件的不同逻辑思路确定示例屋面紧固件排布并进行比较。

· 背景资料 ·

武汉某汽车厂房建筑面积约为25000m2 。根据设计要求在屋面安装单层柔性屋面系统，

基本构造层次由上而下：

★ 1.2mm 厚聚酯纤维内增强型PVC 防水卷材

★ 防火板

★ 40mm 厚B1 级XPS 保温层

★ 0.3mm 厚PE 膜

★ 屋面0.8mm 厚B-36 压型钢板

一基础数据采集

▶ 现场细部尺寸：

▶ 现场拉拔测试：

螺钉与屋面钢板拉拔值为1965 N

▶ 垫片卷材剥离测试：

卷材底层与涂层垫片剥离值3.34 KN

二抗风揭设计

A:按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 确定螺钉间距。

1）熟悉屋面结构图，确定所需用的防水卷材、垫片、固定件长度、固定件设计负荷值。

屋面区域采用1.2mm 聚酯纤维内增强PVC 卷材、PVC 无穿孔垫片、φ6.3mm 自攻自钻螺钉≥60mm，按照《单层防水卷材屋面工程技术规程》JGJ/T316－2013：5.2.1 条 当防水卷材采用机械固定法时，风荷载计算应符合下列规定：

固定件的承载能力设计值取值wg 不宜大于600N/个；当wg 取值大于600N/个时，应通过屋面系统抗风揭验证试验获得设计荷载取值；根据GB12952-2011 单层卷材屋面静态法抗风揭实验方法测试卷材及紧固件组合，通过105psf 测试，试验台7.3mX3.7m，紧固件排布为行距：1524mm 株距：304.8mm。根据破坏前风压及紧固件数量换算紧固件在通过105psf 时受力为1.68kn，取安全系数为2，设计荷载取值为wg=840N/个

2）根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）计算屋面风载设计值。

▶ 基本资料：

武汉市，粗糙度：B，基本风压应采用按本规范规定的方法确定的50 年重现期的风压，但不得小于0.3kN/m2，查基本风压分布图，得ωo=0.35KN/m2

▶ 加密区宽度

屋面迎风尺寸B （m） 建筑计算高度H （m）

B1= 234.50 H=9 加密区宽度 1.8 m

B2= 104.25 H=9 加密区宽度 1.8 m

查相关表格得相应阵风系数、高度变化系数、体型系数等；

▶ 阵风系数：

βgz=1.7

▶ 风压高度变化系数

μz =1

▶ 风载体型系数μs 查表8.3.3

▶ 风载设计值：（活载系数γQ=1.4）

ω=γQβgzμsμzω0

屋面角区= -1.83 kpa

屋面边区= -1.67 kpa

屋面中心区= -1.17kpa

角区面积= 51.84 平米

边区面积=1154.7 平米

中心区面积=23240.1 平米

3）由公式N=L×ω/W 确定每米固定件数量，其中L 为固定件排距。由公式S=1/N 确定固定件间距；并由经验取出周边加密区范围。

A:在加密区范围内， 由于采用不穿透卷材的紧固件设计，故卷材直接按照80mm 热风焊接，（＞屋面工程技术规范 60mm 规定），螺钉行距可不受卷材宽幅的限制，紧固件行距可灵活排布；加密区宽度调整为螺钉行距的倍数，株距取钢板峰峰间距的倍数（即0.15m 的倍数 ）

B:在中心区范围内，由于采用不穿透卷材的紧固件设计，故卷材直接按照80mm 热风焊接，（＞屋面工程技术规范 60mm 规定），螺钉行距可不受卷材宽幅的限制，紧固件行距可灵活排布；非加密区宽度调整为螺钉行距的倍数，株距取钢板峰峰间距的倍数（即0.15m 的倍数 ）

计算得数值（m） 

角区： 行距x 株距：0.6 x 0.76

边区： 行距x 株距：0.6 x 0.84

中心区 行距x 株距：1.2 x 0.6

根据板型调整计算得数值（m） 

角区： 行距x 株距：0.6 x 0.75

边区： 行距x 株距：0.6 x 0.75

中心区 行距x 株距：1.2 x 0.6

根据边、角、中心区的螺钉排布及对应面积得出屋面需要抗风紧固件套数：34960 套

B:按照FM 要求计算：

▶ 基础资料武汉3s 10 米高度 风速为：85 mph(38m/s)，地面粗糙度为B 类，厂房高度H=9m

查表3. 地面粗糙B屋面中心区风压表（kpa）

▶ 查表得中心区为0.9 kpa

厂房坡度小于7°且屋面高度小于18m 按照常规封闭屋面处理

中心区= -0.9 kpa

边区=0.9 X 1.68= -1.512 kpa

角区=0.9 X 2.53= -2.277 kpa

▶ 按照FM 工程最小标准等级设计取值

查表8 ^^封闭建筑最小风压等级中心区、边区、角区（1、2、3 区）（psf）

女儿墙最小高度处高度小于0.9 米，按照常规中心、边、角计算屋面排布。

中心区 60 psf =2.87kpa

边 区 75 pdf=3.59 kpa

角 区105pdf=5.03 kpa

按照FM 认证的思路，按照相应卷材和紧固件的实际抗风揭试验获得的组合来确定屋面紧固件排布。

▶ FM 认证网站Roofnav 进行组合查询：

中心区 1-60

行距：72in=1828.8mm

株距：18in=457.2mm

边区：1-90

行距：72in=1828.8mm

株距：12in= 304.8mm

角区：1-105

行距：60in= 1524mm

株距：12in= 304.8mm

加密区宽度：按条件筛选值为4.17 米

▶ 取加密区宽度：

为边区行距倍数5.486＞计算值4.17 米

角部面积： 120.38 平米

边区面积：3476.00 平米

中心区面积：20850.25 平米

根据边、角、中心区的螺钉排布及对应面积得出屋面需要抗风紧固件套数：31292 套

三工程实施

▶ 确定工艺流程：

前期准备→基层处理→铺贴隔汽层→铺设保温层及防火板→放线并固定防火板保温→热风焊接卷材→电磁感应焊接卷材→细部节点处理→竣工验收

▶ 准备工作：

使用自动焊接机时，加热设定焊接温度约在450～550℃。焊接的温度及速度由环境温度、风力、卷材温度所决定，每天正式开始焊接前或气温急剧变化后，必须进行试焊，以确定*佳的焊接温度及速度。

垫片试焊，确定焊机挡位

▶ 基层的处理

★ 施工前需对原屋面进行清理，去除屋面尖锐的异物。

★ 对于使用机械固定的区域，检查屋面的稳定性。

★ 检查建筑物周边和屋面开口的周边，保证基层达到设计要求。

▶ PE 膜隔汽层

PE 膜与压形钢板之间空铺，相邻PE 膜搭接宽度80MM，并用双面胶带连接在一起，形成一个密封层面。

▶ XPS 保温板

保温层的固定：对于符合要求的XPS 保温板，确保保温层受力面积大，并且减少对保温板的破坏。将保温层根据屋面的情况进行铺设和剪裁，铺设方向沿垂直于压型钢板长边方向，拼装严密。

▶ 防火板铺设

本项目采用A1 级不燃防火板，铺设前对XPS 板表层进行清理，不得有保温板块或垃圾隐藏在防火板下面，以免影响卷材施工效果和屋面美观。防火板错缝拼接，板与板之间紧密排列，不留缝隙。

根据设计固定件行距，并结合B36 板型的峰峰间距等数据，首*进行放线，标记以确保固定件的固定位置在波峰上，提高系统的受力性能和安全性。然后采用带有特殊涂层的OMG 无穿孔固定件将防火板、XPS保温板等固定到基层钢板上，施工中注意用力要均匀，以免破坏防火板和保温层。固定件必须保证垂直地固定在波峰上，一次成活，不得预钻。

▶ PVC 卷材防水层

1.防水卷材的铺设

首*进行预铺，把自然疏松的PVC 卷材平铺在防火板上，平整顺直，减少折皱,并进行适当的剪裁。卷材纵向搭接宽度为80mm,在平面上用自动焊机将两层PVC 焊接在一起，焊接宽度为25mm。

卷材铺贴方向：卷材的铺设方向应垂直于压型钢板长边方向。平行于屋脊的搭接缝应顺流水方向搭接，垂直于屋脊的搭接缝应顺着*大频率风向搭接。施工前进行..放样，尽量减少接头，有接头部位，接头应相互错开至少30cm 以上，搭接缝应按照有关规范进行。焊接缝的接合面应擦干净，无水露点，无油污及附着物。当天铺设的卷材*好在当天完成焊接；对于每天施工后留下的接口，必须采用胶带和有效的方式进行保护，避免淋雨和受潮。

2.防水卷材无穿孔固定

在卷材纵向焊接好后，施工工人用脚轻踏卷材，找到OMG 垫片位置，将OMG 无穿孔机械固定设备至于卷材上（感应盘**与垫片位置对齐），约5-6 秒钟，听到“嘀”音后，焊接结束，可以将焊接设备移到下一垫片位置，同时将冷却压杆至于焊好的垫片上，通过重力加强焊接效果，同时加快垫片冷却。

总结

▶ 基本风压：

1.《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 基本风压Wo 是根据当地气象台站历年来的*大风速记录，按基本风速的标准要求，将不同风速仪高度和时次时距的年*大风速，统一换算为离地10m 高，自记10min 平均年*大风速数据，经统计分析确定重现期为50 年的*大风速，作为当地的基本风速町，再按以下贝努利公式计算得到；

2. FM 的基本风速是基于地面粗糙度为C 级，离地10m 高，3 秒阵风风速。

▶ 设计安全储备：

本项目案例初始查表计算值: 

GB 屋面中心区负压1.17kpa＞ FM 中心区负压0.9 kpa

GB 屋面边区负压1.67 kpa＞FM 边区负压1.512 kpa

GB 屋面角区负压1.83 kpa＜FM 角区负压2.277 kpa

1.但FM 根据基于中心区的风压值，用表8来确定从整个屋面钢板及其以上屋面系统的FM最小抗风分类评级标准，本项目案例中心区由15psf上调至60psf四挡，相当于从基础计算表格数值乘以安全系数。FM基于实际试验来确定抗风等级，紧固件的计算数值接近于实际系统组合受力值。

2.而GB规范依据基础计算获得的分区风压，再根据《单层防水卷材屋面工程技术规程》JGJ/T316－20135.2.1 当防水卷材采用机械固定法时，风荷载计算应符合下列规定： 固定件的承载能力设计值取值wg不宜大于600N/个；当wg取值大于600N/个时，应通过屋面系统抗风揭验证试验获得设计荷载取值；本案例根据实际静态法抗风揭试验获取紧固件试验数值，并按照安全系数2，来确定设计值。

▶ 紧固件数量对比：

1.按照国标计算方法案例项目的屋面需要抗风紧固件套数：34960 套

2.按照FM 计算方法案例项目的屋面需要抗风紧固件套数：31292 套

在本案例中两者紧固件数量相仿。