幕墙防水技术在超高层建筑中的应用研究*

胡艳娥

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 太原 030024)

超高层建筑所面临的自然环境更加复杂多变,对建筑的安全性、功能性和耐久性提出了更高的要求。幕墙作为超高层建筑的重要组成部分,其防水性能的优劣直接关系到建筑物的整体质量和使用寿命。因此,如何采用先进的技术手段和科学的管理方法,切实提高超高层建筑幕墙的防水性能,已经成为建筑设计和施工领域亟待解决的重要课题。

1 工程概况

该工程位于邢台市邢州大道以北,兴盛街以南,松柏路以东,滨河路以西围合区域,总建筑面积为9.999万m2,其中幕墙面积约为5.41万m2。建筑功能涵盖地下车库、设备用房,地上裙房商业、会议、餐饮,主楼办公、酒店等多种用途。结构类型为钢筋混凝土框筒结构,建筑高度达152.40 m,幕墙最高处达166.70 m。幕墙设计参数包括地面粗糙度类别为B 类,基本风压为W0=0.33 KN/m2,基本雪压为S0=0.35 KN/m2,抗震设防烈度为7度(a=0.15 g)。

设计等级要求为幕墙设计使用年限为25年,支承结构设计使用年限为50年,耐火等级为一级,且为二类防雷建筑物。这座建筑将成为该区域的标志性建筑,展现出现代化设计理念和高品质工程标准。

2 超高层建筑幕墙防水技术概述

超高层建筑幕墙防水技术是指在超高层建筑幕墙设计、施工和维护过程中,采用各种技术手段和措施,防止雨水、空气等通过幕墙渗入建筑内部,从而保障建筑物的正常使用和延长其使用寿命的技术。该技术主要包括挑选适宜的幕墙种类、设定恰当的防水标准、采用高效率密封产品、依照设计规则、强化质量监管、执行定期维护等。高层建筑因其特殊高度和自然条件,如风的作用和温度的变化等影响更加显著,对外部墙体提出了更严格的防水规范。因此,高层建筑的幕墙防水技术的关键性,在于确保结构稳固、保持功能齐全以及延长使用寿命[1]。

3 超高层建筑幕墙防水技术应用现状

3.1 防水材料选用不当

超高层建筑幕墙防水材料选用的合理性直接关系到建筑物的使用安全和耐久性能。但在实际工程应用中,个别项目方为追求经济利益最大化,而忽视了防水材料选用的重要性,盲目采用价格低廉但品质不达标的防水材料,从而埋下了幕墙渗漏、开裂等质量通病的隐患。以本文所述工程为例,幕墙面积高达5.41 万m2,最高处达166.70 m,设计使用年限为25年,支承结构设计使用年限更是长达50年之久。倘若在幕墙施工过程中,使用未经严格检测或性能指标不合格的硅酮结构密封胶等防水材料,势必会导致幕墙防水性能大打折扣,给建筑物的正常使用功能和安全性能带来严重的负面影响,并可能酿成难以估量的经济损失和工期延误等不良后果。

3.2 施工工艺与质量控制不足

个别施工单位受技术能力不足、管理水平欠缺等因素制约,未能严格按照设计要求和施工规范进行施工,导致幕墙防水质量频频出现问题。常见的施工工艺和质量通病包括幕墙结构密封胶嵌缝不饱满、附框与幕墙结构间防水处理不到位、穿墙螺栓防水套管安装不规范等。以结构密封胶施工为例,如果施工人员未经专业培训,不熟悉硅酮结构密封胶的性能特点和施工工艺要求,极易出现配比失调、基面处理不当、嵌缝深度不足、打胶不连续等问题,进而引发幕墙渗漏、脱落等严重的质量缺陷。

3.3 防水设计与细部构造缺乏优化

部分设计单位在方案设计和施工图设计阶段,未能充分考虑超高层建筑所处的特殊气候环境和使用工况,对幕墙防水设计重视不足,缺乏必要的细部构造优化。例如,在幕墙与主体结构、幕墙与门窗、幕墙与设备管线等部位的防水节点设计中,部分设计图纸未能提供详细的节点大样图和材料做法说明,给施工单位的技术人员和操作工人留下了较大的自由发挥空间,容易出现防水构造不合理、防水措施不到位等问题。又如,在幕墙转角、滴水线、压顶等细部构造设计中,部分设计方案未能充分借鉴同类型项目的成功经验,对防水构造缺乏深入研究和优化,导致所采用的防水做法无法有效应对超高层建筑所面临的高风压、高气压差等特殊工况,进而引发渗漏、开裂、脱落等防水质量问题[2]。

4 超高层建筑幕墙防水技术难点

4.1 幕墙与主体结构的变形协调

超高层建筑幕墙设计中,幕墙与主体结构的变形协调是一项关键技术难点。该工程建筑在风荷载、温度作用以及地震力等因素影响下,主体结构将产生一定的变形。而幕墙作为建筑外围护结构,其变形能力与主体结构存在差异。为确保幕墙在主体结构变形过程中能够保持结构完整性和安全性,必须采取合理的技术措施,实现幕墙与主体结构之间的变形协调。通过合理设置幕墙的固定方式、连接节点以及变形缝等关键构造,并结合实际工程条件进行优化设计,可有效解决幕墙与主体结构之间的变形差异问题,保证幕墙系统的安全可靠运行。

4.2 幕墙节点防水设计

在本工程中,超高层建筑幕墙节点防水设计面临着诸多技术难点。首先,该工程建筑高度达到152.40 m,幕墙最高处达166.70 m,这意味着幕墙节点处需要承受更大的风压和水平、垂直变形,对节点的密封性和耐久性提出了更高的要求。其次,该工程所在区域的气候条件较为恶劣,地面粗糙度类别为B 类,基本风压为W0=0.33 KN/m2,这增加了幕墙节点防水设计的难度,需要选用高性能的防水材料和精细化的节点设计,以确保节点处的防水效果。再者,该工程幕墙面积约为5.41万m2,幕墙节点数量众多,不同节点处的受力情况和防水要求各不相同,需要进行分类设计和施工,增加了防水设计的复杂性。

4.3 幕墙防水系统的耐久性

超高层建筑幕墙防水系统的耐久性是一个极其重要的技术难点。该工程幕墙设计使用年限为25年,支承结构设计的使用年限为50年,对幕墙防水系统的耐久性提出了严格的要求。幕墙防水材料和构件在长期暴露于外界环境中,需要承受风雨、紫外线、温度变化等多种因素的影响,容易发生老化、开裂、失效等问题,导致防水性能下降。同时,超高层建筑的幕墙节点处受力复杂,变形量大,对防水材料的弹性和抗拉伸性能提出了更高的要求。如何选择合适的防水材料,设计合理的防水构造,确保防水系统在建筑全生命周期内保持良好的防水性能,是该工程幕墙防水设计面临的一大难题[3]。

5 幕墙防水技术在超高层建筑中应用

5.1 幕墙穿层与预留孔洞防水处理

在该工程中,幕墙穿层与预留孔洞的防水处理需要严格按照设计规范和施工要求进行。穿层位置应选择在建筑外墙面的凹槽处,并采用高性能的防水材料进行密封处理。预留孔洞周边应增设宽度不小于200 mm 的附加防水层,采用聚氨酯或聚合物改性沥青防水卷材等材料,与主体防水层搭接宽度不小于150 mm,搭接长度不小于100 mm。穿层管道与预留孔洞间的缝隙应采用防水堵料填实,并在管道外壁涂刷厚度不小于1.5 mm 的防水涂料。为了进一步提高防水性能,可在穿层位置设置导流槽,将渗漏水导排至室外,避免积水对建筑主体结构造成影响。同时,在幕墙与主体结构连接处,应设置高度不小于150 mm 的防水翻边,并在翻边上设置压栏条,增强防水效果。

5.2 门窗与幕墙连接处防水处理

在该建设项目中,设计人员采用各种技术手段来确保幕墙和窗户接合部的防水性能。比如在幕墙与窗框连接处安装了高性能密封材料,具有优良性能,层厚至少10 mm,以保证防水效果。同时,在组件中置入防水焊锡,焊锡与组件连接处采用硅酮密封剂封合,构建了多级防水屏障。在门窗框底部,设计师特意设置了带有排水槽的设计,该排水槽与幕墙型材通过采用硅酮密封胶进行了密封处理。同时,在排水槽中开凿了直径达到标准且不小于10 mm 的排水孔,以保证水分能够及时的排出。运用全面的技术手段有效地提高了接合部分的防潮性,建筑防水的稳定性得到了可靠保障[4]。

5.3 幕墙转角与异型面防水处理

超高层建筑幕墙转角与异型面防水处理是确保建筑整体防水性能的关键环节。本工程采用了多种技术措施来解决这一难题。在转角处,设计采用了预制铝合金压条与硅酮结构密封胶相结合的方式,压条与幕墙型材之间预留了12 mm 的空腔,用于注入硅酮结构密封胶,形成有效的防水屏障。在异型面处,通过在幕墙型材与异型面基材之间设置EPDM 橡胶垫块,利用其良好的弹性和压缩变形能力,适应异型面的形状变化,并在其表面涂刷聚氨酯防水涂料,形成复合防水层,有效提升了异型面的防水性能。在易发生渗漏的部位,如凸窗和线条等,还采用了预铺反应粘结型高分子自粘胶膜的措施,并在其表面涂刷聚氨酯防水涂料,进一步加强了这些部位的防水效果。

5.4 幕墙接缝防水密封处理

在该工程中,设计团队采用了多种措施来确保幕墙接缝的防水性能。针对不同的接缝类型,如铝板间的接缝、玻璃与铝板的接缝等,分别采用了符合设计要求的密封胶进行填充。密封胶的选择需要考虑其与基材的相容性、耐候性、抗拉伸性能等因素。在施工过程中,严格控制密封胶的施工工艺,确保填充饱满、均匀,无气泡、无间断。对于幕墙转角、幕墙与主体结构的连接处等特殊部位,采用了预埋套管、防水堵头等附加措施,提高了防水性能。在幕墙与主体结构的接缝处,设置了宽度为20 mm 的后压式硅酮结构密封胶,并在其外侧设置宽度为50 mm 的耐候密封胶,形成了“双道防线”,有效防止了雨水渗漏。在幕墙与屋面、地面的接缝处,采用了高性能的防水卷材或防水涂料,并在其上设置了压盖式的金属防水板,进一步强化了接缝的防水性能。通过以上措施的综合应用,有效提升了该建筑幕墙的整体防水性能,为建筑的安全和耐久性提供了可靠保障[5]。

6 结语

综上所述,超高层建筑幕墙防水技术的应用是一项复杂的系统工程,涉及到防水材料选用、施工工艺控制、防水设计优化、细部构造处理等诸多方面。为了确保超高层建筑幕墙的防水性能,必须充分考虑建筑所处的特殊气候环境和使用工况,合理选用高性能防水材料,优化防水设计方案和细部构造,并在施工过程中严格控制工艺质量,加强监督管理。只有在设计、施工、维护等各个环节严格把关,协调配合,才能真正实现超高层建筑幕墙的防水目标,保障建筑物的安全性、功能性和耐久性。随着超高层建筑的不断发展和技术的进步,幕墙防水技术也将不断创新和完善。新型防水材料的研发和应用,BIM 技术在幕墙设计中的深入应用,以及精细化施工管理模式的推广,都将为超高层建筑幕墙防水技术的发展注入新的活力。