单元式幕墙防水和排水构造设计要点研究

2021-09-10陈利明

安家（建筑与工程） 2021年5期

摘要：建筑幕墙本身属于建筑外墙的一种特殊形式，同时具备功能性和艺术性的特点，因此受到了建筑开发商和设计人员的喜爱，幕墙设计是否能够满足人们的需求，直接影响着建筑工程整体的施工效果。单元式幕墙是现代幕墙的一种常见形式，其水密性是需要设计人员重点关注的内容，做好防水和排水构造设计，是保证单元式幕墙施工质量、性能以及使用寿命的关键。本文结合单元式幕墙的特点及防水和排水构造的原理，对单元式幕墙防水和排水构造的设计要点进行了分析和研究。

关键词：单元式幕墙;防水和排水构造;设计要点

引言：新时期，城市化进程的加快带动了建筑市场的发展，现代建筑对于高水平幕墙的设计提出了更加严格地要求，单元式幕墙得到了广泛应用，也取得了良好的应用效果。在单元式幕墙节点设计环节，水密性是一个非常关键的问题，如果幕墙的水密性不达标，防水排水效果不理想，轻则影响其功能的正常发挥，严重时可能引发质量和安全问题。因此，在针对单元式幕墙进行设计时，需要切实做好防水和排水构造设计。

1 单元式幕墙概述

单元式幕墙指在工厂内完成墙面板和支承框架等幕墙基本结构单元的制作，然后将其运输到施工现场，直接于建筑主体结构上进行吊装和安装的特殊幕墙形式。

单元式幕墙的特点体现在很多方面：

（1）单元件的高度一般等同于楼层高度，常规宽度在1.2-1.5m之间，力的传输十分连接，可以直接在楼层预埋件上悬挂，安装简单快捷。

（2）单元件需要在工厂内完成加工制作，可以根据实际需求，在同一个单元件上设置不同的面板材料，如铝板、玻璃等。有助于建筑工业化进程的加快，也方便对单元件质量的检查，保证了幕墙整体的质量。

（3）在单元式幕墙施工中，所有的作业环节都可以在相应的楼层内完成，不需要用到吊船或者脚手架，而且幕墙施工可以和土建施工同步进行，对比传统幕墙结构，能够极大地缩短工期。

（4）单元式幕墙中，单元件安装连接接口位置的合理设计可以有效地吸收层间变位以及单元变形，因此对于建筑移动的承受能力较强，在面对高层建筑以及钢结构建筑时，有着显著优势。

（5）通过科学地规划设计，单元式幕墙可以达到双层密封的效果。

（6）单元式幕墙根据“等压原理”和“雨幕原理”进行构造设计达到防水和排水的效果。

2 单元式幕墙防水构造和防水机理分析

单元式幕墙防水构造主要表现为“三道密封线”，分别是尘密线、水密线和气密线（见图1：水槽的构造节点和图2：公母立柱的构造节点）。

尘密线是单元式幕墙防水构造中的第一道防线，借助胶条交织的方式，能够实现对于灰尘的阻隔，同时起到一定的披水的作用，在一些空气污染比较严重的地区，尘密线会直接影响幕墙的使用效果。

水密线是单元幕墙密封中最为核心的环节，能够有效地阻隔雨水、冷凝水和渗漏水，避免水体对于建筑的侵害。幕墙施工完成后，可能会出现部分水体突破水密线渗入等压腔的问题，需要借助科学的结构设计，做好等压腔内部水体的合理引导，避免其进入到室内，因此水密线的设置有着良好的防水效果。在对水密线进行设置时，需要技术人员结合施工条件以及建筑所处区域的气候环境，做好针对性调整，如果区域内降水量较大，可以适当增加水密线的数量。

气密线一般位于尘密线和水密线的内侧，可以对空气流通进行隔绝，等压腔就存在于气密线和水密线之间，能够与外界直接连接，通过对气密线的设置，能够切实保障等压腔的气密性。

3单元式幕墙排水的设计

单元式幕墙防水和排水构造的原理为雨幕原理，幕墙渗漏需要满足三个条件：

一是有水的存在，不管是冲洗幕墙的水，还是该市下雨的水，有水才会出现渗漏，如果没有水，渗漏问题根本无从谈起;

二是水运动的途径，简单来讲就是水渗透到幕墙中的渠道，如接口、缝隙等;

三是驱动水运动的动力，如重力、毛细现象、气流、表面胀力、压力差等。

其中，压力差可以说是导致幕墙接缝漏水的主要原因，幕墙外的水分想要通过缝隙进入到室内，需要室外的压力超过室内压力，若两者数值相等，或者室内压力大于室外压力，即便是有水和缝隙的存在，也不会引发渗漏问题。

常规防水通常是加强接缝的密封效果，使用密封胶、胶条等对接触缝进行封堵，这种方式成本相对较高，会受到密封胶和胶条的性能、寿命等影响，而密封材料的性能和寿命是防水效果得以存在的前提，需要针对很多因素进行控制，任何一个环节出现问题，都会引发幕墙的渗漏。

因此，在单元式幕墙防水和排水构造设计中，可以对雨水进行疏导，通过对水密线的设置，将水流进入到等压腔内，然后再引出墙体。

为了实现等压，可以开放部分接缝，形成等压腔，并且将其限制在一定范围内，要求等压腔内的压力必须始终维持在大于或者等于室外压力的数值。

由于建筑表面的压力会随着风速的变化而变化，这一点在高层建筑中表现得尤其明显，相关研究表明，接近地面的位置较高层位置的正风压小，立面中央位置较角落位置的正风压大，即便是同一根横梁，也可能会出现一端受正压而另一端受负压的情况，再加上其他因素的影响，等压效应的设计难度更大，所以对于设计人员的专业素质也有着更加严格地要求。

单元式幕墙防水和排水构造可以分为两种不同的类型，：

一是外排水，通过在单元板块水槽横梁前翅根部设置排水孔的方式，能夠将绝大部分的灰尘和雨水阻隔在第一道防水胶条外，不过会有少量雨水进入前腔，甚至极少量雨水还会突破前腔中设置的第二道放线，进入后腔中，这些雨水最终会从水槽前翅根部的排水孔排出到室外，适用于没有台风、暴雨等恶劣天气的区域。

二是内排水，在单元板块水槽横梁设置排水沟，排水沟和水槽横梁前翅连接位置设置排水孔，与外排水类似，不过进入到后腔的雨水并不能通过排水孔排入前腔，而是进入到排水沟，然后沿排水沟流入板块竖框间，进入下一层单元板块前腔内，继而排出，这种幕墙系统适用于存在台风、暴雨等恶劣天气的区域。

（见图3和图4：单元体幕墙有组织的集中排水节点）。

4 单元式幕墙防水和排水的构造设计要点

4.1断面结构设计要点

对于单元式幕墙的设计而言，型材断面结构的设计非常关键，其决定了单元式幕墙的工艺性和安全性，也会对幕墙的其他物理性能产生直接影响。从目前的发展情况分析，很多时候，设计人员在针对幕墙进行设计的过程中，对于型材断面结构，往往只是通过简单的力学计算模式上分析其设计安全性，并没有关注型材断面结构的其他性能指标，导致设计方案缺乏合理性。

单元式幕墙在实际应用中，出现了比较严重的雨水渗漏问题。对于单元幕墙在现场作业中，往往只能通过填充密封胶的方式来对单元板块之间的自由裂缝进行处理。

事实上，型材断面虽然有着动态性的特征，但是其设计依然具备一定的规律，要求设计人员能够同时考虑结构防水、排水、安全性以及工艺性的问题。

结合该项目的实际情况，在型材断面结构设计中，需要明确的设计要点包括：

（1）对型材端面和型材咬合位置进行合理设计，确保水密线能够与气密线分离，将等压腔的作用充分发挥出来。

（2）在断面处理中，应该尽可能避免加工制作过程中设置工艺孔的情况，气密线腔壁上更是严禁开工艺孔。

（3）断面设计过程中，可以在竖向或者横向构件上，设置能够对荷载进行传递的专用装置，避免出现气密线胶条参与传力的情况。

（4）对于一些插接式的单元幕墙，在进行断面结构设计的过程中，必须确保板块安装完成后，插接件间的搭接长度不低于15mm，这样才能很好地适应层间变位的情况，对现场安装中的误差进行有效吸收。

（5）在对断面结构进行设计的过程中，应该在能够满足现实需求的前提下，尽可能减少零部件的数量，降低构件加工的难度和工作量，这样才能切实保证板块组装的质量。

（6）在单元式幕墙板块中，应该尽可能减少型材断面的种类，对零件组合量进行控制，减少板块拼装形成的缝隙。

（7）应该在断面结构设计阶段，做好软披水胶条安装槽口的预留，确保板块安装完成后，能够在缝隙位置形成相应的阻水屏障。

（8）单元式幕墙中，气密线必须形成闭合，结构设置环节，应该保证十字接口位置没有漏气通道。（见图5：单元体十字缝拼接处理节点）。

4.2胶条结构设计要点

防水主要是以密封胶和三元乙丙胶条相结合的方式，三元乙丙胶条本身有着良好的耐氧老化性、耐热老化性和耐水性，即便是长期暴露在阳光、潮湿以及寒冷的自然环境中，也可以保持良好的性能。三元乙丙胶条存在有多重不同的牌号，每一种牌号有着不同的性能和特征，这也使得三元乙丙胶条的适用环境以及工作性能会受到其化学成分和配方的影响。

单元式幕墙中使用的三元乙丙胶条是在三元乙丙胶中加入了活性剂、增塑剂等添加剂后得到的产物，需要将胶条本身的含胶率控制在35%左右，如果含胶率偏低，三元乙丙胶条本身的性能会受到影响，如回弹性、拉深强度及耐氧老化性变差，相同气候条件下使用寿命也会大大缩短;如果含胶率过高，则会导致成本的增加，材料本身的性能同样会有所下降。在针对单元是幕墙中的胶条结构进行设计时，应该结合建筑工程所处区域的自然气候特征，选择不同的三元乙丙胶条牌号。具体来讲，需要明确以下设计要点：

（1）在我国北方地区，一年四季的温差较大，冬季寒冷干燥，在对幕墙胶条结构进行设计时，应该选择充油牌号，关注材料的低温脆性，尽可能减少温度对于材料硬度的影响，为安装使用提供便利。

（2）胶条结构设计过程中，必须保障断面形式的合理性，设计人员应该结合胶条在单元式幕墙中的位置以及所需要发挥的作用，确定最佳的断面形式。

（3）胶条结构设计中，需要确定好相应的压缩比和硬度，如果存在有特殊的环境要求，设计单位应该与胶条生产商做好沟通交流，通过联合设计的方式来对设计人员本身存在的专业知识不足的问题进行解决，使得胶条材料的性能和优势能够被充分发挥出来。

（4）如果单元式幕墙为对接型，需要保证气密线胶条横竖一致，同时胶条必须在单元板块的四角周圈形成闭合。

结束语

總而言之，在对单元式幕墙防水和排水结构进行设计的过程中，系统要“以排为主，以防为辅”的原则，充分利用等压原理。设计人员同时应该充分考虑建筑工程的现实需求以及所处区域的气候条件，对设计要点进行明确，做好设计质量的控制，切实保障防水和排水构造设计的有效性，提升幕墙的防水和排水效果。

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