橫滑式單元幕墻防水設計要點分析

柯廣隆

1 引言

與普通構件式幕墻相比單元式幕墻具有：現場安裝速度快、施工周期短、單元構件采用電腦控制加工中心在工廠內完成加工、工廠化加工程度高，加工質量好、施工無需腳手架、現場施工人員少等特點越來越被市場所接受，目前各高檔辦公寫字樓和超高層建筑普遍均采用單元式幕墻作為其外圍護結構。但由于單元式幕墻相對于構件式幕墻技術含量高、構造較復雜，往往出現看似節點非常相似的單元式幕墻，其結果有些工程質量良好，而有些工程卻發現滲漏水問題。究其原因主要是目前國內幕墻公司雖數量龐大，但高水平公司不多，設計、組裝、施工良莠不齊，有些設計人員對單元式幕墻防水原理未能正確理解，在設計中僅對其他設計人員或公司的圖紙不管對錯進行簡單縮放照抄。經不完全的統計，有相當大比例單元式幕墻樣品在實驗室中水密性、氣密性不合格，需經修改設計才能滿足要求。盡管如此在實際工程還是有相當數量的滲漏水幕墻，甚至有些嚴重漏水的單元式幕墻最終不得不全部打膠封閉堵漏。

2 典型橫滑式單元幕墻構造

典型的橫滑式單元式幕墻是由塵密線、水密線、氣密線和多個等壓腔體構成（如圖 1～2）。

塵密線是幕墻第一道密封線，作用是阻擋灰塵及大部分的雨水進入前等壓腔體，通常是由相鄰兩單元的膠條相互搭接實現。

水密線是幕墻第二道密封線，作用是阻擋少量已進入前等壓腔的雨水及冷凝水進入后等壓腔，它與塵密線構成前等壓腔。

圖1

圖2

氣密線是幕墻第三道密封線，其作用是阻止空氣滲透，確保隔絕室內、外空氣。它與水密線構成后等壓腔。

3 幕墻滲漏成因和防水原理

眾所周知幕墻發生滲漏需同時滿足三個條件：

①必須要有水；②有產生滲漏水的縫隙；③有使水滲入縫隙的動力（包括氣流、壓力差、重力、和表面張力與毛細作用）由于水和縫隙在幕墻中是不可避免存在，因此控制第3條件各種作用因素才可取得防止幕墻滲漏效果。

在橫滑式單元幕墻中表面張力與毛細作用引起滲漏很難發生；重力和動能作用引起滲漏通常可采用傳統設計方式加以控制解決；而氣流、壓力差則是由風引起的很難控制，為此許多專家學者進行了深入研究分析提出了著名的“雨幕原理”和在實際應用中常用的“等壓原理”，其本質就是使縫隙兩側壓力平衡來阻止雨水的滲透。其理論在實際應用是在幕墻中設一與室外空氣壓力差為零的空腔，消除室外空氣壓力大于空腔內空氣壓力將雨水壓人幕墻內的動力，我們把這一空腔體稱為“等壓腔”。

4 橫滑式單元幕墻防水設計要點

4.1 幕墻型材斷面合理設計

型材斷面的設計對單元幕墻設計及其重要，直接影響整個幕墻的各種性能，在設計中必須要綜合考慮各方面的影響因素，尤其是安全性、水密性和氣密性。其中安全性可通過型材斷面和力學計算獲得保證，在此不做詳述；水密性需根據“雨幕原理”、“等壓原理”正確設計等壓腔。

4.1.1 塵密線設計

塵密線是幕墻阻擋灰塵和大部分雨水進入的第一道防線，同時也是外等壓腔的一部分，所以其密封性極為重要，在幕墻設計中應盡可能采用相對來說密封良好且相互間產生一定變形接觸面積大的橢圓狀密封膠條（如圖1）或雙舌狀密封膠條（如圖2）。單舌狀密封膠條（如圖3），在遇到大風時單舌狀密封膠條很容易被掀起，使“前等壓腔”瞬間消失。

圖3

4.1.2 水密線設計

水密線是單元式幕墻又一重要的防線也是設計插接式單元幕墻最易出現錯誤發生滲漏的部位。水密線設計關鍵點：①因為單元板塊間是插接連接，其幕墻板塊豎、橫框上的水密線密封膠條不能與普通幕墻那樣在同一平面上；②上單元板塊豎框下端需要被銑切一部分，同時必須保證被銑切加工后的缺口部位應與下單元板塊上橫框接插翅上的密封膠條形成的連接必須是連續完整的密封連接（如圖4），確保插接式單元板塊橫、豎框交接部位接插密封的完整性。

4.1.3 氣密線設計

圖4 前置密封線

經兩道等壓腔以及合理的排水，在幕墻氣密線處已不存在水，但因等壓腔緣故無法實現氣密，需要由氣密線來實現阻止和隔絕空氣滲透。

氣密線設計要點：①板塊間必須能夠形成閉合；②避免氣密線膠條參與傳力，且在氣密線壁處不允許有工藝孔；③在十字接口處需放置止水閉合海綿等措施防止漏氣。

4.2 排水設計

4.2.1 等壓腔設置

在自然界中由于風引起壓力是不斷變化的，導致等壓腔壓力平衡很容易被打破，因此在幕墻設計中宜設置成2個以上等壓腔體減小后等壓腔壓力不平衡，另外由于等壓腔體的阻擋作用可使動能雨水的動能喪失，使雨水無法進一步深入，只能在重力的作用下向下墜落。

前等壓腔設置：在前擋水膠條（塵密線）開排水口使前等壓腔與室外環境形成等壓。

后等壓腔設置：在上橫框設置橫向排水管與豎框相通，使后等壓腔與前等壓腔形成等壓。

4.2.2 單元幕墻排水設計

利用重力原理將單元上橫框設計成向幕墻方向前低后高的坡度并設置有組織的排水系統（如圖5），其排水原理：進入前等壓腔的雨水一部分通過第一道密封線（塵密線）隨重力作用下排出，另一部分進入后等壓腔的雨水通過上橫框第一道插接翅根部設置的橫向排水管及相應的排水孔排至單元豎框的前等壓腔并將水排到下層單元，實現向外排水。通過設置有組織排水系統，可很大程度的防止空氣壓力差將雨水倒灌入等壓腔內，提高幕墻系統的防水性能。

圖5 有組織的排水系統示意圖

封口板（過橋）長度通常不小于200mm，其作用不僅是封堵插接式單元幕墻上、下、左、右四個板塊間內、外貫穿的空洞，還承擔傳遞這四個板塊的荷載，因此在設計時須對其進行強度與剛度校核。封口板（過橋）安裝需要用密封膠將其周邊與橫框交接部位密封。另外，在橫框前端接縫處還需鋪1.5mm厚鋁合金披水板，同樣用密封膠密封。

4.2.3 密封膠條設計

影響單元幕墻水密性、氣密性以及使用耐久性還與密封膠條的材質、斷面形式以及延伸率、壓縮量、硬度密切相關。目前單元式幕墻密封膠條主要是具有良好綜合密封性能的三元乙丙（EPDM）膠條，通常單元幕墻用膠條的含膠率為35%左右，由于EPDM橡膠牌號較多，性能以及適用的環境、氣候也各不相同，在膠條設計時，必須結合當地的工作環境、氣候選用不同的EPDM、合理斷面結構、壓縮比和硬度。對于非專業的幕墻設計可通過與膠條供應商進行聯合設計，充分利用膠條材料的優良性能。

4.2.4 其他要點

（1）單元板塊四邊框連接接合處須加膠后再用螺釘連接鎖緊且螺釘頭須打膠密封，防止雨水從邊框的各個鎖緊孔處滲入。

（2）設計時應盡可能少開工藝孔，幕墻工藝孔若密封不好或失效很容易產生滲漏。

（3）型材設計時盡可能減少零件數量，以便減少板塊組裝所形成的縫隙。

（4）慎用開口型材，開口型材幕墻相對閉口型材幕墻成本低，曾被大量使用，但開口型材受力計算較復雜，在大跨度或較大荷載作用下豎框桿件接插部位易產生變形，導致密封效果降低。

5 結束語

單元式幕墻防水設計須“防”與“排”相結合，“防”的依據是“雨幕原理”和“等壓原理”，關鍵技術是水密線位置及設計，在設計時要正確理解插接部位同時也是幕墻的密封部位且須保證其密封連續不可間斷；“排”即組織有效的排水系統。另外需指出幕墻的是防水性能不僅與設計有關同時還與幕墻現場施工安裝、材料、加工、拼裝等各種因素有關，在實際工程中必須對每個工序進行嚴格質量控制把關才能最大限度的提高幕墻防水性能。