采光顶大角度开启天窗防排水设计探讨

宋文理

易英英1

韩章微2

1.宁波建工建乐工程有限公司,浙江 宁波 3152002.浙江省建筑装饰行业协会,浙江 杭州 310008

在绿色低碳建筑发展潮流领引下，建筑物更加注重与自然环境的和谐共生，自然采光和自然通风技术更是得到了广泛应用。玻璃采光顶和采光顶开启天窗在机场航站楼、车站候车大厅、体育场馆、会展中心、购物广场等大型公共建筑中屡见不鲜（图1）。然而，玻璃采光顶，特别是采光顶开启天窗在强降雨时常出现渗漏水问题，严重影响了建筑使用功能。为了解决渗漏水问题，维修人员有时直接将天窗开启缝隙注胶密封成固定天窗形式，使其丧失了原有的排烟和通风功能，存在使用缺陷和安全隐患。本文通过对采光顶大角度开启天窗系统防排水的设计研究，提出防排水解决方案，从根本上解决开启天窗渗漏水问题，为采光顶大角度开启天窗的设计和应用提供参考。

图1 玻璃采光顶在大型购物广场的应用

1 大角度开启天窗防排水原则

“合理设防、防排结合、因地制宜、综合治理”是采光顶防排水的原则，也是采光顶大角度开启天窗防排水应遵循的原则。整体布局上，采光顶大角度开启天窗面板应设置足够的排水坡度［1］，且在排水方向上不应有横向阻挡，确保面板排水顺畅，不积水。开启天窗应整体凸出采光顶固定玻璃完成面，相邻两个开启天窗安装后形成的凹槽应有足够的宽度和深度，必要时可将开启天窗间隔设置，保证水可以从开启天窗四周快速排走，避免出现雨水倒灌现象［2］。采光顶大角度开启天窗系统按照雨幕原理设置了等压腔，采用了“防”和“排”结合的防水理念［3］。与常规立面开启窗系统相比，采光顶大角度开启天窗系统防排水难度更大，必须将“防”和“排”这两点做到极致。系统构造设计时应最大程度地保证防水密封线的完整性，同时设置多道防水密封线，层层设防，削弱和控制进入开启天窗腔体的水量，达到高效防水的目的。另外，通过对开启天窗腔体构造的合理设计，设置多个集、排水腔体，形成多条排水路线，将进入开启天窗内腔的水及时有效地排出，达到高效排水的目的。通过上述“防”与“排”的有效结合，才能保证采光顶大角度开启天窗系统超强的防水性能。

2 天窗防水系统构造

由图2～5所示，采光顶大角度开启天窗主要由固定扇和活动扇两部分组成，且活动扇能够将固定扇的开放腔体一完全覆盖在内，这样落到开启天窗面板的水可以直接从活动扇顶面流走，大幅度减少了与最外道防水密封线接触的水量。固定扇侧边翻起了一定高度，相邻固定扇安装完成后，可形成一定宽度和深度的凹槽，确保采光顶的水可以从凹槽快速排走。螺杆式电动启闭装置一端安装在固定扇内侧，另一端连接到活动扇上。电动启闭装置控制天窗的开启和关闭，推杆行程可满足天窗不小于70°开启角度。转动装置安装在固定扇和活动扇组成的腔体中，完全被活动扇型材所覆盖，且其安装固定不破坏原有的型材截面，不影响弹性密封件的安装，最大程度保证了型材和密封件的密封完整性。玻璃面板采用双面贴及硅酮结构密封胶固定到活动扇型材上，玻璃面板侧边和活动扇型材周圈采用耐候密封胶填缝，确保活动扇自身的防水密封性。固定扇型材和活动扇型材均设计为多腔铝合金隔热型材，设置了多个拼装和功能性腔体，型材隔热条位置进行了针对性设计，以满足型材穿条加工和防水构造等需求。固定扇型材和活动扇型材均通过铝合金组角件和不锈钢插片组装成型，组角位置涂抹组角密封胶以加强防水。固定扇型材从外往内设置了三元乙丙发泡复合橡胶条和三元乙丙橡胶条。固定扇型材腔壁侧不同高度位置开设了排水孔，靠室外侧的排水孔上加设了防风导流罩，可以有效避免水在风力作用下受阻和倒流，保证排水顺畅。活动扇型材从外往内设置了两道三元乙丙橡胶条。

图2 采光顶大角度开启天窗闭合状态示意

图3 采光顶大角度开启天窗开启状态示意

3 天窗排水系统构造

如图4所示，采光顶大角度开启天窗固定扇型材和活动扇型材以及甲、乙、丙、丁弹性密封件等组合可以形成多个等压腔构造，使开启天窗接缝空腔内的气压与室外气压相等，防止内、外空气压力差将雨水压入腔内。上述防排水系统构造由外到内可形成3道防水密封线和5条防排水路线。

图4 采光顶大角度开启天窗关闭状态

1）排水路线一：即第一道最外侧防水密封线有效，这是最佳防水状态。这种情况下，水从天窗玻璃面板流过活动扇型材外盖，在甲弹性密封件和丙弹性密封件的阻挡下，从固定扇型材外侧面凹槽排走。

2）排水路线二：即第一道密封线失效，第二道防水密封线有效。这种情况下，大量的水经排水路线一排走；少量的水突破第一道密封线，进入到开放腔体一，受到由丁弹性密封件组成的第二道防水密封线的阻挡，水在重力作用下从开放腔体侧面开设的泄水孔排出。

3）排水路线三：即第一道和第二道防水密封线同时失效，第三道防水密封线有效。这种情况下，绝大部分的水会经排水路线一和排水路线二排出；极少量的水再次突破第二道防水密封线，进入到固定扇型材的开放腔体二，受到由乙弹性密封件组成的第三道防水密封线的阻挡，在重力作用下从开放腔体二侧面开设的排水孔流出，排入固定扇型材的封闭腔体，再从其侧面开设的排水孔排出。

4）排水路线四：即所有的防水密封线同时失效，那么绝大部分的水会经排水路线一、排水路线二和排水路线三排出。只有极微量的水再次突破第三道防水密封线，在重力作用下，水会在固定扇型材的开放腔体三中汇集、蒸发，避免水滴落到室内。

5）排水路线五：即冷凝水收排。本开启天窗系统进行了节能设计，采用了节能中空夹层玻璃和多腔铝合金隔热型材，具有很好的隔热节能效果，在室内外温差作用下，原则上玻璃内侧是不会出现冷凝水现象。如若防水密封线出现问题，玻璃内侧靠活动扇型材边侧位置就可能出现冷凝水。构造设计时有意将开启天窗固定扇内边框突出活动扇面，可以将冷凝水有效接入到固定扇型材的开放腔体三中汇集、蒸发，避免水滴落到室内。

图5 采光顶大角度开启天窗开启状态

4 结语

采光顶大角度开启天窗防排水系统设计的优劣会直接影响到采光顶的使用舒适性和安全性，需要进行专业化设计。整体布局上，应保证其排水顺畅，避免出现雨水倒灌现象。系统构造设计上，应合理设置等压腔构造，巧妙设置排水路线，将“防”和“排”做到极致，达到高效防排水效果。