Обзор проекта: производственная база Brilliance BMW в Шэньяне представляет собой модель немецкой «Индустрии 4.0», гармонирующую с интеллектуальным производством Китая, эффективно стимулируя развитие местной экономики и цепочки автомобильной промышленности. В данной статье в качестве примера рассматривается проект гидроизоляции кровли южного цеха механической обработки на заводе по производству двигателей Brilliance BMW Automotive Co., Ltd., демонстрирующий применение однослойной кровельной системы из полимерной гидроизоляционной мембраны TPO на крыше автомобильного завода.
Проект односекционного здания Южного механического цеха занимает площадь 14 677,2 м² и включает одноэтажное главное здание с частичной антресолью. Высота здания от уровня земли до верха парапетной стены составляет 12,85 м. Срок службы основного здания составляет 50 лет, а степень огнестойкости здания – II класс. Главное производственное здание представляет собой стальной каркас со стальными стропильными фермами, а кровля выполнена из профилированного металлического листа с гидроизоляционной мембраной из композитного материала (рис. 1).
Рисунок 1. Проект завода двигателей Brilliance BMW Automotive Co., Ltd.
2. Проектирование гидроизоляции и изоляции кровли
2.1. Слои конструкции кровли. В проекте гидроизоляции кровли Южного цеха механической обработки завода автомобильных двигателей Brilliance BMW была использована система механического крепления однослойной кровли из ТПО Oriental Yuhong. В этой кровельной системе слой гидроизоляционной мембраны из ТПО устанавливается на кровлю с помощью точечных креплений и должен выдерживать все внешние нагрузки (ветровые, усадочные и т.д.) для обеспечения гидроизоляционных и защитных свойств кровли. Конструктивная схема однослойной кровли из ТПО представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Конструкция кровельной системы
2.2 Требования к параметрам уровня построения системы
1) Основным гидроизоляционным материалом для кровельной системы является гидроизоляционная мембрана ТПО (термопластичная полиолефиновая мембрана). Этот материал обладает хорошей гибкостью при низких температурах, атмосферостойкостью, долговечностью и свариваемостью горячим воздухом, а также хорошо интегрируется с различными кровельными изоляционными конструкциями, образуя систему гидроизоляции и утепления. В данном проекте используется гидроизоляционная мембрана ТПО, армированная полиэстером, шириной 2,0 м и толщиной 1,5 мм. Стыки внахлест свариваются горячим воздухом.
2) В качестве теплоизоляционного слоя используется негорючая каменная вата класса А. При прочности на сжатие 60 кПа коэффициент сжатия каменной ваты составляет не более 10%, а при сосредоточенной нагрузке 500 Н деформация не более 5 мм. При строительстве каменная вата укладывается в два слоя со смещением стыков для предотвращения сквозных стыков и крепится к гребням профилированной стальной опорной плиты с помощью гильз и шурупов. В данном проекте используются плиты каменной ваты толщиной 70 мм, уложенные в два слоя со смещением стыков.
3) В качестве пароизоляции используется полиэтиленовая (ПЭ) плёнка толщиной 0,3 мм с паропроницаемостью ≤25 г/(м²·сут). Соседние ПЭ плёнки укладываются внахлёст на 10 см. Швы нахлёста герметизируются бутиловой лентой шириной 10 мм и толщиной 1 мм и уплотняются прижимным роликом для предотвращения образования пузырьков воздуха. Швы нахлёста пароизоляции у парапетных стен, мест выхода на кровлю, труб и других стыков также герметизируются бутиловой лентой для полной изоляции воздуха внутри помещения и предотвращения проникновения влаги из помещения в верхний слой утеплителя.
4) Профилированная стальная пластина основания представляет собой однослойный кровельный оцинкованный с двух сторон профилированный стальной лист толщиной 0,8 мм.
3. Анализ методов и проблем строительства гидроизоляции и изоляции кровли
3.1 Технологический процесс: Очистка основания → Укладка пароизоляционного слоя → Укладка двухслойной плиты каменной ваты в шахматном порядке → Механическое крепление плиты каменной ваты → Укладка гидроизоляционной мембраны TPO → Механическое крепление гидроизоляционной мембраны TPO → Сварка гидроизоляционной мембраны TPO горячим воздухом → Контроль и приёмка.
В данном проекте в качестве основания используются однослойные профилированные стальные листы, предназначенные для кровли. Перед началом строительства необходимо защитить периметр крыши и проёмы, очистить основание и подготовиться к установке гидроизоляции и утепления кровли.
3.2 Ключевые моменты строительства: Безопасность и водонепроницаемость кровли — два основополагающих показателя качества кровельной системы. Они пронизывают весь процесс строительства кровли, а стандартизированное строительство является технической и организационной гарантией качества проекта.
3.2.1 Безопасность кровли: Однослойная кровельная система из ТПО-мембраны обеспечивает устойчивость к ветровым нагрузкам благодаря креплению в местах перекрытия мембран. Расположение креплений определяет уровень сопротивления ветровой нагрузке.
Что касается расчета ветровой нагрузки, в рамках данного проекта был точно рассчитан и определен способ крепления гидроизоляционного слоя кровли на основе международных стандартов расчета нагрузки и результатов испытаний на ветровую нагрузку, что гарантирует безопасность эксплуатации кровли.
Ветровая нагрузка однослойной кровли зависит от различных факторов, таких как скорость ветра, высота здания, его местоположение, уклон крыши и форма здания.
3.2.2 Герметичность гидроизоляции Помимо качества самой гидроизоляционной мембраны TPO, качество сварки нахлёстов мембраны горячим воздухом имеет решающее значение для герметичности кровельной системы.
Нахлёсты гидроизоляционной мембраны TPO, свариваемые горячим воздухом, включая нахлёсты по длинным и коротким сторонам, а также детальную узловую сварку, имеют первостепенное значение при строительстве однослойной кровельной системы TPO. Следует избегать таких проблем, как неполные или ложные сварные швы. Неполные или ложные сварные швы относятся к сварным швам, которые ненадёжно сварены; они могут выглядеть сваренными на поверхности, но на самом деле могут быть разорваны вручную, что делает эти области подверженными протечкам. Для предотвращения неполных или ложных сварных швов следует применять стандартизированные строительные меры, устраняя причины их возникновения.
1) ТПО-мембрану, загрязненную или подвергавшуюся воздействию внешней среды в течение примерно 7 дней, необходимо очистить перед сваркой горячим воздухом. Загрязненные участки нахлёста мембраны сначала протрите влажной тканью от пыли и мусора, затем вытрите насухо чистой тканью, после чего тщательно очистите специальным очистителем для мембран и, наконец, высушите белой тканью. Сварку следует начинать только после полного испарения очистителя для мембран (примерно через 15–30 минут в зависимости от температуры окружающей среды). Скорость сварки должна быть примерно на 20% ниже обычной.
2) Перед началом сварки или после резкого перепада температур необходимо провести пробную сварку для определения оптимальной температуры и скорости сварки. Температура окружающей среды должна быть не ниже -10°C. На рисунке 3 показан разрыв сварного шва при различных температурах и скоростях сварки (13–19°C). В данном проекте пробная сварка была выполнена с использованием комбинации A, показанной на рисунке 3, то есть скорости сварки 2,5 м/мин и температуры 480°C.
Рисунок 3. Проверка и регулировка температуры и скорости сварки перед официальной сваркой.
3) Только после того, как все условия строительства кровли будут соответствовать требованиям, можно переходить к следующему этапу строительства (за исключением особых случаев), стремясь к завершению работ за один проход. «Завершение работ за один проход» означает завершение работ по большим поверхностям, деталям и финишным штрихам в кратчайшие сроки. Если это сложно осуществить, необходимо обеспечить надлежащую защиту и тщательно очистить мембрану в зоне сварки перед сваркой.
4) Перед сваркой перекрывающих кромок мембраны, а также после сварки следует установить изоляционные пластины, чтобы обеспечить надлежащую сварку места ввода сварочной горелки (рисунок 4).
Рисунок 4. Изоляционные пластины, установленные до и после сварки нахлесточной кромки рулонного материала.
5) Для коротких боковых соединений рулонного материала нижний рулонный материал следует обрезать под углом или с надрезом, как показано на рисунке 5 (слева); при сварке следует установить разделительную пластину, чтобы обеспечить качество сварки и избежать прожогов нижнего рулонного материала (рисунок 5 (справа)).
Рисунок 5. Ключевые моменты, которые следует учитывать при перекрытии короткой стороны
6) В конце каждого рабочего дня или в дождливую погоду необходимо принимать меры по герметизации, чтобы предотвратить попадание дождевой воды и влаги в слой изоляции.
7) В местах Т-образных соединений рулоны мембраны необходимо обрезать для обеспечения надёжности сварки.
8) После сварки рулонов мембраны необходимо использовать специальный крюк для оперативного осмотра сварных швов. Любые непроваренные или непрочные швы следует немедленно устранять для обеспечения надёжной сварки рулонов мембраны.
3.3 Анализ сложностей строительства. Данный проект охватывает цех механической обработки и цех сборки двигателей автомобильного завода. Владелец и управляющая компания предъявляли высокие требования к детальному проектированию системы гидроизоляции кровли. Множество плит мостков соединены с крышей двутавровыми балками, в результате чего многочисленные колонны двутавровых балок выступают над крышей, что затрудняет гидроизоляцию. Перед началом работ по гидроизоляции, исходя из условий объекта, стыки колонн двутавровых балок, выступающих над крышей, были доработаны. Для обеспечения гидроизоляции в этом месте к колоннам был приварен капельник, что решило проблему гидроизоляции. Конкретный метод показан на рисунке 6.
Рисунок 6. Метод гидроизоляции стальных колонн Н-образного сечения
4. Применение новых технологий и инновации
4.1 Применение новой технологии Механически закрепленная однослойная кровельная система TPO, принятая в этом проекте, является одной из новых технологий гидроизоляции зданий, продвигаемых национальными строительными властями, и имеет следующие существенные преимущества:
1) Уменьшает защитный слой, что делает крышу легче и экономит значительное количество строительных материалов; гидроизоляционная мембрана ТПО — это экологичный и чистый материал, который после истечения срока службы можно перерабатывать, что сокращает количество строительных отходов.
2) Снижает потребление энергии внутри здания, экономя энергию и сокращая выбросы.
① Светлая однослойная кровля из ТПО, использованная в данном проекте, относится к типу «холодной кровли». Высокий коэффициент отражения и удержания солнечной энергии позволяет мембране отражать большое количество солнечного излучения, уменьшая теплопроводность вниз, снижая температуру внутри фабрики в жаркое лето, сокращая энергопотребление холодильного оборудования и отвечая концепции экологичного строительства.
② Однослойная кровельная система использует муфты и винты для механического крепления, не сжимая и не разделяя изоляционный слой, что снижает образование мостиков холода и обеспечивает превосходные теплоизоляционные характеристики.
3) Гидроизоляционная мембрана Oriental Yuhong TPO имеет специальный слой функциональной смолы на поверхности, который отличается гладкостью, стойкостью цвета, лёгкостью очистки и низким уровнем пылепоглощения, обеспечивая длительный энергосберегающий эффект. Мембрана не только обеспечивает свариваемость, но и более устойчива к старению и кислотным дождям, что продлевает срок её службы.
4) Механизированное строительство экономит время. В процессе строительства используется множество механизированных инструментов, включая автоматические сварочные аппараты с горячим воздухом, что обеспечивает качество гидроизоляционного проекта, одновременно снижая трудоёмкость работ и повышая эффективность строительства.
5) Надежная гидроизоляция снижает затраты на обслуживание. Благодаря термопластичности ТПО-мембраны, после нагревания её можно обрабатывать в различных формах, что упрощает монтаж стыков и позволяет создавать различные специальные конструкции кровель, отвечающие требованиям к сложным деталям, гарантируя отсутствие протечек в трубах и оборудовании. Кроме того, ТПО-мембраны позволяют вести строительство без воспламенения, что делает их экологически безопасными.
6) При устройстве однослойной кровельной системы из ТПО с механическим креплением мембрана укладывается свободно на основание, фиксируясь только в местах нахлёста. Гомогенная мембрана, используемая в узлах кровли, имеет относительное удлинение при разрыве более 500%, что позволяет системе адаптироваться к значительным деформациям основания. Это полностью сборный метод строительства без мокрых работ, что обеспечивает высокую скорость строительства и делает его идеальным выбором для большепролётных зданий из стальных конструкций.
4.2 Инновации данного проекта
4.2.1 Гидроизоляционная обработка стальных колонн H-образного сечения, выходящих на крышу
Для обеспечения гидроизоляции выступающие из кровли колонны однослойной кровельной системы должны иметь регулярное поперечное сечение, например, круглые или квадратные стальные колонны, избегая нерегулярных сечений, таких как уголки, швеллеры и двутавровые балки. Однако в данном проекте широко используются колонны двутаврового сечения, что представляет собой серьёзную проблему для конструкции и гидроизоляции мембраны ТПО.
После многочисленных проб и обсуждений было принято окончательное решение заменить двутавровые балки на прямоугольные стальные для стыков (см. раздел «3.3 Анализ строительных проблем»). Этот инновационный подход решил проблемы технической осуществимости и гидроизоляции стыков колонн нестандартного сечения, заложив основу для обеспечения гидроизоляции всей кровельной системы.
4.2.2 Поверхность рулонного материала имеет легкоочищаемый слой. Для крыш крупных заводов уборка представляет собой весьма сложную проблему. Пыльная крыша не только ухудшает внешний вид, но и уменьшает отражение солнечного света, увеличивая энергопотребление в помещении.
Обычные материалы TPO имеют резиноподобную поверхность, относительно шероховатую и с высоким коэффициентом трения. При загрязнении в процессе эксплуатации поверхность трудно очищать, особенно в местах перекрытия и сложных стыков во время строительства. Это может привести к риску неплотной сварки и, как следствие, к возможным протечкам в дальнейшем.
Для решения этой проблемы компания Oriental Yuhong разработала водонепроницаемую мембрану TPO с легкоочищаемым слоем. В процессе эксплуатации она обладает лучшей устойчивостью к царапинам, стойкостью к органическим растворителям, газобарьерными свойствами, низким водопоглощением и коэффициентом трения. Она также снижает статическое электричество, притягивающее пыль к поверхности. При использовании органических растворителей для очистки поверхностных загрязнений снижается вероятность повреждения структуры поверхности, а загрязнения легче удаляются.
