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幕墙防水理论与常见幕墙防水缺陷分析

时间:2022-09-25 点击次数:1549


 

  要求

  作为现代建筑的外围护结构,建筑幕墙得到大量的运用,而建筑幕墙的设计首先是考虑建筑所在地的气候条件,包括台风飓风等自然灾害也应在设计考虑范围之内。比如在华东地区,夏季炎热,冬季湿冷,时常数月的梅雨季节,台风也时常光临。对于这样的气候特征,幕墙的设计必须充分考虑这些风险因素,应当研究全年365天各种气候条件下的幕墙性能表现能力。

  挑战

  幕墙工程师一直以来面对的挑战就是如何设计与制造一个建筑外围护幕墙结构能应付各种气候下可能出现的最不利情况,而侧向风荷载及自重使幕墙设计更加复杂、热量传递、节能材料的运用、水蒸气渗透等等对幕墙防水提出更高的要求,而幕墙的系统设计、按图施工及施工工艺质量往往决定了最终的建筑外幕墙性能。

  现实

  尽管材料与技术的发展突飞猛进,但是很多项目依旧被各种各样的幕墙问题困扰不已,而幕墙的雨水渗漏是建筑外墙工程中最严重的问题之一,由于幕墙渗漏造成的后果非常严重,对建筑的内墙腐蚀、金属构件腐蚀、保温材料失效、室内环境破坏、热量的流失等等带来难以评估的损失。

  理论

  一直以来,幕墙漏水均是以下三个要素共同作用的结果:(1)有水存在;(2)外墙表面有接缝存在;(3)有能使水通过接缝进入室内的压力存在。分析这三个要素可知,幕墙水密性的设计重点即是如何消除使水通过接缝进入室内的压力,而这一技术思想的实现我们称之为雨幕原理(rain screen principle),即在建筑幕墙中间空气间层室外侧开口处采取适当的遮蔽和断水构造形成雨幕,室内侧接缝处进行有效的密封,使中间空气间层气压与室外气压趋于平衡,从而减少或消除雨水通过室外侧开口的作用力,以阻止雨水渗漏的设计原理,图一为雨幕原理示意图。按照此雨幕原理,一般情况下外幕墙系统可由三部分组成:外壁雨幕层+等压腔体+内壁封闭层。通过设置在外壁雨幕层上接缝开口使用等压腔体与室外气压趋于平衡。

  雨幕原理(rain screen principle

  在建筑幕墙中间空气间层室外侧开口处采取适当的遮蔽和断水构造形成雨幕,室内侧接缝处进行有效的密封,使中间空气间层气压与室外气压趋于平衡,从而减少或消除雨水通过室外侧开口的作用力,以阻止雨水渗漏的设计原理。

  一般情况下外幕墙系统可由三部分组成:外壁雨幕层+等压腔体+内壁封闭层。通过设置在外壁雨幕层上接缝开口使用等压腔体与室外气压趋于平衡。

  图一:雨幕原理示意图

  系统构造设计最大压差下的防排水承受能力

  按照上述的雨幕原理,我们的幕墙系统应建立可靠的多道防水体系,按照雨幕原理等压腔结构进行系统设计,排水路径清晰明了直接可靠。并根据建筑在地风雨实际情况、建筑特征、幕墙系统构造特点在外幕墙面进行防水分区,可以设置一个楼层为一个防水单元分区,也可以根据实际情况设置多个楼层及其他情况为一个防水单元分区。

  在幕墙系统的研究设计与选择上,应充分考虑系统防水构造设计有其最大压差下的防排水的承受能力。

  一旦压差与水量超过其承受能力就容易发生幕墙漏水,故技术上需考虑幕墙系统的最大防水能力,防止系统防水过载。

  常见的幕墙单道密封系统的不足

  在很多的幕墙实际的设计生产中,使用单道密封胶系统目前依然占主流,包括玻璃幕墙、金属幕墙、板材幕墙等等,图二是使用单道密封胶系统的金属幕墙节点示意,大量的实际工程均使用类似的单道密封胶进行缝隙封堵,也由此带来了大量的幕墙渗漏问题。

  图二:使用单道密封胶系统的金属幕墙节点

  在理论上,如果所有的幕墙接缝密封完美,密封基层处理与密封胶的宽厚比均能满足技术要求,则这样的幕墙是完美可靠的。但是在实际生产施工中,这样的完美状态只是在理想假设中才能实现。由于单道密封胶无法有效解决内外的压力差,密封胶始终处于内外压力之下。对于造型复杂的大型建筑,风荷载、侧向风荷载、横竖向的线条、凹凸进出的造型、节能与隔音的要求,施工环境的控制、高空作业的工艺难度,这些都将使密封问题变得更加复杂。对于这些复杂表面的密封缝隙,要想完美的实现单道密封的理想效果会变得非常困难也不切实际,稍有不慎,就会造成密封的失效。

  那么一旦密封系统失效,渗漏的雨水会流向哪里?

  针对单密封系统的不足,在幕墙的系统设计与生产施工中,我们按照雨幕原理等压腔结构原理进行防水系统的研究与设计,图三为按照雨幕原理等压腔结构设计的开缝金属幕墙。在金属幕墙结构内布置等压腔体,通过设置开缝或者通气孔将压腔体与室外空气实现基本等压,通过室外的连续接缝处理形成雨幕,在等压腔体内部形成排水措施,少量的渗漏水与冷凝水通过设置的排水通道排出室外,从而形成可靠的二次排水系统。

  图三:按照雨幕原理等压腔结构设计的开缝金属幕墙

  常见建筑幕墙系统防水缺陷】

  在幕墙行业圈子里,似乎只有设计单元体幕墙时才会谈及雨幕原理等压腔结构设计理论,而实际大量运用的构件式幕墙系统几乎都是依靠密封胶进行完全封堵的设计与施工,下面我们使用雨幕原理等压腔结构的设计原理来分析常见的构件式幕墙系统防水做法。

  图四与图五是目前幕墙行业中流行的构件式幕墙系统,按照上述的雨幕原理理论进行幕墙系统的研究,室外面的玻璃与压板与装饰盖板共同构成雨幕层;而室内部分的胶条形成气密层;而雨幕层与气密层中间的空气层我们称之为等压腔,通过预设的等压孔近似的实现与室外空气的压力相等。

  图四:常见的构件式幕墙竖向节点

  图五:常见的构件式幕墙横向节点

  针对目前幕墙行业的生产施工实际情况,根据幕墙防水设计理论,基本上实现幕墙防水密封的途径有两种方式,一:依靠室外接缝完全打胶密封,这也是我们上述的单道密封做法。二:按照设计理论进行雨膜等压腔结构进行防水设计。

  针对此系统室外接缝 完全打胶密封的做法,这也是目前行业里运用最多的情况,在室外侧所有的密封搭接处均依靠密封胶进行密封,在室外侧的密封条表面(暂且认为密封条与密封胶是相容的)进行一层薄薄的密封胶,在横向装饰盖与竖向装饰盖接触处进行三角胶缝密封,在竖向装饰盖与竖向装饰盖接头位置打胶进行密封

  表面上看起来,这样的密封似乎没有问题,但是我们进行细节剖析会发现以下几个问题:

  问题之一

  气密层的密封保证,包括横竖向胶条的对接、竖向铝立柱与铝横梁的拼接接缝的密封、立柱伸缩接缝的密封等。

  问题之二

  密封有效性,薄薄的密封胶与三角密封无法达到有效的密封。

  问题之三

  通气孔排水孔大小的确定需满足等压设置与可能的排水要求与排水方式。

  问题之四

  在很多项目上压板分段安装的情况下,无压板部位的密封层更是无法有效保证密封效果。

  问题之五

  室内胶条的拼接、型材的搭接、压板与压板装饰盖与装饰盖拼接的搭接密封都会影响幕墙相同的水密性能。

  问题之六

  连接安装的问题:针对图示拉栓系统,要保证通长的隔热垫与通长的压板安装,在实际施工上很有难度。

  以上的六点问题,任何一个出了问题都有可能带来幕墙的密封失效。

  图六:某项目的施工现场照片

  图六是某项目的施工现场照片,几乎是集中体现了很多典型的幕墙质量问题:

  隔热条分段安装,造成隔热性能的失效。

  压板的分段安装与密封胶条的丢失,形成玻璃的硬压接触而导致应力集中,使玻璃的四边简支受力变成了点受力,易致玻璃平整度差与负风荷载下的安全风险。

  压板的分段安装使密封防水层的连续性被破坏。<

  室内胶条随意搭接与铝合金料的搭接缝隙使气密层与等压腔不复存在。

  外装饰盖与玻璃之间的三角形密封胶缝,在风荷载导致的幕墙变形下密封性能非常薄弱。

  竖向装饰盖之间的接缝与竖向装饰盖与横向装饰盖之间的接缝的密封胶因为无法形成有效的密封厚度而使密封性能非常薄弱。所有的这些,使幕墙在恶劣天气下极易密封失效而导致大范围的渗漏现象。

  常见幕墙系统的渗漏照片

 

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