單元式幕墻防水構(gòu)造設(shè)計要點

摘要：單元式幕墻在建筑師和開發(fā)商心中是高質(zhì)量、高檔次、高效率幕墻的象征，是否真正實現(xiàn)了“三高”，本文認為還有一定的差距。其中最突出的問題是單元幕墻水密性系統(tǒng)設(shè)計上的缺陷，本文在總結(jié)多年設(shè)計、施工、檢測經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，闡述單元式幕墻防水構(gòu)造設(shè)計的要點，供幕墻設(shè)計師們參考。

一、概述

建筑幕墻是集建筑技術(shù)、功能和藝術(shù)于一體的建筑物外圍護結(jié)構(gòu)，作為一種高級建筑外墻，它倍受建筑師和開發(fā)商的喜愛。隨著建筑市場的快速發(fā)展，加劇了幕墻市場對高水平幕墻設(shè)計的需求，為此幕墻設(shè)計單位就以豐富的幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式來適應(yīng)和引導(dǎo)市場的需求。比較具有代表性的就是單元式幕墻技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。但是由于企業(yè)的開發(fā)能力不能滿足幕墻市場的需要，存在脫節(jié)現(xiàn)象，致使大量的單元式幕墻的水密性能出現(xiàn)問題，影響了單元式幕墻技術(shù)應(yīng)用和推廣。

水密性一直是建筑幕墻節(jié)點設(shè)計的重要問題。經(jīng)不完全的統(tǒng)計，在實驗室中有９０％幕墻樣品需經(jīng)修復(fù)才能通過試驗。在實際工程應(yīng)用中，也存在同樣的問題。為解決幕墻的防水問題，許多專家學(xué)者對防水原理進行了研究和實驗，總結(jié)出完整的防水設(shè)計理論。比較著名的是“雨幕原理”和在實際應(yīng)用中常用的“等壓原理”。

眾所周知，單元式幕墻的質(zhì)量是由設(shè)計水平、材料質(zhì)量、加工質(zhì)量、組裝質(zhì)量、安裝質(zhì)量決定的。本文試圖就能夠影響單元式幕墻諸多因素進行分析，為建筑幕墻的應(yīng)用提供參考。

二、單元幕墻防水原理分析

1.單元幕墻的三道密封線

（1）塵密線。為阻擋灰塵設(shè)計的一道密封線，一般由相鄰單元的膠條相互搭接實現(xiàn)，起到阻擋灰塵和披水的作用。在南方地區(qū)可以不設(shè)計這道密封線。

（2）水密線。它是單元幕墻的重要防線，通過幕墻表面的少量漏水可以越過這條線，進入單元幕墻的等壓腔，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進入等壓腔水將被有組織的排出，沒有繼續(xù)進入室內(nèi)的能力，達到阻水的目的。有時為了提高幕墻的水密性能，也可能同時設(shè)置多道水密線。

（3）氣密線。它也是單元幕墻的重要防線，由于水密線和氣密線之間的等壓腔和室外基本上是相通（有時在連通孔上放置防止灰塵的海棉）的，因此水密線不能阻止空氣的滲透，阻止空氣的滲透任務(wù)由最后一道防線———氣密線來完成。

2.單元幕墻防水機理分析

在幕墻表面，為了運用雨幕原理進行防水，設(shè)計上使等壓腔的壓力Pc等于或接近室外壓力Po，即水密線兩側(cè)的風壓基本相等，消除或減輕了風壓的作用，使水不通過或很少通過塵密線和水密線進入等壓腔。

在氣密線兩側(cè)，縫隙和作用同樣不可避免，要達到不滲漏的目的，則要使水淋不到氣密線，消除滲漏三要素中水的因素，由于通過塵密線和水密線的水很少或沒有，加上合理的組織排水，就沒有水淋到氣密線，氣密線縫隙周圍沒有水，就不會發(fā)生滲漏，從而使單元式幕墻對插部位具有良好的防水能力。

單元式幕墻防水的薄弱環(huán)節(jié)是四個單元的“+”字縫，這是單元式幕墻能否成功防水的關(guān)鍵，目前比較成功的解決方案有橫鎖式、橫滑式和“+”字交叉密封結(jié)構(gòu)等，這里不再贅述。

三、單元式幕墻防水系統(tǒng)設(shè)計要點

單元式幕墻系統(tǒng)設(shè)計具有較高的技術(shù)含量，直接關(guān)系到幕墻的經(jīng)濟性、安全性、工藝性、功能性、施工及可維護性。然而系統(tǒng)設(shè)計非常復(fù)雜，它涉及到許多專業(yè)方面的知識，在此不一一詳述。

從大多數(shù)幕墻測試的過程來看，單元式幕墻在測試過程中存在不同程度這樣或那樣的問題。其中水密性、氣密性是比較突出的問題。說明幕墻在防水系統(tǒng)設(shè)計上存在一定缺陷。

單元式幕墻單元板塊是在廠房里制作、組裝完成的，能在現(xiàn)場直接安裝到建筑主體結(jié)構(gòu)上。無論是插接還是對接，單元板塊在上下左右以及單元板塊“十字”接口處均需要密封處理。如何從系統(tǒng)設(shè)計中處理好這些自由縫是解決單元式幕墻水密性的關(guān)鍵。由于縫隙腔內(nèi)外的氣壓差是雨水滲漏的主要動力，因此要求縫隙空腔內(nèi)的氣壓與室外氣壓相等，以防止內(nèi)外空氣壓力差將雨水壓入腔內(nèi)。下面從三個方面進行闡述：

1.型材斷面構(gòu)造設(shè)計的合理性

在單元式幕墻的系統(tǒng)設(shè)計中，型材斷面的設(shè)計非常重要。它不僅決定單元式幕墻的安全性，工藝性。同時還決定了單元式幕墻的其他物理性能。然而幕墻設(shè)計師們大多往往只通過力學(xué)計算重點考慮了型材斷面的設(shè)計安全性，而忽視了型材斷面對其他性能的貢獻。因此單元幕墻的雨水滲漏現(xiàn)象非常突出，單元板塊間的自由縫現(xiàn)場堵膠就成了幕墻廠家在現(xiàn)場工程排故過程中所用的主要手段。型材斷面雖然不是固定不變的，但是其斷面的設(shè)計是有規(guī)律的。它必須將其安全性、工藝性和結(jié)構(gòu)防水同步考慮。由于工程上所用的幕墻節(jié)點形式很多，因此本文不可能詳細論述，現(xiàn)就如下的典型圖例進行分析：

（1）合理設(shè)計型材端面及型材咬合位置，盡量將水密線與氣密線分離，保證等壓腔發(fā)揮作用。

（2）斷面上盡可能避免在制作過程中開工藝孔，氣密線腔壁上禁止開工藝孔。（圖中所示構(gòu)造無工藝孔）

（3）斷面設(shè)計時應(yīng)考慮在豎向（或橫向）構(gòu)件上設(shè)置傳遞荷載與作用的專用裝置，盡可能避免氣密線膠條參與傳力，圖中插芯端面3為傳遞力和板塊吊裝的專用裝置。

（4）插接式單元幕墻在斷面設(shè)計時應(yīng)考慮板塊安裝后插接件之間有不小于15毫米的搭接長度。以便有能力適應(yīng)層間變位和吸收現(xiàn)場安裝產(chǎn)生的誤差。

（5）斷面設(shè)計時應(yīng)考慮預(yù)留安裝軟披水膠條的槽口，以便板塊安裝后在縫隙處形成阻水屏障，圖中膠條3和膠條8的槽口就起到這樣的作用。

（6）斷面設(shè)計時應(yīng)盡可能考慮減少零件數(shù)量，降低構(gòu)件的加工量和加工難度，以便保證板塊的組裝質(zhì)量。

（7）幕墻板塊的型材斷面種類應(yīng)考慮盡可能的少，同時應(yīng)考慮到盡可能減少零件的組合量，以便減少板塊組裝所形成的縫隙。

（8）單元幕墻的氣密線應(yīng)形成閉合。在結(jié)構(gòu)上必須防止十字接口處存在漏氣的通道，圖2的構(gòu)造中幕墻板塊在十字接口處可用膠板10實現(xiàn)密封。

2.膠條合理設(shè)計

在單元式幕墻的系統(tǒng)設(shè)計中，膠條的設(shè)計也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。它決定了單元式幕墻的水密性、氣密性以及幕墻防水性能的耐久性。目前工程上所用的膠條大多存在一些問題。究其原因是對膠條的產(chǎn)品性能缺乏了解，膠條的斷面設(shè)計存在不合理現(xiàn)象。事實上膠條的材質(zhì)、延伸率、壓縮量以及斷面形式都很關(guān)鍵。單元式幕墻密封性膠條主要是三元乙丙（EPDM）膠條，這種材料具有卓越的耐臭氧老化性、耐氣候老化性、耐熱老化性、耐水性，還具有較好的耐化學(xué)藥品性，可以長期在陽光、潮濕、寒冷的自然環(huán)境中使用。EPDM橡膠有很多種牌號，不同的牌號各有不同的特點，因此可以說三元乙丙橡膠的化學(xué)成分及配方?jīng)Q定了膠條的使用環(huán)境和工作性能。

幕墻用三元乙丙膠條的基本成分為三元乙丙膠，碳黑，活性劑，增塑劑，硫化促進劑等。其中膠條的含膠率控制在35％左右，含膠率過低，材料的力學(xué)性能特別是拉伸強度、回彈性、耐老化性等變差，使用壽命大為縮短。但含膠率過高，成本會提高，同時材料的性能也同樣變差。其中補強劑，硫化劑，增塑劑并不僅僅起到降低成本的作用，只要加入適量，比例得當，能夠改善材料的性能。

根據(jù)不同的氣候特點，應(yīng)選用不同的EPDM牌號?？偨Y(jié)近些年的應(yīng)用經(jīng)驗，膠條的設(shè)計可遵循以下原則：

（1）在北方地區(qū)，溫差大，冬天溫度很低，最好選用部分充油牌號，在配方設(shè)計中充分考慮材料的低溫脆性，這樣硬度對溫度的依賴性小，便于安裝和使用。

（2）膠條在設(shè)計時必須確定合理的斷面形式，選擇合適的EPDM橡膠牌號，膠條的位置和作用不同，其斷面形式也應(yīng)該不同。

（3）在膠條設(shè)計時，必須合理確定壓縮比和硬度。如圖所示，膠條1和膠條7的硬度要求高，膠條3和膠條5的硬度要求低。膠條1、膠條3、膠條8屬于水密線膠條，膠條2、膠條4、膠條5、膠條6屬于氣密線膠條。

（4）對有特殊環(huán)境要求的膠條，有必要與膠條供應(yīng)商進行聯(lián)合設(shè)計，彌補設(shè)計人員知識面的不足，充分利用膠條材料的優(yōu)良性能。

（5）對接型單元幕墻的氣密線膠條豎橫應(yīng)相同，確保膠條在板塊四角周圈形成閉合。