玻璃采光顶的漏水及防水

玻璃采光顶的漏水及防水摘要: 分析了玻璃采光顶的漏水原因，明水、渗水、冷凝水是主要漏水水源，探讨了防水原理，由此提出了玻璃采光顶的防水构造和措施。

关键词: 采光顶漏水达西定律道次密封有组织排水缝隙层防水随着节能与环保的社会化大趋势，建筑日益多样化，以人居舒适性为核心的建筑追求更加关注建筑本身与自然的关系。

建筑采光顶在众多建筑中被广泛采用，充分利用自然光，增加建筑与环境的亲和力等就体现了这种关系。

采光顶除了安全性和热工性能以外，在实际使用过程中，漏水是能够最直接感受到和最日常烦恼的质量问题，多年来已成为采光顶中最常见的建筑弊病之一。

2004年8月刚启用的广州新白云机场仅仅启用半个月，在8月20号的一场暴雨中，机场航站楼B区国内航班出发厅屋顶漏水，其室内漏水程度类似小雨，机场工作人员和百余名旅客衣服被漏水淋的“湿漉漉的”，可见其漏水程度。

据初步调查结果，“雨水主要是从屋顶的天沟里渗进来的。

……漏水应该是屋顶连接处不够密封。

”（《南方都市报》）。

“根据历次全国屋面渗漏调查资料分析，细部构造的渗漏占全部渗漏面积的80%以上”（《屋面工程技术规范》GB50345——2004）1．玻璃采光顶的特点：玻璃采光顶形式十分丰富，根据其造型、外型、构造，以及与立面关系、数量关系等分为若干类。

为分析漏水和防水问题方便，以面层形式分为坡度平面、折线平面，单曲面、双曲面、组合面等形式。

讨论防水问题必须了解作为防水主体的玻璃采光顶的防水有关基本特点。

（1）组成采光顶材料本身不具有吸水性。

玻璃采光顶主要由玻璃、钢材、铝材、密封胶、衬材组成。

材料本身在非破坏情况下不会发生渗漏。

（2）防水措施处理空间有限。

高强轻质材料组成，空间占有体积相比其它材质较小，尤其是缝隙处厚度非常有限，也就意味着对防水构造形式的要求和难度更高。

（3）屋面玻璃是位于建筑物顶端与水平面夹角小于75度的玻璃面层。

所以汇水面积比较垂直玻璃幕墙大，包括风雨造成的强击水更直接。

（4）阳光作用更直接照射采光顶表面，包括热量和紫外线。

更容易产生采光顶的各种材料热变形。

密封材料的抗紫外线能力和抗热老化性是保证采光顶防水性的重要因素。

（5）采光顶表面并不能认为类似玻璃表面那么平整。

玻璃表面的板面挠度会造成积水和积灰，特别是接缝处的胶缝和扣板造型都会带来积水和积垢，这部分非常容易带来渗水和美观的不良后果。

（6）缝隙是采光顶渗漏的主要通道。

而缝隙是由相同材料之间和异质材料之间拼接和连接所形成的。

2．相关概念和原理2．1 关于水：采光顶所涉及的水来自于自然界的雨水、雪水、冰以及温湿空气，理论上既水的三种形态：气态（水蒸气）、液态（液态水）、固态（冰和雪）。

水的迁移分为重力迁移、材料或构造内部迁移，内部迁移只有两种相态，一种是以气态的扩散方式迁移（又称水蒸气渗透）；一种是以液态水分的毛细渗透方式迁移。

水作为液体不能承受拉力，但可承受压力。

液体受压后体积可以缩小，称为水的压缩性。

水体积相对压缩量值约为1/20000，即在20℃时，弹性系数E≈2．１×10 5N/㎝2 。

在工程上可忽略水的压缩性。

水的表面张力作用是产生毛管现象的原因。

毛细渗透对构造和缝隙防水的影响不容忽略。

实际中自然界的降水和渗透到建筑物内部的水是一种浑浊水，在降水和渗流过程中夹杂了大量灰尘和杂物。

浑浊水增加了水流体的粘度，称之为粘滞性。

其流动时的特点是靠近壁面流速较小，远离壁面处流速较大。

在实际工程中，往往造成排水不畅，而且容易导致排水通道和导水孔的堵塞，破坏排水系统的通常而导致防水失效。

2．2 渗流：为说明问题，引入渗流力学的原理，水在空隙、裂隙、缝隙中的运动可以说是毫无规律的，所以以统计学的观点设定这种水流体的规律。

一方面认为它是连续地充满整个介质空间（包括空隙空间和骨架空间），另一方面认为它通过过水断面的流量与真实水流通过该断面的流量相同，它在断面上的水头和压力与真实水流的水头和压力相等，它在空隙介质中运动时所受的阻力等于真实水流所受的阻力。

满足上述条件的情况称之为渗流。

2．3 汇水面积：根据有关资料，屋面排水的有关计算可以根据日本的有关资料进行，也可根据建设部有并设计院给定的汇水面积表进行查表设计。

上式中标准降雨强度a的选择是很重要的，但却又是很困难的。

在雨水排水设计中，最关心的是若干频率的小时最大降雨强度，甚至10~30min内的最大降雨强度，但这个频率取多少，目前还没有相应的规定。

无疑，频率越小，则排水设计越安全，但却越不经济。

因此，标准降雨强度的取值应该考虑到建筑物的重要性，也就是应该考虑其防水等级，防水等级越高，其频率就应该取的越小。

考虑天沟（檐沟）的排水量，即考虑了天沟（檐沟）在暴雨、大暴雨时的缓冲作用，也就是在暴雨、大暴雨时，水落管一进不能立即将水排完，而暂时将水汇集到天沟（檐沟）里。

考虑所有水落管的排水量与天沟排水量的总和，在标准降雨强度时应大于屋面及出屋面高墙的降雨时，综合其他因素，即可确定天沟大小，水落管直径及数量。

2．4 排水坡度：屋面坡度大对防止渗漏的效果是显著的。

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》（JGJ102—2003）规定，“在风荷载标准值作用下，4边支撑玻璃的挠度限值DF，LIM宜按其短边边长的1/60采用”，“点支撑玻璃面板的挠度限值DF，LIM宜按其支撑点间长边边长的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。

实践中，采光顶支撑大多以其特有的倾斜屋面效果满足建筑物使用功能和美观要求。

2．5 达西定律：1 856年法国工程师H.Darcy在装满砂的圆筒中进行渗透实验。

从实验中得到通过横截面A的渗流量Q（单位时间的水体积）与横截面A及水头差（H1—H2）成正比，与渗透路径L成反比，可由下式表示：上述二式称为Darcy定律。

它指出渗透速度V与水力坡度J或渗透阻力成线性关系，故又称线性渗透定律。

容易看出，H1、H2是相对于某个任意水平基准面的水柱高度，称为测压水头，从前述可知，它应是压力水头和位置水头之和，即公式6表明，渗流流动是由高水头向低水头，而不是从高压向低压。

这一点很重要，说明外界压力对水的作用可忽略不计。

2．6 缝隙通道和“死穴”采光顶中有大量缝隙、裂隙和孔洞，所形成的孔隙有两种，一种是有效孔隙，液体可以通过或排出，还有一种是死端孔隙或滞流孔隙，对液体是无效的。

如图1所示。

这一点对于采光顶防水中节点设计、密封设计以及安装时的缝隙密封具有实际意义。

3 漏水水源：水的来源无非是自然界的雨水、积雪融化水、结露冷凝水。

雨水的特点是单位时间内的水量容易掌握，直接作用在采光顶外部，加上风力作用于采光顶表面的水击强度大。

结露是由于湿空气在介质两侧的温差达到一定差别时的介质表面凝水现象。

对于采光顶来说，结露带来两个问题：一是结露冷凝水容易出现在室内一侧，当结露冷凝水积到一定量时，形成滴水落水；二是采光顶节点构造内的结露冷凝水，特别是采光顶支撑结构的金属材料空腔或内壁形成的冷凝水，如不及时排出，将会长期腐蚀周边材料，使材料的功能性失效，导致漏水或渗水。

采光顶屋面的设计、材料、施工安装等任何一个环节的疏忽或轻视，都将导致堵不严、疏不畅的排水组织失效，通过采光顶系统结构漏下的水可侵蚀结构周边接缝，腐蚀屋顶材料，损坏屋顶结构，污染和破坏内部环境。

泄漏的水会顺着结构件流至建筑物内不同的地方，由于漏水长期侵蚀，采光顶系统的各构件的安全隐患将对室内的人居环境的安全造成严重威胁。

4 防水构造：4．1 防水设计：4．1．1 设计原则《屋面工程技术规范》（GB50345—2004）中规定了屋面工程防水设计应遵循“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。

采光顶一个重要特征就是倾斜式玻璃面层，根据倾斜式玻璃装配结构的定义：装配玻璃面偏离垂直位置15O以上。

将水排出室外的方式决定着倾斜系统的排水性能；防水则包括密封、设防道次和密封材料选择。

4．1．2 设计原理对于如何完成使用性能良好的系统所必需的密封和排水等所有细节的设计，核心问题是如何建立对“堵”与“疏”关系的理解和认识。

对于玻璃采光顶传统的方法是以“堵”为主，既依靠密封各构件之间的外部接缝来防止水的进入，这种装配系统中玻璃板块之间、玻璃板块与支撑杆构件之间的外部和内部接缝进行某种程度的密封。

但是，它往往忽视真正构件内部接合处的防水密封的重要性。

这种方法存在着各种难于解决的弊端，如外部密封材料暴露在室外，密封胶承受着紫外线辐射、热应力、污染物以及粗劣的施工质量的影响，使外部密封难以达到预期的效果，另外强调内部密封的同时，往往忽略了渗漏水和构造内部冷凝水的排出。

良好的设计应该是“堵”和“疏”相结合，既堵也疏。

无论是内部或外部，以最大限度的避免了密封处与水的接触；同时确保渗漏水或冷凝水有组织的排出。

值得注意的是一些用于幕墙上的做法在采光顶上并不见效。

首先，根据前述的达西定律，由于重力或其它压力进入缝隙的水，在缝隙内压力的影响已微乎其微，内部渗流水只和水头有关。

因此将雨幕等压腔设计套用于采光顶通常是失败的。

其次，幕墙上常用的外部排水孔设计，在采光顶中水通过压条的外表面和外扣盖向外排出时，会被截留在各种内部接头处。

截留住的水要么通过一个孔排出，要么就一直积存下来侵蚀密封胶，直到这里形成一个漏洞让水排出为止。

由于重力方向的原因，水很难“溢出”。

等压设计在垂直的幕墙系统中起到不同程度的作用，在幕墙系统内保持防漏气隔离层仍然是极其重要的，如果没有这道屏障将内外分开，建筑外围护系统将是不完整的，会造成一个空气和水通过外围护进入室内的通道。

冬季冷空气的渗透会使内部结构的表面温度下降到露点温度，从而出现冷凝水。

建筑内部管道冻结、人感到不舒服，以及外界污染物刮进楼内，都可能是空气未受控制渗漏进建筑物内的结果。