横滑式单元幕墙防水设计要点分析

柯广隆

1 引言

与普通构件式幕墙相比单元式幕墙具有：现场安装速度快、施工周期短、单元构件采用电脑控制加工中心在工厂内完成加工、工厂化加工程度高，加工质量好、施工无需脚手架、现场施工人员少等特点越来越被市场所接受，目前各高档办公写字楼和超高层建筑普遍均采用单元式幕墙作为其外围护结构。但由于单元式幕墙相对于构件式幕墙技术含量高、构造较复杂，往往出现看似节点非常相似的单元式幕墙，其结果有些工程质量良好，而有些工程却发现渗漏水问题。究其原因主要是目前国内幕墙公司虽数量庞大，但高水平公司不多，设计、组装、施工良莠不齐，有些设计人员对单元式幕墙防水原理未能正确理解，在设计中仅对其他设计人员或公司的图纸不管对错进行简单缩放照抄。经不完全的统计，有相当大比例单元式幕墙样品在实验室中水密性、气密性不合格，需经修改设计才能满足要求。尽管如此在实际工程还是有相当数量的渗漏水幕墙，甚至有些严重漏水的单元式幕墙最终不得不全部打胶封闭堵漏。

2 典型横滑式单元幕墙构造

典型的横滑式单元式幕墙是由尘密线、水密线、气密线和多个等压腔体构成（如图 1～2）。

尘密线是幕墙第一道密封线，作用是阻挡灰尘及大部分的雨水进入前等压腔体，通常是由相邻两单元的胶条相互搭接实现。

水密线是幕墙第二道密封线，作用是阻挡少量已进入前等压腔的雨水及冷凝水进入后等压腔，它与尘密线构成前等压腔。

图1

图2

气密线是幕墙第三道密封线，其作用是阻止空气渗透，确保隔绝室内、外空气。它与水密线构成后等压腔。

3 幕墙渗漏成因和防水原理

众所周知幕墙发生渗漏需同时满足三个条件：

①必须要有水；②有产生渗漏水的缝隙；③有使水渗入缝隙的动力（包括气流、压力差、重力、和表面张力与毛细作用）由于水和缝隙在幕墙中是不可避免存在，因此控制第3条件各种作用因素才可取得防止幕墙渗漏效果。

在横滑式单元幕墙中表面张力与毛细作用引起渗漏很难发生；重力和动能作用引起渗漏通常可采用传统设计方式加以控制解决；而气流、压力差则是由风引起的很难控制，为此许多专家学者进行了深入研究分析提出了著名的“雨幕原理”和在实际应用中常用的“等压原理”，其本质就是使缝隙两侧压力平衡来阻止雨水的渗透。其理论在实际应用是在幕墙中设一与室外空气压力差为零的空腔，消除室外空气压力大于空腔内空气压力将雨水压人幕墙内的动力，我们把这一空腔体称为“等压腔”。

4 横滑式单元幕墙防水设计要点

4.1 幕墙型材断面合理设计

型材断面的设计对单元幕墙设计及其重要，直接影响整个幕墙的各种性能，在设计中必须要综合考虑各方面的影响因素，尤其是安全性、水密性和气密性。其中安全性可通过型材断面和力学计算获得保证，在此不做详述；水密性需根据“雨幕原理”、“等压原理”正确设计等压腔。

4.1.1 尘密线设计

尘密线是幕墙阻挡灰尘和大部分雨水进入的第一道防线，同时也是外等压腔的一部分，所以其密封性极为重要，在幕墙设计中应尽可能采用相对来说密封良好且相互间产生一定变形接触面积大的椭圆状密封胶条（如图1）或双舌状密封胶条（如图2）。单舌状密封胶条（如图3），在遇到大风时单舌状密封胶条很容易被掀起，使“前等压腔”瞬间消失。

图3

4.1.2 水密线设计

水密线是单元式幕墙又一重要的防线也是设计插接式单元幕墙最易出现错误发生渗漏的部位。水密线设计关键点：①因为单元板块间是插接连接，其幕墙板块竖、横框上的水密线密封胶条不能与普通幕墙那样在同一平面上；②上单元板块竖框下端需要被铣切一部分，同时必须保证被铣切加工后的缺口部位应与下单元板块上横框接插翅上的密封胶条形成的连接必须是连续完整的密封连接（如图4），确保插接式单元板块横、竖框交接部位接插密封的完整性。

4.1.3 气密线设计

图4 前置密封线

经两道等压腔以及合理的排水，在幕墙气密线处已不存在水，但因等压腔缘故无法实现气密，需要由气密线来实现阻止和隔绝空气渗透。

气密线设计要点：①板块间必须能够形成闭合；②避免气密线胶条参与传力，且在气密线壁处不允许有工艺孔；③在十字接口处需放置止水闭合海绵等措施防止漏气。

4.2 排水设计

4.2.1 等压腔设置

在自然界中由于风引起压力是不断变化的，导致等压腔压力平衡很容易被打破，因此在幕墙设计中宜设置成2个以上等压腔体减小后等压腔压力不平衡，另外由于等压腔体的阻挡作用可使动能雨水的动能丧失，使雨水无法进一步深入，只能在重力的作用下向下坠落。

前等压腔设置：在前挡水胶条（尘密线）开排水口使前等压腔与室外环境形成等压。

后等压腔设置：在上横框设置横向排水管与竖框相通，使后等压腔与前等压腔形成等压。

4.2.2 单元幕墙排水设计

利用重力原理将单元上横框设计成向幕墙方向前低后高的坡度并设置有组织的排水系统（如图5），其排水原理：进入前等压腔的雨水一部分通过第一道密封线（尘密线）随重力作用下排出，另一部分进入后等压腔的雨水通过上横框第一道插接翅根部设置的横向排水管及相应的排水孔排至单元竖框的前等压腔并将水排到下层单元，实现向外排水。通过设置有组织排水系统，可很大程度的防止空气压力差将雨水倒灌入等压腔内，提高幕墙系统的防水性能。

图5 有组织的排水系统示意图

封口板（过桥）长度通常不小于200mm，其作用不仅是封堵插接式单元幕墙上、下、左、右四个板块间内、外贯穿的空洞，还承担传递这四个板块的荷载，因此在设计时须对其进行强度与刚度校核。封口板（过桥）安装需要用密封胶将其周边与横框交接部位密封。另外，在横框前端接缝处还需铺1.5mm厚铝合金披水板，同样用密封胶密封。

4.2.3 密封胶条设计

影响单元幕墙水密性、气密性以及使用耐久性还与密封胶条的材质、断面形式以及延伸率、压缩量、硬度密切相关。目前单元式幕墙密封胶条主要是具有良好综合密封性能的三元乙丙（EPDM）胶条，通常单元幕墙用胶条的含胶率为35%左右，由于EPDM橡胶牌号较多，性能以及适用的环境、气候也各不相同，在胶条设计时，必须结合当地的工作环境、气候选用不同的EPDM、合理断面结构、压缩比和硬度。对于非专业的幕墙设计可通过与胶条供应商进行联合设计，充分利用胶条材料的优良性能。

4.2.4 其他要点

（1）单元板块四边框连接接合处须加胶后再用螺钉连接锁紧且螺钉头须打胶密封，防止雨水从边框的各个锁紧孔处渗入。

（2）设计时应尽可能少开工艺孔，幕墙工艺孔若密封不好或失效很容易产生渗漏。

（3）型材设计时尽可能减少零件数量，以便减少板块组装所形成的缝隙。

（4）慎用开口型材，开口型材幕墙相对闭口型材幕墙成本低，曾被大量使用，但开口型材受力计算较复杂，在大跨度或较大荷载作用下竖框杆件接插部位易产生变形，导致密封效果降低。

5 结束语

单元式幕墙防水设计须“防”与“排”相结合，“防”的依据是“雨幕原理”和“等压原理”，关键技术是水密线位置及设计，在设计时要正确理解插接部位同时也是幕墙的密封部位且须保证其密封连续不可间断；“排”即组织有效的排水系统。另外需指出幕墙的是防水性能不仅与设计有关同时还与幕墙现场施工安装、材料、加工、拼装等各种因素有关，在实际工程中必须对每个工序进行严格质量控制把关才能最大限度的提高幕墙防水性能。