南京地区倒置式屋面适应性设计探讨

南京地区倒置式屋面适应性设计探讨

梁媛

江苏省公共工程建设中心有限公司 江苏南京 210000

摘 要：本文阐述倒置式屋面技术在南京地区的适用性，运用SWOT工具对倒置式屋面技术进行分析，通过调研南京地区大量居住建筑、公建项目屋面构造做法，探讨南京地区倒置式屋面的适应性设计策略。

关键词：倒置式屋面；SWOT分析；适应性设计

Abstract：Expounds the applicability of inverted roof technology in Nanjing area, analyzes inverted roof technology with SWOT analysis, and discusses the adaptive design strategy of inverted roof in Nanjing area by investigating the roof structure practices of a large number of residential and public construction projects.

Keywords: inversion type roof；SWOT analysis；adaptability design

1 南京地区气候特征分析

南京地处我国东部长江下游，属亚热带季风气候，在建筑气候区划中为典型夏热冬冷地区，南京历来有火炉之称，夏季主导风向为东南风，受暖湿气流影响炎热多雨、湿度较高，其中梅雨季节（6-7月）出现较大时段持续降雨；冬季主导风向为东北风，受高纬冷空气影响寒冷晴朗、气候干燥。据中国气象局公布的资料，南京市年平均温度15.4℃，年极端气温最高39.7℃，最低气温-13.1℃，年平均降水量1106mm。

2 倒置式屋面技术理念及发展

倒置式屋面这一技术术语，在《倒置式屋面工程技术规程》中解释为“将保温层设置在防水层之上的屋面。”倒置式屋面以高绝热系数、低吸水率材料用作保温层，将保温层设置在防水层之上，具有保温隔热、节能高效、延长防水层的使用寿命、综合造价经济、施工方便、劳动效率高等优点。倒置式屋面工程技术的试用1951年源于美国，自1966年起大面积应用推广，先后在德、英、日等国家重要建筑上得到运用。我国于1974年正式引进倒置式屋面技术，最初由长春构建公司进行施工成功，此后北京、江苏等地区得到大范围推广。近年来，倒置式屋面的应用在我国除严寒地区外，在经济发达地区发展很快。

3 倒置式屋面设计技术的SWOT分析

SWOT分析法，是通过分析内部要素的优势、劣势，外部要素的机遇和威胁，对分析对象的整体条件、环境和外部可能面临的机遇、威胁进行研究，从而将时间精力投入到优势更多的地方，以实现社会利益和经济效益的最大化。下面试用SWOT工具对倒置式屋面技术在南京地区的适用性进行逐项分析。

3.1 倒置式屋面设计的优势（strengths）

3.1.1 构造优势

（1）减少构造层次和构造措施

减少构造层次。倒置式屋面工程的基本构造层次自下而上为：结构层、找坡层、找平层、防水层、保温隔热层、隔离层和保护层。而传统卷材、涂膜防水（正置式）屋面的基本构造层次自下而上为结构层、找平层、隔汽层、保温层、找坡层、找平层、防水层和保护层 (其中隔汽层、找平层是否设置由具体工程设计确定)。在南京地域条件下，倒置式屋面构造做法可相较正置式至少节省一道找平层，如采用结构找坡还可减少一道找坡层。

减少构造措施。传统正置式屋面因防水层在保温层之上将其完全封闭，当屋面保温层或找坡层干燥有困难、湿气难以排除时，为防止水气蒸发使防水层起鼓需要增设屋面排气系统（排气道和排气管）。正置式屋面因排气措施的设置，往往会造成屋面凸起诸多节点，影响屋面整体美观（特别是有景观小品等观赏功能的上人屋面），同时排气管存在易堵、易损等问题。与传统正置式屋面相比，倒置式屋面不易产生水气积聚，可不设置透气孔或排气槽。从而保证了防水层整体性，避免更多渗漏节点及隐患，同时还可进一步开发利用屋面。

（2）延长防水层的使用年限

倒置式屋面的保温层位于防水层之上，对防水层起到良好的热保护。倒置式屋面的防水层不受外力（大气温差导致的热应力等）直接作用（避免温差变形、热胀冷缩导致产生裂缝、裂纹），不受外部环境（阳光紫外线照射、臭氧、酸雨）直接影响（避免受环境气温影响导致老化、卷材脆化），能长期保持防水材料的柔软性和延伸性。对于夏季热湿雨季漫长、冬季寒冷干燥的南京地区，倒置式屋面技术有利于有效延长防水层的使用年限。

3.1.2节能优势

倒置式屋面使用的是表观密度小、压缩强度大、导热系数小、低吸水率的保温材料。由于倒置式屋面防水层设于保温层下，同时保温层上部采用卵石或刚性面层覆压，保温层内长期性或间歇积水，故而要求防水材料耐霉烂性能好、适应变形能力强、接缝密封保证率高、拉伸强度高及有相应延伸性能，因此防水层很密实，对屋面保温隔热性能有很大帮助。由于保温层、防水层双效作用，增大了室内环境的热容量，提高了房屋建筑的蓄热能力，同时也很好保证了室内热环境质量，具有良好的节能优势。

南京地区呈现出冬冷夏热、雨热同季、热量丰富、雨量充沛的整体气候特征。在进行节能建筑围护结构热工设计时，既须满足冬季保温，又须满足夏季隔热。根据夏季实测，南京地区屋面外表面最高温度可达62℃。围护结构（屋面、外墙、门窗、地面等）其保温隔热是建筑节能设计的重要环节，是降低建筑能耗的必要措施。倒置式屋面工程技术的运用有助于改善房屋建筑屋面围护结构的热工性能。

3.1.3 造价优势

虽然倒置式屋面对保温材料有较高要求，可采用的保温材料如泡沫玻璃板、屋面复合保温板等造价相对较高，保温层的设计厚度还需按计算厚度增加不低于25%；但倒置式屋面在整体构造层次和构造措施上要比正置式简单。有研究数据表明，倒置式屋面的综合造价相较正置式可降低10%~20%。同时由于倒置式屋面对防水层的热保护作用，使屋面防水效果具备长期性和稳定性，从而减少屋面防水层检查维修工作和费用，带来长期经济效益。

笔者所在单位在建的南京某大学学生宿舍项目，原设计为传统正置式屋面设计做法，设计变更为倒置式屋面，减少了10mm厚低标号砂浆隔离层及30mm厚C30找平层两个构造层次，合计总造价相较原设计减少约13.68%。

3.1.4 施工优势

传统正置式屋面施工过程，由于保温层为封闭式需避免水汽，施工如遇雨季通常需等待数天，很难做到连续施工，延长工期的同时保温材料含水率也受到影响。倒置式屋面施工不易受天气影响，无论在比较理想的天气还是雨季都可正常施工，对基层的含水率没有特殊要求，并且摒弃了需在屋面设置排汽孔和排气道的施工工序，从而减少了工期、提高了施工速度，降低了施工成本。对夏季雨量充沛的南京地区，倒置式屋面技术有较强的施工优势。上述的南京某大学学生宿舍项目变更为倒置式屋面做法后，现场减少了两道湿作业工序，施工耗时约减少一周。

3.2 倒置式屋面设计的劣势（weaknesses）

3.2.1 材料限制

由于倒置式屋面对保温层的材料要求较高，能运用于倒置式屋面的保温材料屈指可数，仅挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS)、硬泡聚氨酯板、喷涂硬泡聚氨酯、硬泡聚氨酯防水保温复合板、泡沫玻璃保温板等。如采用模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS)，其吸水率应符合有关技术规程的设计要求。

3.2.2 维修不便

采用倒置式屋面时由于防水层位于保温层下方，处于隐蔽区域，一旦出现屋面渗漏会因难于判断渗漏点位置而无法精确修补，严重者会导致整个保温层、保护层铲除清理，工作量大、维修成本极高，甚至可能是防水造价的5-10倍。因此采用倒置式屋面技术须特别强调防水层的可靠性和全面设防能力，对防水材料必须恰当选择、精准设计和精细施工。

3.2.3 运用受限

根据笔者相关工程经验，种植屋面和屋顶花园不宜设置为倒置式屋面。如果构造层次设计不当，植物根系有可能会将保温层洞穿，保温层可能会成为植物根系的蓄水层，从而影响屋面的实际保温防水效果。未来只有当解决好防水材料的适应性和保温材料的稳定性，倒置式屋面技术才有可能运用到种植屋面的设计。

3.3 倒置式屋面设计面临的机遇（opportunities）

3.3.1 政策驱动

住建部在《关于建筑业重点推广应用10项新技术的指导意见》明确指出：“在保温隔热屋面工程中，应扩大采用倒置式防水屋面”；《屋面工程技术规范》GB50345提出倒置式屋面对保证屋面的设计质量和对防水层的保护性有利，将逐步推广应用，在相应章节和条文中提出了倒置式屋面设计和细部构造具体要求；住建部在推广建筑防水工程新技术的指导意见中也曾提出要求：保温隔热屋面设计宜扩大采用倒置式屋面。可见，国家层面对倒置式屋面工程技术的推广运用形成良好的政策驱动。

3.3.2 产业支持

基于倒置式屋面的技术优越性和节能效益，以及国内外相关研究成果和工程实践，建筑行业领域相关产业均持续投入对倒置式屋面相关的新材料、新技术和房屋建筑屋面能耗等方面的研究和开发工作，可以预见倒置式屋面工程技术未来将得到更进一步发展。

3.4 倒置式屋面设计面临的威胁（threats）

3.4.1管理制度

目前部分倒置式屋面的渗漏以致返修，主要原因之一往往是管理维护不善。一些工程交付使用后又在屋面新增电视天线、太阳能热水器等设施设备，尤其是在高层建筑中增设广告招牌而对屋面防水层造成局部损坏，从而导致屋面发生渗漏现象。排水系统不但竣工交付时要畅通，在后期运营使用过程中仍要经常加强检查，防止由于堵塞造成屋面长期积水、大雨时溢水。为此要求使用单位必须加强管理和维护，使之制度化、经常化，便于及时发现问题、及时进行维修，延长倒置式屋面的使用寿命。

3.4.2优化空间

在对倒置式屋面的应用中仍有一些可以优化改进的地方，如对倒置式屋面一旦出现渗漏的技术补救措施；倒置式屋面在防水保温的综合性能上要优于正置式屋面，但对防水保温的兼顾尚未达到理想状态，依然存在防水保温交叉作业、相互制约等问题，缺乏对防水、保温隔热、保护三者功能协调的总体考虑，仍需进行不断的设计优化。

4 南京地区倒置式屋面技术应用现状情况

笔者调研了南京地区数十个已竣工或在建项目（含公共建筑、居住建筑）的倒置式屋面构造做法，形成南京地区倒置式屋面技术应用现状调研情况表，如下表1所示：

表1：南京地区倒置式屋面技术应用现状调研情况表

从上述表格可以看出，南京地区近十年来居住建筑、公共建筑采用倒置式屋面技术形成了一定的地域性设计特点，如普遍采用建筑找坡而非结构找坡；保温材料普遍采用XPS挤塑聚苯板的同时出现了保温复合材料（保温隔热砖、瓦等）；防水材料运用范围较广，从JS防水涂料、聚氨酯防水涂膜、SBS改性沥青防水卷材、自粘聚合物改性沥青防水卷材到三元乙丙橡胶防水卷材等均有运用，构造层次设计也普遍存在满足规范标准前提下的多样化：如早前的居住建筑项目，出现了两道防水层其中之一的一道防水涂膜直接附着在结构顶板迎水面上，再进行材料找坡、找平，再做第二道防水层的设计情况（溧水区人才公寓项目）。针对多样化的设计状况和构造层次做法，笔者尝试借鉴相关国家规范、行业标准和实施图集，对南京地区倒置式屋面的适应性设计策略做出一点思考和探讨。

5 南京地区倒置式屋面的适应性设计探讨

本文所探讨的适应性设计仅为建筑学层面、具备地域特征的适应性设计概念，通过分析研究相关工程案例，并根据实际经验分析总结，探讨关于南京地区倒置式屋面的相关适应性设计策略。以下从找坡层、防水层和保温隔热层三方面进行探讨：

5.1.1找坡层的适应性设计

《倒置式屋面工程技术规程》JGJ230-2010明确指出，倒置式屋面宜优选采用结构找坡，倒置式屋面坡度不宜小于3％。倒置式屋面对基层要求高，要求基层结构平整、不开裂，同时采用材料找坡也会增加屋面荷载，也不经济，结构找坡可省却找坡层，便于减轻自重。当屋面采用材料找坡（轻质材料或保温材料）时，坡度宜为3％，最薄处不得小于30mm。

而根据目前笔者调研到的南京地区运用倒置式屋面技术的实际工程，均普遍采用建筑找坡而非结构找坡。这其中存在多方面原因：1）某些项目建筑平面及结构布置较复杂，且屋面排水设计也较复杂，结构找坡不易实现，同时为避免增加过大屋面荷载，故往往只能采用材料找坡2%；2）从节能角度考虑，运用轻质材料或保温材料进行找坡层设计，可以达到改善房屋建筑屋面围护结构的热工性能的效果。

南京地区倒置式屋面材料找坡优先推荐采用发泡混凝土，其优点是轻质保温（容重轻、热阻高）、施工方便、综合造价低。与加气混凝土相比导热系数低40~60%，与陶粒混凝土相比导热系数低70%，发泡混凝土作为找坡层，可与挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS板）一起形成较好的保温隔热效果。

5.1.2防水层的适应性设计

根据《倒置式屋面工程技术规程》JGJ230-2010，倒置式屋面工程的防水等级应为Ⅰ级，当采用二道防水设防时，宜选用防水涂料作为其中一道防水层。倒置式屋面的防水材料耐用年限可适当延长，从节材和经济角度考虑，可选用质量较好的防水涂料，毕竟防水性能好、有弹性且强度较高的防水卷材价格较高。

5.1.3保温隔热层的适应性设计

挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS板）具有均质的闭孔蜂窝状内部结构，导热系数小、抗湿性能好、挤压强度高、耐久性能优异，是可在长时间内维持80%热阻率的材料。目前在所有常用的保温材料中，XPS板具有极佳的耐久性能，在倒置式屋面中采用XPS作为保温层可长期保证屋面保温隔热的性能不发生下降。

5.1.4保护层的适应性设计

《倒置式屋面工程技术规程》JGJ230-2010明确指出，功能性屋面宜采用现浇细石混凝土保护层或板块材料保护层。当采用板块材料、细石混凝土作保护层时，应设分格缝，板块材料分格面积不宜＞100㎡；细石混凝土分格面积不宜＞36㎡；分格缝宽度不宜＜20mm；分格缝应用密封材料嵌填。南京地区已实施倒置式屋面技术的工程项目多采用细石混凝土作为保护层。

5.1.5小结及推荐做法

基于以上分析，对南京地区倒置式屋面的推荐做法如下（自下而上）：现浇钢筋混凝土屋面板发泡混凝土找坡→20厚1:3水泥砂浆找平层→防水涂膜一道→隔离层→防水卷材一道→保温层（厚度根据计算）→10厚低标号砂浆隔离层→50厚C25细石混凝土随捣随抹(6@200双向),设分格缝→瓦屋面或地砖面层

6 总结

倒置式屋面工程技术近年来在南京地区的不断推广应用，为贯彻落实我国环境保护和节约能源的相关政策、提高我国房屋建筑节能技术水平、确保屋面保温和防水质量、维护公共利益和经济效益发挥了重要作用。倒置式屋面技术还存在设计细节有待改进、地域适应性尚需完善、新材料开发应用等优化空间，未来将会得到更一步的发展。

参考文献:

[1]王桂林.倒置式屋面与正置式屋面的对比及施工技术研究.哈尔滨工业大学硕士学位论文,2016

[2]赵建新.倒置式屋面工程技术的分析[J].科技传播，2012，(13)：28-29

[3]王天.关于倒置式屋面工程技术的一点看法[J].中国建筑防水，2014，19：108-109