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在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,玻璃采光頂一直建筑的點(diǎn)睛之筆,因?yàn)槠渫ㄍ浮⑶逡荨⒃煨洼p巧而受到很多建筑的厚愛(ài),在很多的建筑中,在大堂位置、公共空間頂部,很多選用的玻璃采光頂及采光天窗,但是其質(zhì)量問(wèn)題卻屢屢發(fā)生,包括玻璃自爆、雨水滲漏等等,行業(yè)中也有“十個(gè)采光頂九個(gè)漏”的調(diào)侃說(shuō)法。雨水滲漏問(wèn)題成了玻璃采光頂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)最麻煩的問(wèn)題。
本文就常見(jiàn)的玻璃采光頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)的防水問(wèn)題進(jìn)行研究,并就如何設(shè)計(jì)高水密性能的玻璃采光頂系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析。
一、建立在理想狀態(tài)下的采光頂密封封堵技術(shù)
長(zhǎng)期以來(lái),解決建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)及玻璃采光頂滲漏問(wèn)題的方式均是通過(guò)打膠實(shí)現(xiàn),通過(guò)對(duì)玻璃接縫縫隙進(jìn)行密封封堵(圖一)。但是大量的項(xiàng)目案例我們發(fā)現(xiàn),通過(guò)打膠封堵的方式只是暫時(shí)可靠,隨著時(shí)間的推移,大部分此種構(gòu)造的采光頂均會(huì)出現(xiàn)的不同程度雨水滲漏。
圖一
在理論上,在理想情況下,通過(guò)密封膠將暴露室外的所有接縫完全密封是實(shí)現(xiàn)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)密封性能的可靠方式。并隨著密封技術(shù)的不斷進(jìn)步,密封性能也是在不斷的提高。但這些均是建立在“理想狀態(tài)”下,這些“理想狀態(tài)”大概包括以下幾點(diǎn):
1, 理想的密封打膠狀態(tài),包括打膠的環(huán)境及密封膠寬厚比的控制。
2, 理想的生產(chǎn)施工工藝質(zhì)量控制;
3, 建筑采光頂系統(tǒng)要一直處于靜止?fàn)顟B(tài),或采光頂?shù)?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>變形位移均是在密封膠允許變形范圍之內(nèi)。
4, 一直維持溫和的天氣環(huán)境,而不受到室內(nèi)外壓力差、風(fēng)壓變形、及暴風(fēng)雨的影響。
經(jīng)過(guò)對(duì)這些理想狀態(tài)的條件分析,很明顯,這些理想狀態(tài),在目前的客觀條件下幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)大量的完全依賴密封膠的采光頂滲漏的實(shí)際案例,進(jìn)行歸納得知:完全依賴外露縫隙密封封堵是采光頂滲漏的主要原因。
二、等壓腔壓力平衡技術(shù)的理論假設(shè)
通常,建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)送滲漏的原因有以下幾個(gè)方面:密封失效、室內(nèi)外氣壓差、大量水分聚集。當(dāng)這三種情況同時(shí)發(fā)生時(shí),沿著建筑表皮流下的水被大風(fēng)帶來(lái)的室內(nèi)外氣壓差壓進(jìn)失效的密封縫隙內(nèi)而造成滲漏。所以,要解決建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲漏,就得在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)施工中考慮“如何消除室內(nèi)外的氣壓差”。于是等壓腔壓力平衡技術(shù)在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)技術(shù)中得到迅速的發(fā)展。
所謂“等壓腔壓力平衡技術(shù)”,就是要在系統(tǒng)墻體內(nèi)部制造一個(gè)空間,讓這個(gè)空間能與室外空氣相通,若這個(gè)空間的壓力能與室外氣壓相等,即實(shí)現(xiàn)了等壓,而這個(gè)空間就稱之為等壓腔體。等壓原理在建筑力學(xué)上的解釋為,建筑物表面所受壓力與室外壓力(Pi)越接近相等時(shí),表示建筑物表面所受壓力越小,也就是越近似于等壓。
因?yàn)槭彝庾匀画h(huán)境的復(fù)雜性,空氣壓力是隨時(shí)波動(dòng)變化,要保存等壓腔體于室外氣壓完全相等還需要取決于等壓通道的大小、空氣的流速及等壓腔的體積大小,故所謂等壓也只是一個(gè)技術(shù)上的假設(shè),實(shí)際上的等壓腔并不能達(dá)到完全等壓,仍會(huì)因?yàn)橥獠繗鈮旱淖兓暗葔和ǖ啦贾玫仍蚨袎?#63882;差的產(chǎn)生,因此等壓腔體事實(shí)上是為不完全等壓,故如果在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)施工如果不考慮這些理想與實(shí)踐的差距,往往就無(wú)法實(shí)現(xiàn)通過(guò)等壓腔的設(shè)計(jì)而達(dá)到防水作用,并可能會(huì)因環(huán)境的氣壓波動(dòng)而造成大量雨水的侵入,這也是大量的單元體幕墻系統(tǒng)采光頂系統(tǒng)等使用等壓腔技術(shù)但卻實(shí)際工程卻大量出現(xiàn)滲漏的主要原因。

圖二
圖二是建立在理想狀態(tài)下的密封封堵技術(shù),因?yàn)槭覂?nèi)外開(kāi)啟壓力差始終存在Po>Pi,并且所有的接縫縫隙均依靠打膠實(shí)現(xiàn)密封,密封膠縫始終處在壓力之下,當(dāng)在惡劣天氣的情況下水密性很難得到可靠保證。

3
圖三
圖三是依據(jù)等壓腔原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的外圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意,通過(guò)布置雙道密封形成等壓腔體,通過(guò)恰當(dāng)?shù)牡葔和ǖ啦贾枚鴮?shí)現(xiàn)室外氣壓大約等于等壓腔氣壓Po≈Pa>Pi,只有極少量的氣流能夠進(jìn)入室內(nèi),室外的雨水因?yàn)閴毫Υ笾孪嗟绕胶舛ハ蚴覂?nèi)滲漏的動(dòng)力,此原理稱為等壓腔壓力平衡技術(shù)。
雖然很多的外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是按照等壓腔壓力平衡技術(shù)進(jìn)行布置等壓腔體,但因?yàn)榈葔呵坏膶?shí)現(xiàn)只是一個(gè)技術(shù)上的假設(shè),要實(shí)現(xiàn)這個(gè)假設(shè)還需有很多的制約條件,如果不進(jìn)行可靠的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)施工,那么雖然是按照等壓腔壓力平衡技術(shù)進(jìn)行考慮,但實(shí)際上依然達(dá)不到等壓的條件,導(dǎo)致Po>Pa>Pi,故當(dāng)在惡劣天氣情況下水密性依舊很難得到可靠保證。
按照等壓腔壓力平衡技術(shù)原理,我們?cè)賮?lái)分析圖一的設(shè)計(jì),雖然看圖紙上玻璃與玻璃的接縫通過(guò)硅酮密封膠與襯墊材料進(jìn)行密封處理,如果從靜態(tài)情況分析,這樣的密封是可靠的合理的,但是,所有的建筑外圍護(hù)及玻璃采光頂均處于動(dòng)態(tài)的自然之中,時(shí)時(shí)刻刻承受著室內(nèi)外壓力差的因素,并要承受著風(fēng)壓下變形與位移的影響,所以考慮這些綜合因素,此系統(tǒng)的水密性能并不靠譜。
三、玻璃采光頂防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
上述的等壓腔壓力平衡技術(shù)在垂直的幕墻系統(tǒng)中的運(yùn)用比比皆是,常見(jiàn)的單元體幕墻系統(tǒng)防水設(shè)計(jì)皆源于此,不過(guò)根據(jù)具體的項(xiàng)目進(jìn)行一些形式的變化而已。但是對(duì)于玻璃采光頂系統(tǒng),問(wèn)題將更加復(fù)雜,雖然在理論上,等壓腔壓力平衡技術(shù)有助于提高水密性能,但是對(duì)于幾乎是平面的玻璃采光頂,要順利的實(shí)現(xiàn)等壓腔與室外空氣壓力平衡將是非常的困難,所有的板塊接縫密封層朝天而設(shè),如果簡(jiǎn)單的進(jìn)行等壓氣孔的開(kāi)設(shè)無(wú)疑是為雨水滲漏提供通道。
對(duì)于玻璃采光頂,還有一個(gè)結(jié)構(gòu)位移的考慮,當(dāng)在結(jié)構(gòu)平面變形位移時(shí),需依舊維持接縫密封的可靠性能,這就要求密封的位移性能能夠滿足結(jié)構(gòu)位移的要求。
基于以上的分析,要實(shí)現(xiàn)可靠的玻璃采光頂系統(tǒng)的防水性能,需解決以下的技術(shù)問(wèn)題:
1, 采光頂結(jié)構(gòu)變形位移需滿足結(jié)構(gòu)位移變形的要求。
2, 采光頂桿件的變形與板塊的變形除了滿足規(guī)范要求外,還需滿足不能因?yàn)樽冃味霈F(xiàn)面板或者接縫積水情況的出現(xiàn)。
3, 板塊接縫的密封需滿足變形位移,在位移變形后依舊能夠?qū)崿F(xiàn)密封有效。
4, 盡量布置等壓腔體,通過(guò)隱蔽的布置等壓通道實(shí)現(xiàn)等壓,并防止雨水倒流倒灌。

圖四
圖四表示的是使用等壓腔平衡技術(shù)的采光頂雙層皮系統(tǒng),通過(guò)側(cè)面隱蔽的空氣等壓孔實(shí)現(xiàn)等壓腔內(nèi)的壓力與室外氣壓大致相等Po≈Pa>Pi。
四、玻璃采光頂防水系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)
玻璃采光頂?shù)脑O(shè)計(jì)原則按照 “保證功能、構(gòu)造合理、防排結(jié)合、優(yōu)選用材、美觀耐用”進(jìn)行,并根據(jù)實(shí)際情況確定防水等級(jí)與設(shè)防要求,合理確定玻璃采光頂防水使用年限,綜合考慮排水坡度、排水組織及積水積雪等因素。良好的采光頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該是“堵”“疏”結(jié)合,無(wú)論外部還是內(nèi)部,均最大限度的避免密封處于水的結(jié)合,同時(shí)確保滲漏水及冷凝水能夠有組織的排出。
通常情況下,國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的都是如圖一所示的全隱框結(jié)構(gòu)構(gòu)造,但是其密封膠縫通過(guò)上述的分析在惡劣天氣環(huán)境下很難保證水密性能,為了保證水密的有效可靠,我們進(jìn)行以下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
采光頂系統(tǒng)密封層分為第一密封層與第二密封層,兩個(gè)密封層中間的部分為等壓腔體,在進(jìn)一步技術(shù)考慮之前,綜合前文的技術(shù)考慮,進(jìn)行以下幾個(gè)技術(shù)條件假設(shè):
1,假設(shè)室外氣壓Po≈等壓腔氣壓Pa>室內(nèi)氣壓Pi。
2,假設(shè)第一密封層為柔性密封連接,能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形位移的變化。
3,為實(shí)現(xiàn)以上所述的技術(shù)考慮,假設(shè)第二密封層為連續(xù)有效的密封層。
在技術(shù)假設(shè)基礎(chǔ)上,進(jìn)行設(shè)計(jì)的采光頂系統(tǒng),見(jiàn)圖五、圖六、圖七。

圖五

圖六

圖七
圖五、圖六、圖七分別表述了設(shè)計(jì)的采光頂主受力桿件與次受力桿件的系統(tǒng)構(gòu)法,系統(tǒng)采用明框系統(tǒng),通過(guò)鋁合金壓板固定中空夾膠鋼化玻璃,在鋁合金壓板內(nèi)設(shè)置有柔性密封材料(詞條“密封材料”由行業(yè)大百科提供),鋁合金壓板通過(guò)螺釘連接在主受力桿件上。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,連貫的等壓腔通過(guò)封邊的排水通道實(shí)現(xiàn)等壓腔體氣壓與室外氣壓的大致平衡Po≈Pa>Pi,斷絕雨水侵占接縫的壓力,通過(guò)柔性密封材料及密封膠的作用實(shí)現(xiàn)在第一密封層的完全密封,第二密封層通過(guò)玻璃與膠條的壓力擠壓而實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)構(gòu)成的前提之一是采光頂系統(tǒng)的防水是有限度的防水,在進(jìn)行大型采光屋面設(shè)計(jì)時(shí),實(shí)現(xiàn)要根據(jù)規(guī)范進(jìn)行技術(shù)采光頂?shù)乃苄阅苤笜?biāo)分級(jí),再考慮所在地區(qū)的雨水量,進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆浪畣卧獎(jiǎng)澐郑ㄟ^(guò)布置組合水溝進(jìn)行對(duì)采光頂表面雨水的分流導(dǎo)排。
系統(tǒng)構(gòu)成的前提之二是需要保證第一密封層的完全可靠的密封,因?yàn)椴晒忭斚到y(tǒng)是幾乎平面的玻璃頂,需盡量避免出現(xiàn)朝天膠縫,系統(tǒng)通過(guò)明框的設(shè)計(jì)將縫隙轉(zhuǎn)換為側(cè)面密封,并在明框下部布置有柔性的密封層,因明框壓板是通過(guò)螺釘直接與受力框料進(jìn)行連接,也能保證第一層密封層與框料能夠維持同樣的變形位移,減少第一密封層在位移下破壞的可能。
系統(tǒng)構(gòu)成的前提之三是第二密封層的密封考慮,因?yàn)榈诙芊鈱釉诎惭b玻璃后無(wú)法進(jìn)行濕法打膠施工,實(shí)際上就需要在玻璃安裝前密封完所有的縫隙,包括次受力梁與主受力梁的搭接縫隙,需保證作為等壓腔的排水通道在導(dǎo)排局部滲漏雨水時(shí)能維持密封狀態(tài)。
系統(tǒng)構(gòu)成的前提之四是在進(jìn)行玻璃安裝時(shí),需考慮玻璃在結(jié)構(gòu)變形位移的情況下的躥動(dòng)可能,一般情況下,采光頂為了排水順利便捷,均按照規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布置采光頂?shù)男泵娼嵌龋@就需要在玻璃周邊布置定位卡件,給予玻璃在位移允許范圍內(nèi)的躥動(dòng)能力。
系統(tǒng)構(gòu)成的前提之五是當(dāng)偶然情況下發(fā)生雨水滲漏時(shí),作為等壓腔的排水通道需能夠迅疾的將滲漏雨水排出。
系統(tǒng)構(gòu)成的前提之六是關(guān)于冷凝水的收集與排水,冷凝水的出現(xiàn)是由于濕空氣在室內(nèi)外的溫差達(dá)到一定差別時(shí)在室內(nèi)表面出現(xiàn)的凝水現(xiàn)象,在主次受力桿件下部均設(shè)置有冷凝水收集槽,并次受力桿件的冷凝水排至主受力桿件的,再通過(guò)端部引流排至室外;
系統(tǒng)構(gòu)成的前提之七是在采光頂端部密封位置進(jìn)行等壓的實(shí)現(xiàn),在采光頂端部,通過(guò)布置等壓孔洞實(shí)現(xiàn)等壓腔體與室外的氣壓相等,等壓孔洞同時(shí)作為排水通道,將可能的滲水排至室外。
五、后記:
因?yàn)榻ㄖЧ呢S富多彩,建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,玻璃采光頂?shù)男问揭矎?fù)雜多變,氣候變化、施工質(zhì)量影響、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、節(jié)能的提高、接縫形式的變化、材料耐久性(詞條“耐久性”由行業(yè)大百科提供)能,這些都對(duì)采光頂?shù)乃苄阅墚a(chǎn)生極大的影響。但無(wú)論如何,對(duì)于建筑玻璃采光頂來(lái)說(shuō),防水的重要性都是處于第一位,對(duì)于系統(tǒng)防水技術(shù)的考量必須基于理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行技術(shù)結(jié)合考慮。
所有的技術(shù)研究及系統(tǒng)圖紙的設(shè)計(jì)均屬于技術(shù)的理論假設(shè),而所有的理論假設(shè)的實(shí)現(xiàn)均必須依靠技術(shù)工人的工藝實(shí)現(xiàn)作為保證。
參考文獻(xiàn):
《屋面工程技術(shù)規(guī)范》 GB50345-2012中國(guó)建筑工業(yè)出版社
《采光頂與金屬屋面技術(shù)規(guī)程》 JGJ255-2012 中國(guó)建筑工業(yè)出版社