單元式幕墻防水和排水構造設計要點研究

摘要：建筑幕墻本身屬于建筑外墻的一種特殊形式，同時具備功能性和藝術性的特點，因此受到了建筑開發(fā)商和設計人員的喜愛，幕墻設計是否能夠滿足人們的需求，直接影響著建筑工程整體的施工效果。單元式幕墻是現(xiàn)代幕墻的一種常見形式，其水密性是需要設計人員重點關注的內(nèi)容，做好防水和排水構造設計，是保證單元式幕墻施工質量、性能以及使用壽命的關鍵。本文結合單元式幕墻的特點及防水和排水構造的原理，對單元式幕墻防水和排水構造的設計要點進行了分析和研究。

關鍵詞：單元式幕墻;防水和排水構造;設計要點

引言：新時期，城市化進程的加快帶動了建筑市場的發(fā)展，現(xiàn)代建筑對于高水平幕墻的設計提出了更加嚴格地要求，單元式幕墻得到了廣泛應用，也取得了良好的應用效果。在單元式幕墻節(jié)點設計環(huán)節(jié)，水密性是一個非常關鍵的問題，如果幕墻的水密性不達標，防水排水效果不理想，輕則影響其功能的正常發(fā)揮，嚴重時可能引發(fā)質量和安全問題。因此，在針對單元式幕墻進行設計時，需要切實做好防水和排水構造設計。

1 單元式幕墻概述

單元式幕墻指在工廠內(nèi)完成墻面板和支承框架等幕墻基本結構單元的制作，然后將其運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，直接于建筑主體結構上進行吊裝和安裝的特殊幕墻形式。

單元式幕墻的特點體現(xiàn)在很多方面：

（1）單元件的高度一般等同于樓層高度，常規(guī)寬度在1.2-1.5m之間，力的傳輸十分連接，可以直接在樓層預埋件上懸掛，安裝簡單快捷。

（2）單元件需要在工廠內(nèi)完成加工制作，可以根據(jù)實際需求，在同一個單元件上設置不同的面板材料，如鋁板、玻璃等。有助于建筑工業(yè)化進程的加快，也方便對單元件質量的檢查，保證了幕墻整體的質量。

（3）在單元式幕墻施工中，所有的作業(yè)環(huán)節(jié)都可以在相應的樓層內(nèi)完成，不需要用到吊船或者腳手架，而且幕墻施工可以和土建施工同步進行，對比傳統(tǒng)幕墻結構，能夠極大地縮短工期。

（4）單元式幕墻中，單元件安裝連接接口位置的合理設計可以有效地吸收層間變位以及單元變形，因此對于建筑移動的承受能力較強，在面對高層建筑以及鋼結構建筑時，有著顯著優(yōu)勢。

（5）通過科學地規(guī)劃設計，單元式幕墻可以達到雙層密封的效果。

（6）單元式幕墻根據(jù)“等壓原理”和“雨幕原理”進行構造設計達到防水和排水的效果。

2 單元式幕墻防水構造和防水機理分析

單元式幕墻防水構造主要表現(xiàn)為“三道密封線”，分別是塵密線、水密線和氣密線（見圖1：水槽的構造節(jié)點和圖2：公母立柱的構造節(jié)點）。

塵密線是單元式幕墻防水構造中的第一道防線，借助膠條交織的方式，能夠實現(xiàn)對于灰塵的阻隔，同時起到一定的披水的作用，在一些空氣污染比較嚴重的地區(qū)，塵密線會直接影響幕墻的使用效果。

水密線是單元幕墻密封中最為核心的環(huán)節(jié)，能夠有效地阻隔雨水、冷凝水和滲漏水，避免水體對于建筑的侵害。幕墻施工完成后，可能會出現(xiàn)部分水體突破水密線滲入等壓腔的問題，需要借助科學的結構設計，做好等壓腔內(nèi)部水體的合理引導，避免其進入到室內(nèi)，因此水密線的設置有著良好的防水效果。在對水密線進行設置時，需要技術人員結合施工條件以及建筑所處區(qū)域的氣候環(huán)境，做好針對性調(diào)整，如果區(qū)域內(nèi)降水量較大，可以適當增加水密線的數(shù)量。

氣密線一般位于塵密線和水密線的內(nèi)側，可以對空氣流通進行隔絕，等壓腔就存在于氣密線和水密線之間，能夠與外界直接連接，通過對氣密線的設置，能夠切實保障等壓腔的氣密性。

3單元式幕墻排水的設計

單元式幕墻防水和排水構造的原理為雨幕原理，幕墻滲漏需要滿足三個條件：

一是有水的存在，不管是沖洗幕墻的水，還是該市下雨的水，有水才會出現(xiàn)滲漏，如果沒有水，滲漏問題根本無從談起;

二是水運動的途徑，簡單來講就是水滲透到幕墻中的渠道，如接口、縫隙等;

三是驅動水運動的動力，如重力、毛細現(xiàn)象、氣流、表面脹力、壓力差等。

其中，壓力差可以說是導致幕墻接縫漏水的主要原因，幕墻外的水分想要通過縫隙進入到室內(nèi)，需要室外的壓力超過室內(nèi)壓力，若兩者數(shù)值相等，或者室內(nèi)壓力大于室外壓力，即便是有水和縫隙的存在，也不會引發(fā)滲漏問題。

常規(guī)防水通常是加強接縫的密封效果，使用密封膠、膠條等對接觸縫進行封堵，這種方式成本相對較高，會受到密封膠和膠條的性能、壽命等影響，而密封材料的性能和壽命是防水效果得以存在的前提，需要針對很多因素進行控制，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會引發(fā)幕墻的滲漏。

因此，在單元式幕墻防水和排水構造設計中，可以對雨水進行疏導，通過對水密線的設置，將水流進入到等壓腔內(nèi)，然后再引出墻體。

為了實現(xiàn)等壓，可以開放部分接縫，形成等壓腔，并且將其限制在一定范圍內(nèi)，要求等壓腔內(nèi)的壓力必須始終維持在大于或者等于室外壓力的數(shù)值。

由于建筑表面的壓力會隨著風速的變化而變化，這一點在高層建筑中表現(xiàn)得尤其明顯，相關研究表明，接近地面的位置較高層位置的正風壓小，立面中央位置較角落位置的正風壓大，即便是同一根橫梁，也可能會出現(xiàn)一端受正壓而另一端受負壓的情況，再加上其他因素的影響，等壓效應的設計難度更大，所以對于設計人員的專業(yè)素質也有著更加嚴格地要求。

單元式幕墻防水和排水構造可以分為兩種不同的類型，：

一是外排水，通過在單元板塊水槽橫梁前翅根部設置排水孔的方式，能夠將絕大部分的灰塵和雨水阻隔在第一道防水膠條外，不過會有少量雨水進入前腔，甚至極少量雨水還會突破前腔中設置的第二道放線，進入后腔中，這些雨水最終會從水槽前翅根部的排水孔排出到室外，適用于沒有臺風、暴雨等惡劣天氣的區(qū)域。

二是內(nèi)排水，在單元板塊水槽橫梁設置排水溝，排水溝和水槽橫梁前翅連接位置設置排水孔，與外排水類似，不過進入到后腔的雨水并不能通過排水孔排入前腔，而是進入到排水溝，然后沿排水溝流入板塊豎框間，進入下一層單元板塊前腔內(nèi)，繼而排出，這種幕墻系統(tǒng)適用于存在臺風、暴雨等惡劣天氣的區(qū)域。

（見圖3和圖4：單元體幕墻有組織的集中排水節(jié)點）。

4 單元式幕墻防水和排水的構造設計要點

4.1斷面結構設計要點

對于單元式幕墻的設計而言，型材斷面結構的設計非常關鍵，其決定了單元式幕墻的工藝性和安全性，也會對幕墻的其他物理性能產(chǎn)生直接影響。從目前的發(fā)展情況分析，很多時候，設計人員在針對幕墻進行設計的過程中，對于型材斷面結構，往往只是通過簡單的力學計算模式上分析其設計安全性，并沒有關注型材斷面結構的其他性能指標，導致設計方案缺乏合理性。

單元式幕墻在實際應用中，出現(xiàn)了比較嚴重的雨水滲漏問題。對于單元幕墻在現(xiàn)場作業(yè)中，往往只能通過填充密封膠的方式來對單元板塊之間的自由裂縫進行處理。

事實上，型材斷面雖然有著動態(tài)性的特征，但是其設計依然具備一定的規(guī)律，要求設計人員能夠同時考慮結構防水、排水、安全性以及工藝性的問題。

結合該項目的實際情況，在型材斷面結構設計中，需要明確的設計要點包括：

（1）對型材端面和型材咬合位置進行合理設計，確保水密線能夠與氣密線分離，將等壓腔的作用充分發(fā)揮出來。

（2）在斷面處理中，應該盡可能避免加工制作過程中設置工藝孔的情況，氣密線腔壁上更是嚴禁開工藝孔。

（3）斷面設計過程中，可以在豎向或者橫向構件上，設置能夠對荷載進行傳遞的專用裝置，避免出現(xiàn)氣密線膠條參與傳力的情況。

（4）對于一些插接式的單元幕墻，在進行斷面結構設計的過程中，必須確保板塊安裝完成后，插接件間的搭接長度不低于15mm，這樣才能很好地適應層間變位的情況，對現(xiàn)場安裝中的誤差進行有效吸收。

（5）在對斷面結構進行設計的過程中，應該在能夠滿足現(xiàn)實需求的前提下，盡可能減少零部件的數(shù)量，降低構件加工的難度和工作量，這樣才能切實保證板塊組裝的質量。

（6）在單元式幕墻板塊中，應該盡可能減少型材斷面的種類，對零件組合量進行控制，減少板塊拼裝形成的縫隙。

（7）應該在斷面結構設計階段，做好軟披水膠條安裝槽口的預留，確保板塊安裝完成后，能夠在縫隙位置形成相應的阻水屏障。

（8）單元式幕墻中，氣密線必須形成閉合，結構設置環(huán)節(jié)，應該保證十字接口位置沒有漏氣通道。（見圖5：單元體十字縫拼接處理節(jié)點）。

4.2膠條結構設計要點

防水主要是以密封膠和三元乙丙膠條相結合的方式，三元乙丙膠條本身有著良好的耐氧老化性、耐熱老化性和耐水性，即便是長期暴露在陽光、潮濕以及寒冷的自然環(huán)境中，也可以保持良好的性能。三元乙丙膠條存在有多重不同的牌號，每一種牌號有著不同的性能和特征，這也使得三元乙丙膠條的適用環(huán)境以及工作性能會受到其化學成分和配方的影響。

單元式幕墻中使用的三元乙丙膠條是在三元乙丙膠中加入了活性劑、增塑劑等添加劑后得到的產(chǎn)物，需要將膠條本身的含膠率控制在35%左右，如果含膠率偏低，三元乙丙膠條本身的性能會受到影響，如回彈性、拉深強度及耐氧老化性變差，相同氣候條件下使用壽命也會大大縮短;如果含膠率過高，則會導致成本的增加，材料本身的性能同樣會有所下降。在針對單元是幕墻中的膠條結構進行設計時，應該結合建筑工程所處區(qū)域的自然氣候特征，選擇不同的三元乙丙膠條牌號。具體來講，需要明確以下設計要點：

（1）在我國北方地區(qū)，一年四季的溫差較大，冬季寒冷干燥，在對幕墻膠條結構進行設計時，應該選擇充油牌號，關注材料的低溫脆性，盡可能減少溫度對于材料硬度的影響，為安裝使用提供便利。

（2）膠條結構設計過程中，必須保障斷面形式的合理性，設計人員應該結合膠條在單元式幕墻中的位置以及所需要發(fā)揮的作用，確定最佳的斷面形式。

（3）膠條結構設計中，需要確定好相應的壓縮比和硬度，如果存在有特殊的環(huán)境要求，設計單位應該與膠條生產(chǎn)商做好溝通交流，通過聯(lián)合設計的方式來對設計人員本身存在的專業(yè)知識不足的問題進行解決，使得膠條材料的性能和優(yōu)勢能夠被充分發(fā)揮出來。

（4）如果單元式幕墻為對接型，需要保證氣密線膠條橫豎一致，同時膠條必須在單元板塊的四角周圈形成閉合。

結束語

總而言之，在對單元式幕墻防水和排水結構進行設計的過程中，系統(tǒng)要“以排為主，以防為輔”的原則，充分利用等壓原理。設計人員同時應該充分考慮建筑工程的現(xiàn)實需求以及所處區(qū)域的氣候條件，對設計要點進行明確，做好設計質量的控制，切實保障防水和排水構造設計的有效性，提升幕墻的防水和排水效果。

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作者簡介：陳利明;1981年9月，男，漢族，江蘇省鹽城市人，華中科技大學，本科學歷，土本工程專業(yè)，從事幕墻、門窗設計領域20年，主持各項目從招投標到系統(tǒng)開發(fā)、深化設計（第三方審圖）、施工工藝設計，材料需求計劃等全方位工作。

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