广东金刚幕墙工程有限公司   刘惠敏

 摘  要:  针对玻璃采光顶渗水这一常见的建筑弊病，探讨了防水原理，提出了玻璃采光顶的防水构造和措施。
      关键词:  玻璃采光顶  排水设计  防水构造  接缝密封

随着大型公共建筑的大量兴建，建筑技术的快速发展，建筑物的跨度越来越大，通过门窗、幕墙玻璃进入室内的光线越来越不能满足室内采光的需要。在大跨度屋盖上，大面积设置玻璃采光顶进行室内采光，更为符合节能、环保和健康自然的理念。玻璃采光顶主要的功能是以采光为目的，也带有装饰的意义。常用的有采光罩、采光板、采光带、三角形天窗。玻璃采光顶按功能分为密闭型和非密闭型两种。密闭型是用于封闭空间的玻璃采光顶；非密闭型是用于敞开空间的玻璃采光顶。
    玻璃采光顶与玻璃幕墙相比，由于空间角度的转换，使其承受的太阳辐射大大增强，承受的雨水荷载大大增加，汇水面积比垂直玻璃璃幕墙大，屋面局部渗水或出现漏点时有发生，渗水问题比较普遍。严重地影响了建筑物的使用功能和寿命，降低了建筑物的安全性和耐久性。玻璃采光顶与传统屋面不同，是由玻璃等不透水材质的构件装配组成，只有接缝是可能的漏水部位，这些接缝层次和构造简单，而且用高档密封材料嵌缝密封，防水不应该会成为问题。但实际情况不是这样，不少工程存在渗漏，而且往往发生在交付使用期间，一个部位维修治理后另一处可能又出现新漏点，常遭业主抱怨。这种弊病的出现同其他类型建筑一样，可能的原因一般同设计和选材局部失当有关，防水观念不适应新建筑型式的变化，对接缝的变位特征和密封胶的特性考虑不充分。

玻璃采光顶的防水设计应遵循“合理设防、防排结合、因地制宜、综合治理”的原则。玻璃采光顶屋面防水基本方法，归纳起来有两种："导"即利用玻璃采光顶的坡度，将顶面雨水因势利导的迅速排除，使渗漏的可能性缩到最小范围。"堵"即利用防水材料，堵塞玻璃与杆件间的缝隙，要求无缝、无孔，以防止雨水渗漏。导与堵二者，导是主要方面，防水效果好，省工、省料，因此综合处理玻璃采光顶防水时，应以导为主，以堵为辅，导堵结合。玻璃采光顶防水节点设计体现和隐藏在采光顶结构节点设计之中，同时与建筑主体结构的结合部位也都是防水设计的重要环节。玻璃采光顶防水设计是一个防水系统设计，是作为玻璃采光顶整体设计的子系统的重要组成部分。防水系统主要包括排水和防水。排水包括利用重力作用的面排水、槽排水、管排水。防水则包括密封、设防道次和密封材料选择。

不管什么形式的采光顶，排水都是十分重要的，采光顶应该进行有效的排水设计，避免积水。排水设计应该与建筑的给排水结合进行。因为如果玻璃采光顶排水系统设计紊乱或排水的细部处理不当，造成排水不畅或积水，都是产生渗漏的因素，长期浸水对任何建筑密封材料、密封胶都是有极其危害的作用，所以对玻璃采光顶的排水问题应予足够的重视。无论是内部或外部，以最大限度的避免密封处与水的接触；同时确保渗漏水或冷凝水有组织的排出。

玻璃采光顶排水设计主要解决以下两个问题：

1. 决定适宜的排水坡度 为了排除雨水，玻璃采光顶需要一定的排水坡度，坡度越大，排水就越畅快。屋面坡度大对防止渗漏的效果是显著的。 但当坡度相当大时，会给施工和结构布置造成不利条件，因此根据具体要求确定一个合适的坡度是很重要的。玻璃采光顶的坡度是由多方面因素决定的，其中地区降水量、玻璃采光顶的体形、尺寸和结构构造形式对玻璃采光顶坡度影响最大。玻璃采光顶内侧冷凝水的排泄和玻璃采光顶的自净也是必须考虑的重要因素。传统平面屋顶找坡一般有两种方法：结构找坡和材料找坡。对于平面玻璃采光顶，结构找坡是由采光顶支撑结构与建筑主体屋面结构，如屋面梁或结构墙结合而形成的排水坡度；玻璃材料找坡主要是考虑玻璃中心挠度形成的“水洼”和积聚泥水的排水坡度。

采光顶结构找坡时，坡度应不小于3%；当由玻璃材料找坡时，坡度应以保证由于单片玻璃挠度形成的积水可以排除为原则，参考《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102-2003）规定：“在风荷载标准值作用下，四边支撑玻璃的挠度限值d_f，lim宜按其短边边长的1/60采用”；“点支承玻璃面板的挠度限值d_f，lim宜按其支承点间较大边长的1/60采用”；“斜玻璃幕墙计算承载力时，应计入永久荷载、雪荷载、雨水荷载等重力荷载及施工荷载在垂直于玻璃平面方向作用所产生的弯曲应力”。因此，为抵消单片玻璃挠度所产生的积水，一般单片玻璃的倾斜坡度不小于2%；另外，玻璃采光顶周边与结构的水平交接处的天沟、檐沟的纵向坡度不应小于是1%。玻璃采光顶找坡应以采光顶支撑结构找坡为主。

 2. 合理组织排水系统 主要是确定玻璃采光顶的排水方向和檐口排水方式。根据采光顶的造型划分区域，寻找最短排水路径，设计有效的排水组织线路图，保证水的流畅性。为了使雨水迅速排除，玻璃采光顶的排水方向应该直接明确，减少转折。采光顶应与屋面的排水系统相协调，玻璃面板应无积水产生。大面积采光顶工程可采用先进的负压虹吸雨水排放系统，将汇入屋面天沟中的雨水采用虹吸的原理设计排到地面雨水井。其优点是排水量大、所需空间和面积较小、安装灵活方便、系统具有自清洁特点、不易堵塞。缺点是需要支架和噪音。虹吸式排水系统的基本原理就是利用建筑物的高度所形成的水头，依靠特殊的雨水斗的设计，实现气水分离，从而使雨水管最终达到满流状态。当管中的水量是压力流状态时，虹吸作用就产生了，在降雨过程中，由于连续不断的虹吸作用，整个系统以令人惊奇的速度排除屋顶上的雨水，实现大流量排水过程。

1．结露冷凝水是玻璃采光顶漏水的主要水源之一。结露是由于湿空气在介质两侧的温度达到一定差别时介质表面的凝水现象。玻璃采光顶保温隔热性能较差，如果室内外温差较大，容易产生结露水的滴落。为减少结露冷凝水的产生，应考虑采用中空玻璃，以改善保温隔热的性能。中空玻璃应采用双道密封结构，气体层的厚度不应小于9mm，内面应为夹层玻璃。

 2. 设置渗漏水二次排水槽和冷凝水集水槽，这是一种可靠的防水措施。选择带有集水槽的铝合金杆件，汇集渗漏水或冷凝水到集水槽中排出。渗漏水排水槽应有效贯通且与主排水沟连通，并应有防止雨水倒流措施，保证内侧结露冷凝水不滴落而是沿玻璃顺流汇集排泄。冷凝水集水槽的大小及形状应保证可能产生的冷凝水有序集结及排放。在设计采光顶结构的型材断面时，上层杆件的排水槽下底沿，应高于下层杆件排水槽的上边沿。否则上层产生的结露水流不进下层的排水槽中，将产生滴水现象。 横框中排水槽的搭接延长部分能够促进横框向竖框的排水。（图示略）

 

3. 型材对接缝处的密封，传统的做法是将横竖框交接处铝型材间的防漏气和防水密封采用密封胶密封，这只是一种不切实际的理想设计，实际效果往往事与愿违。因为打胶操作时很难对打胶表面进行处理，打胶量无法有效控制，密封胶用量一旦过大，会把竖框玻璃镶嵌槽堵塞。而且存在由于热胀冷缩而产生的位移，硅酮密封胶密封很难保证密封可靠度。为了避免此接缝漏水，可设计一个柔性EPDM材质的塞紧堵头（如上图所示），用于横框与竖框之间的连接过渡，一方面防止水的渗漏，另一方面保证横梁的伸缩性。

4. 最大程度地减少或消除外部密封处的积水。垂直于排水方向的横框设计为隐框更具防水性，而且具有减少灰尘和杂物积存量方面的优点。如为明框铝结构玻璃采光顶，则横框应尽量采用较低的不带扣盖的压条，以防止外露铝型材阻碍玻璃表面雨水的顺利排放。

5. 天沟、檐沟经常受水流冲刷、雨水浸泡和干湿交替，此处是水量的最后汇集处，又是与建筑结构的过渡部位， 为保证其可靠性，应增加设防道次，至少不低于三道设防。应增设铺附防水层，使用空隙度大的发泡材料，在考虑保温效果的同时，也利于排水找坡。天沟、檐沟与采光顶交接处变形集中，容易开裂，为增强抗裂能力，应采用能够吸收大变形量的密封胶，并且进行柔性连接。
    四、采光顶防水密封选材和接缝的设定

针对玻璃采光顶屋面水源的特点，在设计之初就考虑防水结构、材料的选择至关重要。缝隙是采光顶渗漏的主要通道，选择的密封胶不但要防水密封，同时还要承载屋顶环境、各种因素的老化性对其的影响。为确保节点防水的质量，应该充分利用各种材料的特点。选材上应尽量采用高强度、高弹性、高延伸性材料。硅酮耐侯密封胶是最常用的密封材料， 嵌条式密封主要采用三元乙丙胶条和硅橡胶胶条。应根据具体防水位置，考虑采用不同的密封材料和柔性防水材料等互补并用的多道设防，包括设置附加层等。 

采光顶的玻璃面板厚度尺寸不大，接缝宽度较小，而面板相对尺寸较大，温度变化、  自重挠度和局部集中荷载作用，接缝可能产生较大的拉伸一压缩位移。考虑接缝形状和变形产生的应力集中，考虑材料使用年限的增加而劣化的可能，以及保证工地密封施工的可挤注操作性，接缝宽度不应小于10mm。 接缝密封深度最好与接缝宽度相等，必要时可改换背衬的形式。目前防水接缝涂胶一般修整为凹面，容易积尘存水。考虑接缝密封胶变形后的应力分布，接缝上表面形状修整为圆凸面可能更为有利。此外，接缝在工地现场涂胶难免存在瑕疵、气泡或夹杂等隐患，所以建议同一条接缝分成两次涂胶完成，最后一道密封的形状有必要修宽，搭接在玻璃表面上。既扩大了粘结宽度和密封面积，又有利于减缓局部应力。同时覆盖第一道密封可能存在的缺陷，有利于彻底消除渗漏隐患。

由于玻璃采光顶的形式极其多样，并且存在与不同屋顶结构的转接，使密封细部产生复杂的多样性，对密封细部：指接缝的密封形状（搭接﹑ 对接﹑角接等）的分析也十分重要。无论怎样的玻璃采光顶形式，排水是首要的。排水系统设计的紊乱或细部处理不当，密封处理的任何失当，都将对建筑玻璃采光顶的防水体系产生致命的影响。