摘要：站台雨棚功能纯粹且重要。本文将以佛山西站站台雨棚设计入手，研究膜材料在站台雨棚屋面应用的可行性及技术要求。
关键词：站台雨棚；屋面；膜材料
一、铁路站台雨棚屋面建设现状及特点简介
为避免旅客和行李、包裹、邮件受雨雪侵袭和烈日照晒，铁路旅客车站站台设置雨棚。站台雨棚功能纯粹，却是重要的铁路站场客运建筑。安全性是铁路站台雨棚最重要的考量指标。一般铁路站台长度较长，覆盖站台的站台雨棚面积规模总量较大。
铁路车站站台雨棚的建设从普通的钢筋混凝土雨棚（站台立柱），压型钢板雨棚（站台立柱）发展到大跨度、高空间的无柱雨棚（线间立柱、钢结构+压型钢板），因为2012年的雨棚安全整治工作发现的金属屋面系统存在安全隐患问题，目前站台雨棚多为站台设柱的钢筋混凝土雨棚或叠合板屋盖。钢筋混凝土屋面抗风性强，耐候性及耐久性强，但不适宜做成大跨结构，造型呆板不轻巧。压型金属板屋面结构轻巧，可做成大跨度结构，但造型相对比较单一，不适宜较为复杂的屋面造型，且压型金属板屋面抗风揭、抗腐蚀性能差，尤其在台风地区易发生屋面脱落等情况，存在较大运营安全隐患。
二、佛山西站站台雨棚设计概况
三、 雨棚屋面材料的选择
雨棚屋面选材——PTFE膜，具有以下特点：
首先，就PTFE膜本身来讲，膜材本身具有造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于清洁、使用安全等优点。PTFE膜材料是一种新兴的建筑材料，在极细的玻璃纤维（3μm）编织成的基布上涂PTFE（聚四氟乙烯）树脂而形成的复合材料，它具有稳定的形状，并可承受一定载荷的建筑膜材料。已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的“第六种建筑材料”。
其次，相较于原设计中的金属屋面板来说，具有以下优点：
1，高强度，重量轻，大跨度。
2，透光性能好。
3，耐温、耐腐及自洁性好。
4，工期短，拆装方便。
5，经济性。
四、膜材料屋面的适应性设计
在充分满足功能性要求和结构体系合理性的前提下，结合膜材料自身的形态和技术特点进行设计，本节主要从膜材料屋面防火设计、美观设计、防水设计、防风设计、连接构造等方面设计分析。
1、防火设计
膜材料作为室外雨棚屋面可以参考吊顶及步行街雨棚的标准，即材料选用难燃材料，耐火时限不低于0.25h。PTFE建筑膜材是有一种无机物（玻璃纤维高强基布）和一种有机物（聚四氟乙烯树脂）通过一定的压力和300℃以上的高温复合而成，具有较好的耐高温性能，作为难燃、阻燃性材料，PTFE建筑膜材燃烧后无滴落物，满足防火规范要求的同时保证站台旅客的自身安全。
2、造型设计
结构选型：雨棚采用骨架支撑膜结构，以钢构构成拱形屋顶骨架，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构安定性高；屋顶造型简单大方，开口不易受限制，经济效益较高。
3、构造节点设计
膜结构的连接构造的目的是在符合各种技术规范的前提下保证整体的安全、合理、美观。膜结构车站雨棚在符合结构受力的前提下，膜节点的细部设计和膜面裁剪线的布置，应考虑建筑美观要求。
如果膜结构构造措施出现不合理，尤其是膜结构连接、节点处，往往是膜结构的薄弱处，很多已建成的膜结构建筑因为其构造措施不合理，从其节点处开始出现破坏。构造节点设计同时也是防风、防水设计的重点，在前文中已经介绍了目前膜结构设计中构造节点的分类和一般构造做法，本节主要针对佛山西站构造需求进行构造节点设计。
本项目构造节点设计主要包括：膜与膜的连接；膜在刚性膜脊处（二次钢构）不设分片的连接；膜在刚性膜脊处（主结构）设分片的连接；膜在刚性谷底处（天沟）设分片的连接。以下分别展开论述。
（1）膜与膜的连接：
膜与膜的连接采用热合连接的方式时，热合宽度不宜小于25mm；
膜与膜的连接采用夹具连接的方式时，利用夹具和螺栓锚固将膜片结合起来。
（2）膜在刚性膜脊处（二次钢构）不设分片的连接：
膜材直接搁置于支撑的二次钢构的小钢管上，钢管在设计时应尽量避免出现直角或锐角的边界形状，以减少安装难度并避免产生应力集中。
（3）膜在刚性谷底处（天沟）设分片的连接：
将分片设在天沟两侧，可设防水板避免雨水沿钢管流下，整体排水采用有组织排水设计，设置天沟。
4、防水设计
很多建成的膜结构建筑都出现节点漏水的情况，因此需要对膜结构进行防水设计，具体做法是：
（1）建筑设计方面，结合整个建筑进行有组织排水，谷底处设置天沟排水；
（2）结构设计方面：结构设计合理，保证结构各部分受力合理平均，即使在雷暴雨天气也能保证不积水，不在膜材表面囤积，不给膜材施压；
（3）节点设计方面：主要强调主结构分片处及在天沟处的构造设计。
（4）膜材：PTFE膜材本身防水密闭性较好，就膜材本身而言，无需做更多防水措施；
5、防风设计
本车站雨棚方案采用骨架支撑式膜结构，膜材虽然也是受力的一部分，但并非受力主构件，主要作为覆盖作用的维护结构。仅在刚性骨架之间的局部范围内发挥张拉作用；钢构架作为承重骨架，自成一个稳定结构受力体系，风荷载由膜材传导到主钢构上，在骨架上呈拱形布置张紧的PTEE膜，由于受钢架的约束，整体变形不大，周期相对较短，风振效应相对较小，可有效较少风荷载所带来的膜变形。在风荷载作用下只要保证主结构的刚度，薄弱部位一般出现在膜面与膜节点处，只要膜材和膜节点的强度能保证，膜结构雨棚是具有良好的抗风性的。
膜材的防风设计也要通过结构设计和节点设计来完成：
在佛山西站的结构设计中，对简单的膜结构雨棚风荷载体型设计按照荷载规范进行选取，形状复杂时应通过风洞试验或专门研究确定风荷载体形系数。
在佛山西站的节点设计时，相应的节点构造要满足相关规范的要求，膜材的自由支承长度不宜超过15m，且单片膜的覆盖面积不宜大于500㎡；佛山西站在主结构分片布置，单片膜材面积最大231.68㎡，最小142.56㎡，满足规范要求。
其他：膜材的压板板厚不宜小于6mm，固定螺栓间距不宜大于200mm，加劲板间距不宜大于600mm。
五、膜材料雨棚屋面设计要点总结
1、膜结构建筑方案的确定
建筑师根据业主的意图、功能要求、环境条件等初步确定建筑的平面形状尺寸、空间形式及三维造型、净空体量等，基本确定各控制点的坐标，考虑经济和施工工艺等技术条件，与膜结构工程师、业主及施工技术人员等一起确定经济合理的初步设计方案。
2、膜材的选择
因铁路车站站台雨棚属于重要公共建筑，膜材料建议选择耐候性、耐久性、自洁性、防火性能均更优的PTFE膜材。
3、结构设计
膜材料屋面结构体系对设计思路与金属板屋面结构体系的设计思路为两种不同思路。金属板屋面对主体结构的力仅为自身的中力及抗风力，膜材料屋面自身重力很小，对主体结构的力主要为张拉的应力。
因膜材属于柔性材料，需要结构设计时充分考虑膜材的张拉绷紧，结构设计可以通过屋面起拱、悬索张拉等结构形式以利膜材的敷设。此外，膜材张拉对主体结构带来的反作用力也应进行充分考虑。
4、构造连接
（1）膜材与膜材之间最适宜采用热熔连接或夹板整体连接从而有效防止膜材的开裂及渗水；
（2）膜材端部宜设置通常刚性构件以使膜材端部形成有效受力点；
（3）檐口、天沟、屋脊以及主体结构与膜材连接处的连接螺栓应采用双向螺帽安全螺栓从而防止螺栓脱落造成运营安全隐患；
（4）对于像车站雨棚这样的重要工程，应采用铝合金或不锈钢夹板和连接件来连接膜材与钢索，且均应该进行防腐处理；
（5）膜结构雨棚设计时应合理布置各类锚锭、基础承台等突出物的位置，并采取保护措施，避免影响交通或造成人身伤害。
5、防风设计通过前期设计中的节点设计，结构设计中的风荷载体形系数的正确采用，锚固螺栓的连接，施工过程中的质量监控，验收、维护等各个阶段，保证膜结构雨棚的防风性。
论文作者:吕克伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2017/11/2
标签：雨棚论文; 膜材论文; 屋面论文; 站台论文; 节点论文; 结构论文; 膜结构论文; 《基层建设》2017年第27期论文;