幕墻防水技術在超高層建筑中的應用研究*

胡艷娥

(中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司 太原 030024)

超高層建筑所面臨的自然環境更加復雜多變,對建筑的安全性、功能性和耐久性提出了更高的要求。幕墻作為超高層建筑的重要組成部分,其防水性能的優劣直接關系到建筑物的整體質量和使用壽命。因此,如何采用先進的技術手段和科學的管理方法,切實提高超高層建筑幕墻的防水性能,已經成為建筑設計和施工領域亟待解決的重要課題。

1 工程概況

該工程位于邢臺市邢州大道以北,興盛街以南,松柏路以東,濱河路以西圍合區域,總建筑面積為9.999萬m2,其中幕墻面積約為5.41萬m2。建筑功能涵蓋地下車庫、設備用房,地上裙房商業、會議、餐飲,主樓辦公、酒店等多種用途。結構類型為鋼筋混凝土框筒結構,建筑高度達152.40 m,幕墻最高處達166.70 m。幕墻設計參數包括地面粗糙度類別為B 類,基本風壓為W0=0.33 KN/m2,基本雪壓為S0=0.35 KN/m2,抗震設防烈度為7度(a=0.15 g)。

設計等級要求為幕墻設計使用年限為25年,支承結構設計使用年限為50年,耐火等級為一級,且為二類防雷建筑物。這座建筑將成為該區域的標志性建筑,展現出現代化設計理念和高品質工程標準。

2 超高層建筑幕墻防水技術概述

超高層建筑幕墻防水技術是指在超高層建筑幕墻設計、施工和維護過程中,采用各種技術手段和措施,防止雨水、空氣等通過幕墻滲入建筑內部,從而保障建筑物的正常使用和延長其使用壽命的技術。該技術主要包括挑選適宜的幕墻種類、設定恰當的防水標準、采用高效率密封產品、依照設計規則、強化質量監管、執行定期維護等。高層建筑因其特殊高度和自然條件,如風的作用和溫度的變化等影響更加顯著,對外部墻體提出了更嚴格的防水規范。因此,高層建筑的幕墻防水技術的關鍵性,在于確保結構穩固、保持功能齊全以及延長使用壽命[1]。

3 超高層建筑幕墻防水技術應用現狀

3.1 防水材料選用不當

超高層建筑幕墻防水材料選用的合理性直接關系到建筑物的使用安全和耐久性能。但在實際工程應用中,個別項目方為追求經濟利益最大化,而忽視了防水材料選用的重要性,盲目采用價格低廉但品質不達標的防水材料,從而埋下了幕墻滲漏、開裂等質量通病的隱患。以本文所述工程為例,幕墻面積高達5.41 萬m2,最高處達166.70 m,設計使用年限為25年,支承結構設計使用年限更是長達50年之久。倘若在幕墻施工過程中,使用未經嚴格檢測或性能指標不合格的硅酮結構密封膠等防水材料,勢必會導致幕墻防水性能大打折扣,給建筑物的正常使用功能和安全性能帶來嚴重的負面影響,并可能釀成難以估量的經濟損失和工期延誤等不良后果。

3.2 施工工藝與質量控制不足

個別施工單位受技術能力不足、管理水平欠缺等因素制約,未能嚴格按照設計要求和施工規范進行施工,導致幕墻防水質量頻頻出現問題。常見的施工工藝和質量通病包括幕墻結構密封膠嵌縫不飽滿、附框與幕墻結構間防水處理不到位、穿墻螺栓防水套管安裝不規范等。以結構密封膠施工為例,如果施工人員未經專業培訓,不熟悉硅酮結構密封膠的性能特點和施工工藝要求,極易出現配比失調、基面處理不當、嵌縫深度不足、打膠不連續等問題,進而引發幕墻滲漏、脫落等嚴重的質量缺陷。

3.3 防水設計與細部構造缺乏優化

部分設計單位在方案設計和施工圖設計階段,未能充分考慮超高層建筑所處的特殊氣候環境和使用工況,對幕墻防水設計重視不足,缺乏必要的細部構造優化。例如,在幕墻與主體結構、幕墻與門窗、幕墻與設備管線等部位的防水節點設計中,部分設計圖紙未能提供詳細的節點大樣圖和材料做法說明,給施工單位的技術人員和操作工人留下了較大的自由發揮空間,容易出現防水構造不合理、防水措施不到位等問題。又如,在幕墻轉角、滴水線、壓頂等細部構造設計中,部分設計方案未能充分借鑒同類型項目的成功經驗,對防水構造缺乏深入研究和優化,導致所采用的防水做法無法有效應對超高層建筑所面臨的高風壓、高氣壓差等特殊工況,進而引發滲漏、開裂、脫落等防水質量問題[2]。

4 超高層建筑幕墻防水技術難點

4.1 幕墻與主體結構的變形協調

超高層建筑幕墻設計中,幕墻與主體結構的變形協調是一項關鍵技術難點。該工程建筑在風荷載、溫度作用以及地震力等因素影響下,主體結構將產生一定的變形。而幕墻作為建筑外圍護結構,其變形能力與主體結構存在差異。為確保幕墻在主體結構變形過程中能夠保持結構完整性和安全性,必須采取合理的技術措施,實現幕墻與主體結構之間的變形協調。通過合理設置幕墻的固定方式、連接節點以及變形縫等關鍵構造,并結合實際工程條件進行優化設計,可有效解決幕墻與主體結構之間的變形差異問題,保證幕墻系統的安全可靠運行。

4.2 幕墻節點防水設計

在本工程中,超高層建筑幕墻節點防水設計面臨著諸多技術難點。首先,該工程建筑高度達到152.40 m,幕墻最高處達166.70 m,這意味著幕墻節點處需要承受更大的風壓和水平、垂直變形,對節點的密封性和耐久性提出了更高的要求。其次,該工程所在區域的氣候條件較為惡劣,地面粗糙度類別為B 類,基本風壓為W0=0.33 KN/m2,這增加了幕墻節點防水設計的難度,需要選用高性能的防水材料和精細化的節點設計,以確保節點處的防水效果。再者,該工程幕墻面積約為5.41萬m2,幕墻節點數量眾多,不同節點處的受力情況和防水要求各不相同,需要進行分類設計和施工,增加了防水設計的復雜性。

4.3 幕墻防水系統的耐久性

超高層建筑幕墻防水系統的耐久性是一個極其重要的技術難點。該工程幕墻設計使用年限為25年,支承結構設計的使用年限為50年,對幕墻防水系統的耐久性提出了嚴格的要求。幕墻防水材料和構件在長期暴露于外界環境中,需要承受風雨、紫外線、溫度變化等多種因素的影響,容易發生老化、開裂、失效等問題,導致防水性能下降。同時,超高層建筑的幕墻節點處受力復雜,變形量大,對防水材料的彈性和抗拉伸性能提出了更高的要求。如何選擇合適的防水材料,設計合理的防水構造,確保防水系統在建筑全生命周期內保持良好的防水性能,是該工程幕墻防水設計面臨的一大難題[3]。

5 幕墻防水技術在超高層建筑中應用

5.1 幕墻穿層與預留孔洞防水處理

在該工程中,幕墻穿層與預留孔洞的防水處理需要嚴格按照設計規范和施工要求進行。穿層位置應選擇在建筑外墻面的凹槽處,并采用高性能的防水材料進行密封處理。預留孔洞周邊應增設寬度不小于200 mm 的附加防水層,采用聚氨酯或聚合物改性瀝青防水卷材等材料,與主體防水層搭接寬度不小于150 mm,搭接長度不小于100 mm。穿層管道與預留孔洞間的縫隙應采用防水堵料填實,并在管道外壁涂刷厚度不小于1.5 mm 的防水涂料。為了進一步提高防水性能,可在穿層位置設置導流槽,將滲漏水導排至室外,避免積水對建筑主體結構造成影響。同時,在幕墻與主體結構連接處,應設置高度不小于150 mm 的防水翻邊,并在翻邊上設置壓欄條,增強防水效果。

5.2 門窗與幕墻連接處防水處理

在該建設項目中,設計人員采用各種技術手段來確保幕墻和窗戶接合部的防水性能。比如在幕墻與窗框連接處安裝了高性能密封材料,具有優良性能,層厚至少10 mm,以保證防水效果。同時,在組件中置入防水焊錫,焊錫與組件連接處采用硅酮密封劑封合,構建了多級防水屏障。在門窗框底部,設計師特意設置了帶有排水槽的設計,該排水槽與幕墻型材通過采用硅酮密封膠進行了密封處理。同時,在排水槽中開鑿了直徑達到標準且不小于10 mm 的排水孔,以保證水分能夠及時的排出。運用全面的技術手段有效地提高了接合部分的防潮性,建筑防水的穩定性得到了可靠保障[4]。

5.3 幕墻轉角與異型面防水處理

超高層建筑幕墻轉角與異型面防水處理是確保建筑整體防水性能的關鍵環節。本工程采用了多種技術措施來解決這一難題。在轉角處,設計采用了預制鋁合金壓條與硅酮結構密封膠相結合的方式,壓條與幕墻型材之間預留了12 mm 的空腔,用于注入硅酮結構密封膠,形成有效的防水屏障。在異型面處,通過在幕墻型材與異型面基材之間設置EPDM 橡膠墊塊,利用其良好的彈性和壓縮變形能力,適應異型面的形狀變化,并在其表面涂刷聚氨酯防水涂料,形成復合防水層,有效提升了異型面的防水性能。在易發生滲漏的部位,如凸窗和線條等,還采用了預鋪反應粘結型高分子自粘膠膜的措施,并在其表面涂刷聚氨酯防水涂料,進一步加強了這些部位的防水效果。

5.4 幕墻接縫防水密封處理

在該工程中,設計團隊采用了多種措施來確保幕墻接縫的防水性能。針對不同的接縫類型,如鋁板間的接縫、玻璃與鋁板的接縫等,分別采用了符合設計要求的密封膠進行填充。密封膠的選擇需要考慮其與基材的相容性、耐候性、抗拉伸性能等因素。在施工過程中,嚴格控制密封膠的施工工藝,確保填充飽滿、均勻,無氣泡、無間斷。對于幕墻轉角、幕墻與主體結構的連接處等特殊部位,采用了預埋套管、防水堵頭等附加措施,提高了防水性能。在幕墻與主體結構的接縫處,設置了寬度為20 mm 的后壓式硅酮結構密封膠,并在其外側設置寬度為50 mm 的耐候密封膠,形成了“雙道防線”,有效防止了雨水滲漏。在幕墻與屋面、地面的接縫處,采用了高性能的防水卷材或防水涂料,并在其上設置了壓蓋式的金屬防水板,進一步強化了接縫的防水性能。通過以上措施的綜合應用,有效提升了該建筑幕墻的整體防水性能,為建筑的安全和耐久性提供了可靠保障[5]。

6 結語

綜上所述,超高層建筑幕墻防水技術的應用是一項復雜的系統工程,涉及到防水材料選用、施工工藝控制、防水設計優化、細部構造處理等諸多方面。為了確保超高層建筑幕墻的防水性能,必須充分考慮建筑所處的特殊氣候環境和使用工況,合理選用高性能防水材料,優化防水設計方案和細部構造,并在施工過程中嚴格控制工藝質量,加強監督管理。只有在設計、施工、維護等各個環節嚴格把關,協調配合,才能真正實現超高層建筑幕墻的防水目標,保障建筑物的安全性、功能性和耐久性。隨著超高層建筑的不斷發展和技術的進步,幕墻防水技術也將不斷創新和完善。新型防水材料的研發和應用,BIM 技術在幕墻設計中的深入應用,以及精細化施工管理模式的推廣,都將為超高層建筑幕墻防水技術的發展注入新的活力。