玻璃采光顶的防水构造分析与探讨.doc

玻璃采光顶的防水构造分析与探讨摘要：通过总结玻璃采光顶的常见漏水原因，针对明水、渗水、冷凝水等采光顶主要漏水水源进行分析，根据玻璃采光顶结构特点和了防水原理，提出了玻璃采光顶相应的防水构造和解决措施。关键词:玻璃采光顶；多道密封防水；有组织排水；缝隙层防水abstract: through summarizing the common glass daylighting top leaking the reason, in view of the mingshui, seepage, condensed water etc daylighting top main leaking water analysis, according to the structural characteristics and glass daylighting top the waterproof principle, this paper presents a glass daylighting top corresponding waterproof construction and measures.keywords: glass daylighting top; many sealing waterproof; organized drainage; aperture waterproof layer中图分类号：u214.3文献标识码：a 文章编号：随着节能与环保的社会化大趋势，建筑日益多样化，以人居舒适性为核心的建筑追求更加关注建筑本身与自然的关系。建筑采光顶在众多建筑中被广泛采用，充分利用自然光，增加建筑与环境的亲和力等就体现了这种关系。采光顶除了安全性和热工性能以外，在实际使用过程中，漏水是能够最直接感受到和最日常烦恼的质量问题，多年来已成为采光顶中最常见的建筑弊病之一。2004年8月刚启用的广州新白云机场仅仅启用半个月，在8月20号的一场暴雨中，机场航站楼b区国内航班出发厅屋顶漏水，其室内漏水程度类似小雨，机场工作人员和百余名旅客衣服被漏水淋的“湿漉漉的”，可见其漏水程度。据初步调查结果，“雨水主要是从屋顶的天沟里渗进来的。漏水应该是屋顶连接处不够密封。”（南方都市报）。“根据历次全国屋面渗漏调查资料分析，细部构造的渗漏占全部渗漏面积的80%以上”（屋面工程技术规范gb50345-2004）。本文从如下四个方面来论述玻璃采光顶的漏水及放水：一玻璃采光顶的特点玻璃采光顶形式十分丰富，根据其造型、外型、构造，以及与立面关系、数量关系等分为若干类。为分析漏水和防水问题方便，以面层形式分为坡度平面、折线平面，单曲面、双曲面、组合面等形式。讨论防水问题必须了解作为防水主体的玻璃采光顶的防水有关基本特点。(1)组成采光顶材料本身不具有吸水性。玻璃采光顶主要由玻璃、钢材、铝材、密封胶、衬材组成。材料本身在非破坏情况下不会发生渗漏。(2)防水措施处理空间有限。高强轻质材料组成，空间占有体积相比其它材质较小，尤其是缝隙处厚度非常有限，也就意味着对防水构造形式的要求和难度更高。(3)屋面玻璃是位于建筑物顶端与水平面夹角小于75度的玻璃面层。所以汇水面积比较垂直玻璃幕墙大，包括风雨造成的强击水更直接。(4)阳光作用更直接照射采光顶表面，包括热量和紫外线。更容易产生采光顶的各种材料热变形。密封材料的抗紫外线能力和抗热老化性是保证采光顶防水性的重要因素。(5)采光顶表面并不能认为类似玻璃表面那么平整。玻璃表面的板面挠度会造成积水和积灰，特别是接缝处的胶缝和扣板造型都会带来积水和积垢，这部分非常容易带来渗水和美观的不良后果。(6)缝隙是采光顶渗漏的主要通道。而缝隙是由相同材料之间和异质材料之间拼接和连接所形成的。二采光顶的排水坡度1、关于水采光顶所涉及的水来自于自然界的雨水、雪水、冰以及温湿空气，理论上既水的三种形态：气态(水蒸气)、液态(液态水)、固态(冰和雪)。水的迁移分为重力迁移、材料或构造内部迁移，内部迁移只有两种相态，一种是以气态的扩散方式迁移(又称水蒸气渗透)；一种是以液态水分的毛细渗透方式迁移。2、排水坡度屋面坡度大对防止渗漏的效果是显著的。传统平面屋顶找坡一般有两种方法：结构找坡和材料找坡。对于平面玻璃采光顶，结构找坡是由采光顶支撑结构与建筑主体屋面结构，如屋面梁或结构墙结合而形成的排水坡度；玻璃材料找坡主要是考虑玻璃中心挠度形成的“水洼”和积聚泥水的排水坡度。采光顶结构找坡时，坡度应不小于3%；当由玻璃材料找坡时，坡度应以保证由于单片玻璃挠度形成的积水可以排除为原则，参考玻璃幕墙工程技术规范(jgj102-2003)规定，“在风荷载标准值作用下，4边支撑玻璃的挠度限值df，lim宜按其短边边长的1/60采用”，“点支撑玻璃面板的挠度限值df，lim宜按其支撑点间长边边长的1/60采用”，“斜玻璃幕墙计算承载力时，应计入永久荷载、雪荷载、雨水荷载等重力荷载及施工荷载在垂直于玻璃平面方向作用所产生的弯曲应力”。因此，为抵消单片玻璃挠度所产生的积水，一般单片玻璃的倾斜坡度不小于2%；另外，玻璃采光顶周边与结构的水平交接处的天沟、檐沟的纵向坡度不应小于是1%。玻璃采光顶找坡应以采光顶支撑结构找坡为主。实践中，采光顶支撑大多以其特有的倾斜屋面效果满足建筑物使用功能和美观要求。三. 漏水水源水的来源主要是自然界的雨水、积雪融化水、结露冷凝水。雨水的特点是单位时间内的水量容易掌握，直接作用在采光顶外部，加上风力作用于采光顶表面的水击强度大。结露是由于湿空气在介质两侧的温差达到一定差别时的介质表面凝水现象。对于采光顶来说，结露带来两个问题：一是结露冷凝水容易出现在室内一侧，当结露冷凝水积到一定量时，形成滴水落水；二是采光顶节点构造内的结露冷凝水，特别是采光顶支撑结构的金属材料空腔或内壁形成的冷凝水，如不及时排出，将会长期腐蚀周边材料，使材料的功能性失效，导致漏水或渗水。采光顶屋面的设计、材料、施工安装等任何一个环节的疏忽或轻视，都将导致堵不严、疏不畅的排水组织失效，通过采光顶系统结构漏下的水可侵蚀结构周边接缝，腐蚀屋顶材料，损坏屋顶结构，污染和破坏内部环境。泄漏的水会顺着结构件流至建筑物内不同的地方，由于漏水长期侵蚀，采光顶系统的各构件的安全隐患将对室内的人居环境的安全造成严重威胁。四. 玻璃采光顶的防水设计11、设计原理屋面工程技术规范(gb50345-2004)中规定了屋面工程防水设计应遵循“合理设防、防排结合、因地制宜、综合治理”的原则。玻璃采光顶防水节点设计体现和隐藏在采光顶结构节点设计之中，同时与建筑主体结构的结合部位也都是防水设计的重要环节，玻璃采光顶防水设计是一个防水系统设计，是作为玻璃采光顶整体设计的子系统的重要组成部分。防水系统主要包括排水和防水。排水包括利用重力作用的面排水、槽排水、管排水。将水排出室外的方式决定着倾斜系统的排水性能；防水则包括密封、设防道次和密封材料选择。对于如何完成使用性能良好的系统所必需的密封和排水等所有细节的设计，核心问题是如何建立对“堵”与“疏”关系的理解和认识。对于玻璃采光顶传统的方法是以“堵”为主，既依靠密封各构件之间的外部接缝来防止水的进入，这种装配系统中玻璃板块之间、玻璃板块与支撑杆构件之间的外部和内部接缝进行某种程度的密封。但是，它往往忽视真正构件内部接合处的防水密封的重要性。这种方法存在着各种难于解决的弊端，如外部密封材料暴露在室外，密封胶承受着紫外线辐射、热应力、污染物以及粗劣的施工质量的影响，使外部密封难以达到预期的效果，另外强调内部密封的同时，往往忽略了渗漏水和构造内部冷凝水的排出。良好的设计应该是“堵”和“疏”相结合，既堵也疏。无论是内部或外部，以最大限度的避免了密封处与水的接触；同时确保渗漏水或冷凝水有组织的排出。值得注意的是一些用于幕墙上的做法在采光顶上并不见效。首先，由于重力或其它压力进入缝隙的水，在缝隙内压力的影响已微乎其微，内部渗流水只和水头有关。因此将雨幕等压腔设计套用于采光顶通常是失败的。其次，幕墙上常用的外部排水孔设计，在采光顶中水通过压条的外表面和外扣盖向外排出时，会被截留在各种内部接头处。截留住的水要么通过一个孔排出，要么就一直积存下来侵蚀密封胶，直到这里形成一个漏洞让水排出为止。由于重力方向的原因，水很难“溢出”。等压设计在垂直的幕墙系统中起到不同程度的作用，在幕墙系统内保持防漏气隔离层仍然是极其重要的，如果没有这道屏障将内外分开，建筑外围护系统将是不完整的，会造成一个空气和水通过外围护进入室内的通道。冬季冷空气的渗透会使内部结构的表面温度下降到露点温度，从而出现冷凝水。建筑内部管道冻结、人感到不舒服，以及外界污染物刮进楼内，都可能是空气未受控制渗漏进建筑物内的结果。等压设计实际上是形成一个空气隔离层，由于分隔空气达到防漏气隔离层起到防水层的作用，在采光顶的倾斜系统中，只有系统中水平构件的底部呈水平面，而且与外界形成能够外倾的水流通道时等压原理才能实现排水，而做到这一点技术和经济上并不现实。12、玻璃采光顶的设计，应基于以下基本原则1.2.1、排水组织根据采光顶的造型，划分排水区域，寻找最短排水路径，设计有效；地排水组织路线图，保证排水的流畅性。1.2.2、抓住关键”漏点”根据排水路径，寻找路径中的“可能漏点”，进行防水密封设防，首先考虑玻璃部分的单向接缝，如玻璃板块拼接处的纵向接缝、横向接缝；其次对纵横交接处的防水和排水进行设计；最后对最终排水部分的如天沟、落水口、檐口等汇水结构进行设计。1.2.3、多道设防根据采光顶具体构造，针对不同的结合部位进行一道和多道防水设防。要针对外界明水、渗漏水、冷凝水等不同情况，进行防水道次设计，一般对于结合部位有外视扣板、扣条的情况，应考虑3道防水密封。1.2.4、考虑多种变形由于玻璃采光顶主要是由高强轻质材料构成，特别是支撑结构由金属钢材、铝型材为主，可能存在的变形很多，如结构变形、温差变形、震动变形等等，变形的直接影响首先是构造节点。因此，设计时应充分考虑节点满足变形的要求。应在设防上、构造上、选材上多方考虑。1.2.5、合理选用密封材料为确保节点防水的质量，应该充分利用各种材料的特点。选材上应尽量采用高强度、高弹性、高延伸性材料。具体说，应根据具体防水位置，考虑采用不同的密封材料和柔性防水材料等互补并用的多道设防，包括设置附加层等。必要时还要考虑防水层的耐老化、耐穿刺以及飞禽破坏等。13、防水节点构造由于建筑的多样性，每一个玻璃采光顶构造都有所不同，要获得一个有效的防水系统必须考虑多种因素，而节点构造是多种因素综合作用的关键，是防水设计的重点和难点。玻璃采光顶节点构造中的各种缝隙形式取决于采光顶构造本身，无论何种造型的采光顶，归纳到节点技术，主要分为：点支撑结构的玻璃板块接缝节点和驳接头处的玻璃接缝节点；隐框节点；明框节点；采光顶与其它材质交接部位节点；与主体支撑结构交接部位节点。五. 玻璃采光顶的防水设计节点实例1、明框和隐框节点图一如图一所示，这是一个典型的明框节点。相比之下，使用硅酮结构胶密封的水平隐框设计更具防水性，而且具有减少灰尘和杂物积存量方面的优点，但成本高，硅酮结构胶的性能受环境影响很大，容易损害系统的整体防水性能。扣板的存在，为增加防水道次提供了可能空间。根据美国建筑玻璃实用手册资料，当幕墙倾斜角等于或大于30°和水平横梁长度不超过18m的情况下，此处高度约1013mm为宜。另外，相对上述竖框(视为主框)的横框应尽量采用较低的不带外扣盖的压条，这可以最大限度的减少外表面的积水量。图二如图二所示，这是一个典型的隐框节点。玻璃下部支撑肋的高度足以能够防止中空玻璃边部密封部位和胶条等浸入水中。2、横框与竖框的交接图三横框与竖框的交接节点是第三个典型节点。最主要的特点是横框中玻璃槽的搭接延长部分能够促进横框向竖框的排水。传统的做法是将横竖框交接处铝型材间的防漏气和防水密封采用密封胶密封，这只是一种不切实际的理想设计，实际效果往往事与愿违。因为打胶操作时很难对打胶表面进行处理，打胶量无法有效控制，密封胶用量一旦过大，会把竖框玻璃镶嵌槽堵塞。同时铝材断面如有任何的变形吸收位移，则密封胶就会因受剪切刀而出现缺口，水和空气就可以穿过。3、收口部分的构造这是一个需要增加第二道防水设防的节点，主是针对排水槽排出的可能的渗流水。在一定的环境条件下，玻璃和金属构件表面上容易形成冷凝水，需要增加第二道辅助冷凝水排水槽进行控制。积水应通过引渡部分设计以便将排水槽中的积水排出。水平横梁外露部分要低，以便让水在它上面自由通过。同时横梁内部应具有排水槽，可把水送到竖梁(或主梁)，通过主梁排水槽最后将水排到室外。注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。