劉魁剛，鄭莉莉，葉新豐，馮 鑫，范麗萍

(1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068；2.城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點實驗室，北京 100068；3.北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京 100082)

引言

當前城市設(shè)計主張開放空間，建設(shè)中更加重視園林綠地的發(fā)展，屋面綠化將綠地還給城市的理念已廣泛應(yīng)用在各類建筑設(shè)計中，在海綿城市建設(shè)和城市“雙修”工作中都占有比較重要的地位。種植屋面技術(shù)[1-2]可提高城市綠化覆蓋，吸附塵埃減少噪聲，有效改善了環(huán)境質(zhì)量，同時也減少城市熱島效應(yīng)，節(jié)約了建筑能源消耗；但在國內(nèi)種植屋面推廣過程中，也凸現(xiàn)出一些客觀問題。例如，很多人對種植屋面仍然存在疑慮和誤解，如種植屋面材料市場混亂、植物選擇不當、施工管理不規(guī)范、建設(shè)成本過高、鼓勵政策滯后等，都需要通過研究不斷地加以改進、提高。其中，國內(nèi)地景式建筑的屋面變形縫普遍存在功能性缺陷，如接縫處的構(gòu)造破損，在結(jié)構(gòu)收縮變形和動荷載作用下，卷材的耐久性不足，卷材破損或老化，造成開裂滲水；變形縫處的結(jié)構(gòu)梁破壞造成向下或側(cè)面滲水，嚴重影響使用，維修困難且費用高[3]。在景觀要求較高的屋面綠化建筑中，尤其是針對采用柔性防水做法的淺埋地下室頂板種植建筑或地景建筑的變形縫處理尤為棘手[4]，對屋面綠化無法跨變形縫設(shè)置，變形縫需凸出屋面等特點，使屋面變形縫處的景觀處理成為難點[5]。

關(guān)于變形縫的研究近年來一直不斷在取得新的突破，林軍鉦[6]梳理了大型鋼結(jié)構(gòu)的工程特點及重難點，提到鋼結(jié)構(gòu)變形縫的設(shè)置與施工質(zhì)量是結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵步序；劉楊[7]對建筑結(jié)構(gòu)水平變形縫進行改進，通過增設(shè)滴水線條及排水管道，通過防排結(jié)合的方式有效解決了水平結(jié)構(gòu)變形滲漏問題；薛榮義[8]分析了幾種常見的直立鎖邊金屬屋面變形縫的優(yōu)缺點及合理的處理措施；陳立洪[9]等介紹了一種新型金屬屋面天溝波紋板變形縫節(jié)點，解決了變形縫連續(xù)性問題，提高了實用性。

鑒于上述現(xiàn)有構(gòu)造設(shè)計方案和工藝上存在的不足，在環(huán)球影城站的屋面變形縫構(gòu)造設(shè)計中優(yōu)化了變形縫位置，采用“互扣式”的防水密封構(gòu)造，設(shè)置多道防排水措施及“防、排”措施相結(jié)合等，以解決上述問題。

1 項目概況

1.1 建筑概述

北京地鐵環(huán)球影城站是北京地鐵7號線東延和八通線南延的終點站，主要服務(wù)于北京環(huán)球主題公園，同時也將成為市區(qū)與城市副中心之間的重要軌道聯(lián)絡(luò)線。

由于車站位于旅游區(qū)內(nèi)，緊鄰影城的城市大道，因此，對車站布局、與周邊景觀協(xié)調(diào)等方面的要求非常高。通過前期方案征集確定了車站是一座人與自然互動共生的地景建筑，以自然的形態(tài)消隱于環(huán)境之中，整個車站為地下兩層明挖島式車站，地下二層為站臺層，分別設(shè)置7號線東延和八通線南延站臺，地下一層為站廳層，站廳公共區(qū)通過南側(cè)地道與南側(cè)下沉廣場平接。車站屋頂南側(cè)與園區(qū)景觀道路平接，由南向北逐漸升高，逐漸露出地面，形成主要的入口標志。對由道路進入園區(qū)的游客而言，如此大規(guī)模屋面將會給其留下深刻印象，因此，屋面景觀效果十分重要，而變形縫作為重要的結(jié)構(gòu)界面接口，其設(shè)置應(yīng)兼顧景觀完整性，保證建筑效果的呈現(xiàn)。圖1為車站總體效果示意。

圖1 車站鳥瞰效果圖

1.2 變形縫設(shè)置

車站站廳公共區(qū)上方為鋼結(jié)構(gòu)屋面，采用單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋長200 m，最大寬度78.2 m，總面積為13 000 m2，下部僅設(shè)置8根傘狀格構(gòu)柱，作為主要承托構(gòu)件。本工程鋼結(jié)構(gòu)屋蓋周邊邊界條件復(fù)雜，北側(cè)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)懸挑，其他三側(cè)均與主體結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，如圖2所示。考慮到超長結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)和地震效應(yīng)，將鋼結(jié)構(gòu)屋蓋與主體混凝土結(jié)構(gòu)脫開，采用滑動支座與混凝土相連，因此，形成了東西南三側(cè)將近400 m長的屋面變形縫。屋面防水采用柔性卷材防水，混凝土樓撐板僅作為建筑做法的承托構(gòu)件。車站利用自身北高南低的建筑形體排水，屋面南側(cè)設(shè)通長排水溝，直接接入市政管網(wǎng)。南側(cè)變形縫位于排水路徑上，對防排水要求極高。

屋面分為種植區(qū)域及玻璃屋面采光區(qū)域，種植區(qū)屋面設(shè)置混凝土樓撐板，鋼結(jié)構(gòu)屋頂綠化與周邊綠化均采用草坪形式，景觀的統(tǒng)一性要求高，圖2所示即為變形縫位置區(qū)域。

圖2 屋面種植區(qū)變形縫分布示意

2 現(xiàn)有變形縫構(gòu)造方案分析

環(huán)球影城站為地下車站，建筑設(shè)計使用年限為100年，屋面防水等級為一級，應(yīng)采用3道以上防水措施，才能滿足防水要求。目前，普遍實施的方案通常是現(xiàn)有構(gòu)造圖集，多為明確的屋面變形縫做法或地下室變形縫做法[10]，針對環(huán)球影城站這一類型的建筑變形縫，尚沒有明確的做法圖集。在實際工程中，變形縫“十縫九漏”，是造成工程安全隱患的主要因素。這些滲漏情況的出現(xiàn)，與設(shè)計的合理性相關(guān)，與施工的質(zhì)量和工藝水平相關(guān)，也與日常運營維護情況密不可分。

在本項目中，環(huán)球影城站為地景式建筑，其變形縫是介于屋面變形縫和地下室變形縫之間的一種特殊構(gòu)造，故在針對種植屋面的變形縫構(gòu)造設(shè)計中，首先對屋面變形縫做法和地下室變形縫做法進行技術(shù)分析，在保證構(gòu)造防水的前提下做好景觀的連續(xù)性，對已有變形縫[11]進行結(jié)合和優(yōu)化。

2.1 地下室變形縫構(gòu)造分析

地下室變形縫構(gòu)造主要采用中埋止水帶構(gòu)造與其他防水措施相結(jié)合的方式[12]，如圖3所示。針對本項目，除了采用1道中埋止水帶策略以外，還在變形縫處設(shè)置了留有變形余量的多道柔性卷材[13]，具體構(gòu)造如圖3所示。

圖3 地下室變形縫構(gòu)造示意(單位：mm)

(1)地下室變形縫構(gòu)造應(yīng)用的優(yōu)勢

地下室變形縫防水構(gòu)造做法應(yīng)用于本工程可以滿足種植屋面的整體外觀效果，使種植層平滑過渡，且附加結(jié)構(gòu)較少，便于施工。多道卷材的設(shè)置提高了防滲漏安全系數(shù)[14]。

(2)地下室變形縫構(gòu)造存在的問題

首先，本工程屋面為鋼結(jié)構(gòu)，傘狀柱跨度40 m，屬于大跨度重型種植屋面，對屋面荷載的限制要求很高。為減小屋面荷載，屋面種植部分下方雖采用混凝土樓撐板，但厚度較薄，僅作為建筑做法的承托構(gòu)件，無法滿足鋼筋混凝土自防水要求，故在止水帶預(yù)埋段的位置增加板厚，以滿足預(yù)埋要求。因而，樓撐板上的柔性防水層并未與止水帶形成一體的密閉防水層，混凝土在與止水帶的連接構(gòu)造處仍然存在滲漏隱患。

其次，雖然這種變形縫的構(gòu)造屬于常規(guī)構(gòu)造，但由于本工程的變形縫沿鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的四周，呈“U”形布置，止水帶在位于兩角點時，將承受來自X、Y兩個方向的地震力作用，更加容易產(chǎn)生破壞，且此處的變形量最大也最頻繁，止水帶易產(chǎn)生疲勞破壞。

再次，止水帶破壞后維護較為困難，需將兩側(cè)混凝土整體破壞，才能進行更換，所以對環(huán)球影城站的正常運營影響較大。

2.2 屋面變形縫構(gòu)造分析

屋面的變形縫構(gòu)造多采用高出面層的迎天側(cè)縫與金屬扣板相結(jié)合的處理形式[15]，如圖4所示。

圖4 屋面變形縫圖集做法

(1)屋面變形縫構(gòu)造應(yīng)用的優(yōu)勢

屋面變形縫防水構(gòu)造做法將變形縫設(shè)置于屋面高點，防水和防滲漏技術(shù)的可靠性較高[16]。且屋面防水多采用柔性防水形式，與本工程有較好的匹配性。且該做法在屋面變形縫構(gòu)造中已有較多的成熟優(yōu)化措施[17]，在本工程可以加以利用。例如，將變形縫由迎天縫處理為側(cè)縫的措施，可有效的降低變形縫的滲漏面，如圖5所示。

圖5 變形縫的優(yōu)化示意

(2)屋面變形縫構(gòu)造應(yīng)用存在的問題

首先，由于本工程南側(cè)變形縫位于排水溝前側(cè)，恰恰位于排水的低點，如果按照此標準構(gòu)造，會導(dǎo)致雨水在此低洼處匯聚，會阻斷整個屋面的排水，增大滲漏風(fēng)險。

其次，這種變形縫構(gòu)造高出了種植層，變形縫連同兩側(cè)的緩沖帶阻斷了屋面景觀的連續(xù)性，無法實現(xiàn)種植草坪的整體視覺效果。

綜上所述，已有的變形縫做法在本工程的應(yīng)用中各有其可取之處，但也均存在著各自的局限性，并不能完全適用于本工程。因此，對已有變形縫進行結(jié)合和優(yōu)化，是解決環(huán)球影城站變形縫問題的最佳選擇。

3 種植屋面變形縫構(gòu)造優(yōu)化

3.1 優(yōu)化方案

通過對已有地下室變形縫構(gòu)造與屋面變形縫構(gòu)造的梳理和研究，針對環(huán)球影城站變形縫超長、位置位于低點、雙向變形等特點，需將已有的變形縫構(gòu)造進行優(yōu)化和再創(chuàng)造，采用3種方案進行比選。

在結(jié)構(gòu)雙向變形的條件下，防止卵石擠壓防水層，必須在卵石與披水板間留出空隙。方案1(圖6)，將屋面變形縫構(gòu)造優(yōu)化為側(cè)縫，并在一側(cè)設(shè)置緩沖溝，上設(shè)蓋板承擔(dān)上部土體的壓力，兩端分別搭設(shè)在屋頂邊緣及緩沖溝邊緣擋土墻上，該做法使變形縫外部形成緩沖空腔，擋墻底部設(shè)置過水洞，可有效導(dǎo)流滲漏水，但蓋板需要一定的厚度并承擔(dān)上部土體壓力，同時需防止在往復(fù)變形期間不墜落入緩沖溝內(nèi)，容易破壞掉防水保護層；方案2(圖7)，將變形縫調(diào)整為平面接縫，取消變形縫上方的種植層，在其上設(shè)置排水溝，可以保證變形縫自由變形，但不利于屋頂積水的外泄，同時在長期往復(fù)大變形條件下，變形縫部位被破壞的可能性極大，如接縫加強構(gòu)造出現(xiàn)破損，該處將成為大量降水的下泄出口，造成后期滲漏風(fēng)險；方案3(圖8)，緩沖溝調(diào)整為排水溝，在其臨近屋頂?shù)囊粋?cè)，單獨設(shè)置緩沖空間。

圖6 變形縫構(gòu)造優(yōu)化方案1

圖7 變形縫構(gòu)造優(yōu)化方案2

圖8 變形縫構(gòu)造優(yōu)化方案3

通過對比，方案3將屋面變形縫形式優(yōu)化為側(cè)縫，并結(jié)合保護墻及隔離帶等做法形成整套防水系統(tǒng)，采用多道防排水結(jié)合的處理方法，最大程度減小了該節(jié)點處的滲漏水的風(fēng)險，同時對景觀影響最小，因此，本項目采用該形式作為實施方案。

3.2 具體策略

(1)結(jié)合屋面變形縫構(gòu)造，優(yōu)化變形縫位置

本工程優(yōu)化后的變形縫整體依托于屋面變形縫的構(gòu)造，并將高出屋面的迎天縫優(yōu)化為地下側(cè)縫形式，附加的防水措施皆設(shè)置在建筑外部，這一措施可以減小頂部設(shè)縫時帶來的開裂風(fēng)險，不僅減小了滲漏風(fēng)險，而且使整個變形縫位于種植面下方，實現(xiàn)了景觀的連續(xù)性呈現(xiàn)。

(2)結(jié)合地下室變形縫構(gòu)造，形成一種“互扣式”的防水密封構(gòu)造[18]

優(yōu)化后的變形縫在側(cè)縫外設(shè)置保護墻，對變形縫側(cè)縫起到保護作用。結(jié)合地下室變形縫構(gòu)造中的卷材附加保護構(gòu)造，通過在保護墻和樓撐板間的伸縮縫預(yù)留防水卷材伸縮量，使保護墻與鋼結(jié)構(gòu)屋蓋防水封閉，形成一種“互扣式”構(gòu)造，將水隔絕在空腔之外，同時給屋蓋提供一定位移空間。

(3)多道防排水措施，增加變形縫的安全性

優(yōu)化后的變形縫在保護墻與結(jié)構(gòu)擋墻、樓撐板三者之間形成空腔，保護墻上設(shè)置的空腔導(dǎo)流溢水管直接連通排水溝，使得伸縮縫滲漏時，也無水在空腔內(nèi)滯留。

空腔內(nèi)預(yù)留緩存高度，滿足≮500 mm的地下室窗洞口泛水高度，可有效地起到擋水和防倒灌作用；在變形縫側(cè)縫處則采用柔性材料封堵，以減小潮濕水汽在變形縫處的侵入，增設(shè)1道金屬披水板保護措施，以避免伸縮縫滲漏時滲漏水對變形縫的直接沖刷，并附加防水卷材和密封材料封堵。

(4)“防、排”措施相結(jié)合，增加設(shè)計合理性

在外排水方面，優(yōu)化后的變形縫側(cè)排水溝根據(jù)盲溝排水原理，將暗埋緩沖帶與屋面級配過濾層(土工布、豆石、礫石、卵石)結(jié)合，加速屋面排水，減小種植土的滯水作用，使屋面無積水。

在室內(nèi)預(yù)防方面，在滑動支座與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)擋墻之間，增設(shè)金屬導(dǎo)流槽和室內(nèi)排水管，作為解決變形縫內(nèi)側(cè)的屋蓋冷橋處冷凝水和外墻防水構(gòu)造意外滲漏情況下的補救措施，將“防、排”措施相結(jié)合。

(5)加強日常運營維護，防患于未然

針對本項目的變形縫構(gòu)造特點，屋面種植體系采用生態(tài)袋作為種植基層，其特點如下。

有效的保持水土，使種植基質(zhì)始終保存于生態(tài)袋內(nèi)，并且在灌溉或降雨時，能充分過濾掉種植基質(zhì)中的碎石和泥沙，從而減少排水溝的清掏頻率。

易于挪移，在日常維護時，可將種植帶連同其表面的種植物一起搬運至排水溝一側(cè)，即可進行排水溝的清理維護，便于操作。同時，日常運營維護中，應(yīng)定期為排水溝進行清掏，避免淤泥淤積造成的排水不暢。

4 結(jié)語

輕型曲面鋼結(jié)構(gòu)種植屋面工程在國內(nèi)應(yīng)用實例較少，尤其在北方嚴寒和寒冷地區(qū)更為稀少，通過對該類屋面特點的分析，針對防水層采取了多道設(shè)防、功能明確的方案，針對變形縫采取了分類加強、緩排結(jié)合的方案，將變形縫高出面層設(shè)置方式優(yōu)化為地下側(cè)縫形式，防水措施皆在建筑外部考慮，同時采用“互扣式”構(gòu)造代替鋁合金蓋板，結(jié)合保護墻及隔離帶等做法形成整套防水系統(tǒng)，縫內(nèi)設(shè)置制品型橡膠止水帶及引流槽，達到防排結(jié)合。本構(gòu)造于環(huán)球影城車站中實施，并經(jīng)歷多次雨雪考驗，未見導(dǎo)流槽出現(xiàn)引排水，實踐證明該做法已達到預(yù)期效果。

通過這種“互扣式”屋蓋防水構(gòu)造，可解決現(xiàn)有技術(shù)中因變形縫設(shè)置不合理造成的景觀不連續(xù)，以及傳統(tǒng)變形縫滲水漏水、可靠性不高的技術(shù)問題，補充了規(guī)范中種植屋面地下結(jié)構(gòu)變形縫做法的內(nèi)容，形成了一種易于操作、可靠性高的變形縫做法，可廣泛適用于類似重點工程。