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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睛之筆，因為其通透、清逸、造型輕巧而受到很多建筑的厚愛，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“十個采光頂九個漏”的調(diào)侃說法。雨水滲漏問題成了玻璃采光頂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最常見最麻煩的問題。
本文就常見的玻璃采光頂系統(tǒng)設(shè)計的防水問題進(jìn)行研究，并就如何設(shè)計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)
長期以來，解決建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)及玻璃采光頂滲漏問題的方式均是通過打膠實現(xiàn)，通過對玻璃接縫縫隙進(jìn)行密封封堵(圖一)。但是大量的項目案例我們發(fā)現(xiàn)，通過打膠封堵的方式只是暫時可靠，隨著時間的推移，大部分此種構(gòu)造的采光頂均會出現(xiàn)的不同程度雨水滲漏。
圖一
在理論上，在理想情況下，通過密封膠將暴露室外的所有接縫完全密封是實現(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：
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)過對這些理想狀態(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現(xiàn)。通過大量的完全依賴密封膠的采光頂滲漏的實際案例，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)這三種情況同時發(fā)生時，沿著建筑表皮流下的水被大風(fēng)帶來的室內(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)部制造一個空間，讓這個空間能與室外空氣相通，若這個空間的壓力能與室外氣壓相等，即實現(xiàn)了等壓，而這個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，表示建筑物表面所受壓力越小，也就是越近似于等壓。
因為室外自然環(huán)境的復(fù)雜性，空氣壓力是隨時波動變化，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技術(shù)上的假設(shè)，實際上的等壓腔并不能達(dá)到完全等壓，仍會因為外部氣壓的變化及等壓通道布置等原因而有壓力差的產(chǎn)生，因此等壓腔體事實上是為不完全等壓，故如果在系統(tǒng)設(shè)計與生產(chǎn)施工如果不考慮這些理想與實踐的差距，往往就無法實現(xiàn)通過等壓腔的設(shè)計而達(dá)到防水作用，并可能會因環(huán)境的氣壓波動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)，因為室內(nèi)外開啟壓力差始終存在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)計的外圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意，通過布置雙道密封形成等壓腔體，通過恰當(dāng)?shù)牡葔和ǖ啦贾枚鴮崿F(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)，室外的雨水因為壓力大致相等平衡而失去向室內(nèi)滲漏的動力，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，但因為等壓腔的實現(xiàn)只是一個技術(shù)上的假設(shè)，要實現(xiàn)這個假設(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，我們再來分析圖一的設(shè)計，雖然看圖紙上玻璃與玻璃的接縫通過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態(tài)的自然之中，時時刻刻承受著室內(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)計要點
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，常見的單元體幕墻系統(tǒng)防水設(shè)計皆源于此，不過根據(jù)具體的項目進(jìn)行一些形式的變化而已。但是對于玻璃采光頂系統(tǒng)，問題將更加復(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，但是對于幾乎是平面的玻璃采光頂，要順利的實現(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)，如果簡單的進(jìn)行等壓氣孔的開設(shè)無疑是為雨水滲漏提供通道。
對于玻璃采光頂，還有一個結(jié)構(gòu)位移的考慮，當(dāng)在結(jié)構(gòu)平面變形位移時，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，還需滿足不能因為變形而出現(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，通過隱蔽的布置等壓通道實現(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)，通過側(cè)面隱蔽的空氣等壓孔實現(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)實現(xiàn)
玻璃采光頂?shù)脑O(shè)計原則按照 “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)實際情況確定防水等級與設(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)計應(yīng)該是“堵”“疏”結(jié)合，無論外部還是內(nèi)部，均最大限度的避免密封處于水的結(jié)合，同時確保滲漏水及冷凝水能夠有組織的排出。
通常情況下，國內(nèi)常見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。
采光頂系統(tǒng)密封層分為第一密封層與第二密封層，兩個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)計的采光頂系統(tǒng)，見圖五、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），鋁合金壓板通過螺釘連接在主受力桿件上。
在系統(tǒng)設(shè)計中，連貫的等壓腔通過封邊的排水通道實現(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，通過柔性密封材料及密封膠的作用實現(xiàn)在第一密封層的完全密封，第二密封層通過玻璃與膠條的壓力擠壓而實現(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)計時，實現(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，再考慮所在地區(qū)的雨水量，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆浪畣卧獎澐郑ㄟ^布置組合水溝進(jìn)行對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，因為采光頂系統(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)通過明框的設(shè)計將縫隙轉(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，因為第二密封層在安裝玻璃后無法進(jìn)行濕法打膠施工，實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，需考慮玻璃在結(jié)構(gòu)變形位移的情況下的躥動可能，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，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)行等壓的實現(xiàn)，在采光頂端部，通過布置等壓孔洞實現(xiàn)等壓腔體與室外的氣壓相等，等壓孔洞同時作為排水通道，將可能的滲水排至室外。
五、后記：
因為建筑效果的豐富多彩，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、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，這些都對采光頂?shù)乃苄阅墚a(chǎn)生極大的影響。但無論如何，對于建筑玻璃采光頂來說，防水的重要性都是處于第一位，對于系統(tǒng)防水技術(shù)的考量必須基于理論研究與實踐經(jīng)驗進(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)計均屬于技術(shù)的理論假設(shè)，而所有的理論假設(shè)的實現(xiàn)均必須依靠技術(shù)工人的工藝實現(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 中國建筑工業(yè)出版社
