試論單元式幕墻系統防水設計

李國平

摘要：本文結合單元式幕墻性能，對其水密性進行研究，從而對其在建筑幕墻上的應用起到一定的促進作用。首先對單元式幕墻的防水原理進行總結，防水設計進行分析，改進單元式幕墻防水的優化手段進行研究，對單元式幕墻邊界處理方法進行探討，結合實際工程案例，對單元式幕墻系統防水設計進行深入研究。

關鍵詞：單元式幕墻；防水設計；水密性；排水性

中圖分類號：TU761.11 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）08-107-02

前言

單元式幕墻是由各種各樣墻面板和支撐框架龍骨組成的幕墻基本單元，將其安裝到建筑主體結構上，幕墻均是在工廠內直接制作而成。能夠完成工廠化加工，而且具備便于安裝、施工周期短等優勢，常應用于高端建筑幕墻施工。然而，單元式幕墻的水密性是困擾其應用的關鍵因素之一，必須要開展系統防水設計工作。本文對有關單元式幕墻系統防水設計進行研究和探討，不足之處，敬請指正。

1單元式幕墻的防水原理闡述

1.1單元幕墻密封系統構成

如果把整個單元幕墻結構體系看作是一個完整的建筑外墻系統，則其密封性是尤為關鍵重要的，幕墻的密封性可以理解由不同功能各道密封線相互組成的。一般來說，單元幕墻的密封系統包括塵密線、水密線以及氣密線等，尤其是防水要求相對較高的單元系統可能有多道水密線，從而形成數個等壓腔，依靠壓力差抵擋水的動能。以達到防水功能。具體而言，單元幕墻的密封線包括周邊連續的、多道密封膠條（或其他密封設置形式）組成，其中密封線設置可以選擇型材腔體重要的、準確的位置，采用適當的各種形狀膠條、各種不同硬度的膠條、并進行科學合理實驗驗證，確定作為密封性能的保證。此外，單元幕墻密封線保持連續性也是確保密封的充分必要條件。

塵密線：主要是起到阻隔灰塵的作用。塵密線一般是由相鄰單元的膠條相互之間搭接或膠條和其他材料邊緣相互之間搭接而完成，發揮阻擋灰塵與披水的重要作用。實際而言，塵密線能夠起到阻隔大部分灰塵及雨水進入幕墻其中的作用，從而發揮陂水屏障的功能，也就是所謂“雨幕”或者“雨屏”。

水密線：在單元幕墻的多道防線中最為關鍵，對通過初級塵密線進入到型材腔體的雨水，利用科學的結構設計手段建立的多道等壓腔，使得進入到等壓腔內的水被排出，使水喪失繼續進入室內的能力，從而起到阻水的重要作用。

氣密線：主要是阻止空氣滲透的作用，水密線和氣密線建立多個等壓腔，并在建立不同的壓力腔過程中建立一個或多個氣密線，利用壓力阻止水和氣的流動，且氣密線處于動態平衡的狀態，保證室內側腔體壓力大于或等于室外側壓力。

1.2自排水與單元式幕墻的錯層排水

自排水，也就是本層排水，主要是把進入到單元幕墻內部的水，通過后腔導入到前腔中，之后再排出腔體到室外。實際上，自排水方式也就是把當層滲漏積累的水由當層直接排出，尤其是單元的打底橫框目前來說自排水方式最為常見的形式。

此外，錯層排水也是單元排水中比較常見的形式，主要是把上層上橫后腔滲漏積累的水組織起來，利用科學的設計手段建議壓力腔，結合水的重力作用，途徑上橫壁后下落至下層單元的上橫前腔，在此過程中水流產生一定的動能，能夠順勢排出，但建議排水錯層不宜過多。

1.3上述兩種排水方式的特征

針對自排水方式而言，其排水流向與幕墻外的風壓方向保持一致，水流動力較差，因此很容易形成水的積累。針對這個情況，能夠在打底橫框與其對應的下橫裝飾條上進行排水孔的設置，盡可能的增加排水路徑，以此發揮打底橫框排水的作用。

錯層排水方式屬于新型排水技術，在其排水過程中受到外界風壓的影響非常小，而且排水孔不容易被外界灰塵所堵塞，排水過程相對順暢，所以取得廣泛應用。然而，錯層排水方式對于加工組裝安裝等具有較高的要求，必須要進行嚴格控制。工程實踐中，以上兩種排水方式有可能同時出現，如此安排能夠增加排水途徑，發揮順利排水的作用。

2單元式幕墻防水設計

2.1型材斷面構造設計的合理性

單元式幕墻進行系統設計，型材斷面設計是重中之重，一方面決定單元式幕墻的安全性與工藝性：另一方面，還直接影響單元式幕墻的其他物理性能，設計過程中必須要遵循以下幾個方面的原則：

（1）型材斷面及型材咬合位置必須要科學合理，盡可能的把塵密線、水密線和氣密線進行隔開，使得等壓腔能夠發揮重要作用；（2）咬合位置型材要盡量防止在制作時開工藝孔，此外在氣密線腔壁上嚴禁開工藝孔；（3）在進行斷面設計過程中，應當對在豎向構件上進行傳遞荷載的設置進行綜合考慮：（4）有關插接式單元幕墻的斷面設計過程中，應當對板塊安裝后插接件之間有大于15mm的搭接長度（并應嚴格照規范和計算的要求）進行綜合考慮，確保其能夠適應各種變位情況，以及對實際安裝過程中出現誤差有所準備；（5）斷面設計過程中對預留安裝軟披水膠條槽口進行考慮，從而保證板塊安裝之后縫隙處能夠形成一定的阻水屏障；（6）單元幕墻的等壓腔容積要經過周密的考慮。

2.2膠條合理設計

單元式幕墻膠條合理設計是幕墻的水密性、氣密性、耐久性至關重要；在設計過程中必須要遵循以下幾個方面的設計原則：

（1）項目所在地區的氣候：如北方地區盡量選擇部分充油牌號，配方設計方面對材料低溫脆性進行綜合考慮，方便安裝與使用；（2）膠條的形狀：膠條在設計過程中要對斷面形式進行合理選擇，如果膠條位置與作用不同，那么斷面形式也有所區別；（3）膠條的硬度：膠條設計過程中需要對壓縮比及硬度進行合理確定；（4）密封閉合性：對接型單元幕墻的氣密線膠條豎橫應當保持一致，保證膠條在板塊四角周圈形成閉合；（5）膠條的工藝性：考慮膠條在安裝時產生的間隙和錯位，影響密封質量。

2.3單元式幕墻邊界處理方法

2.3.1頂封修處理方法

頂封修處理方法選擇比較常見的鋁板包頂的方法，先是在外鋁板低端增加滴水，在鋁板內進行保溫巖棉的設置，避免冷凝水侵入其中，此外，最好增設披水板的設置，把遺漏的水和水汽隔離到系統外部。

2.3.2邊封修處理方法

單元邊收口因為對收口插接關系進行綜合考慮，大多是以母豎框當作是單元的邊界框，公豎框是收口封邊框。此外，在交接的封邊框最好是選擇獨立立框，接縫處選擇獨立的打膠密封和排水形式，以此確保密封性。

2.3.3單元之間十字交界處理方法

四個幕墻單元的邊界是幕墻密封的關鍵，在次部分要加強輔助設計的功能，如膠條形式、輔助配套型材和型材加工工藝方法等形式。

3單元式幕墻系統防水設計

3.1工程概況

某工程的總建筑面積是26萬m²。其中，A區建筑面積14萬m²，地上建筑：T1塔樓23層；T2塔樓31層；包括六層裙房；標高180米，幕墻面積達到5.6萬m²：B區建筑面積12萬m²，地上建筑T3塔樓37層；包括六層裙房；標高210米，幕墻面積達到4.8萬m²。建筑外墻主樓采用橫隱豎明三維六自由度可調單元式幕墻系統，獨立式橫滑型單元式幕墻分層排水方式，標準單元板的尺寸1500×4250，角部單元板的尺寸1350×4250：由于建筑幕墻比較高，根據承載大小按照區域分別設計龍骨內腔型材形式，再原有的標準化單元體的基礎上通過優化設計改進而成：使得單元式玻璃幕墻系統具有高水密性、高氣密性、隔音性、隔熱性和防冷凝水、平面內變形吸收能力。

3.2單元式幕墻系統設計

3.2.1獨立式橫滑型

一般而言，獨立式橫滑型單元幕墻系統在工程應用中有如下特征：

（1）單元體主橫梁型材選擇的是多腔閉合型材質，因此而具備一定的抗變形能力，此外穩定可靠性符合設計要求；（2）單元體主梁、單元體主橫梁之間是利用通組角塊進行楔合，如此方式大大促進了單元體連接強度和剛度的提高，也基本能夠滿足大跨度單元式幕墻體系的設計要求，對防水效果較好；（3）系統連接之間選擇增加柔性墊片的連接方式，對于曲面造型擬合而言具有顯著的條件優勢，而且在進行現場安裝過程中安裝效率也比較理想；（4）單元之間的連接是選擇柔性EPDM膠條、交接處增加過橋擋水裝置組成的防水體系，其優勢在于質量方面是完全可控。

3.2.2單元系統防排水設計

在工程應用實踐中，對單元系統防排水體系進行設計，應當以整體設計思路的方式看待，一般是遵從“以堵為主，以排為輔”的設計原則。

下面是單元幕墻密封系統示意圖：

在參考圖中，從H第一道密封～H第三道密封和V第一道密封～V第三道密封，均是按照各不同位置的構造與EPDM膠進行連接，利用EPDM膠條的應用組成了連續三道密封線，繼而組成等壓腔，再者增加兩道防塵和氣密密封，以此保證單元系統的氣密性、水密性等符合設計需求。具體來說。第一道密封的作用在于起披塵及披水，不可避免有一部分水進入到第一道等壓腔中，這些遺漏的水許多是利用EPDM膠條第一道壓力腔上設置的泄水孔將水完全排出：假如有非常少量的水滲漏到第二道等壓腔中，可以利用型材內排水腔和壓力作用把水排出。第二道密封是水密線和氣密線，第三道密封是水密線和氣密線。其中必須要注意的是，單元板塊之間的一道道膠條交圈密封才是防水設計的重中之重：單元板塊交接位密封系統是連續封閉的，第一道密封選擇的是舌形EPDM膠條對密封進行拼接，利用膠條之間產生的擠壓作用，從而可以擋住室外灰塵和水：第二道密封和第三道密封的橫向EPDM膠條進行處理，豎向EPDM膠條設計呈現的是對稱折疊式設計方式，并在轉角處橫豎連續閉合：單元板塊在制作加工時增加輔助部位進行用密封膠密封，如玻璃、型材等周邊部位。

本工程單元系統防排水設計的原則是基于“內腔疏導、分層排水”的方式，僅有非常小的一部分滲入到第二道等壓腔，利用單元橫梁上的小孔流入下橫梁前端排水腔中，途徑立柱前端排水腔進入到下橫梁前端排水腔，排水孔為Φ8×（25～30）。最后排到室外。

3.2.3立面幕墻系統防水設計和施工要求

單元板塊之間安裝時注意密封膠條平順、連續；層與層之間單元安裝時注意密封膠條的密實閉口，單元之間對接插入一定尺寸，使得在地震和變形時保證密封：轉角單元的層間起步要尺寸精準，尤其是轉角處的密封要可靠：起始槽橫料和起始單元在安裝前要進行灌水測試，確保水不漏入底部或底部單元層，并檢查排水孔是否暢通；頂部單元收口是要檢查密封性、水密性；單元加工要每道工序進行檢查，保證加工后的單元密封可靠，有必要時要進行灌水檢測：單元安裝后要進行局部淋水測試，尤其對幕墻交界處重點檢查。

3.2.4單元龍骨組角塊設計

在本工程應用中，單元主龍骨選擇的是組角塊工藝的連接方式。具體而言，組角步驟參考以下順序：

（1）在組裝之前對型材斷面進行認真清洗，利用壓縮空氣槍吹凈雜物；（2）在連接組角墊塊前，放置柔性墊片，利于防水、密封，也利于單元變形時吸收位移，減少變形時產生噪音；（3）用刷子等工具，在鋁合金型材切割斷面處進行組角膠的涂抹，然后插入角塊，用機械完成組裝；（4）注意組角塊設計時要預留注膠孔和注膠間隙。

4結束語

綜上所述，防水設計是幕墻系統的重要和關鍵環節，其防水性能對幕墻的安全、工藝、功能等產生直接影響。實際應用中，幕墻防水設計還存在許多問題，使得防水設計達不到理想效果，此時需要安裝人員在提高其技術水平的同時，提升其責任心，如此確保幕墻系統防水效果的實現。