摘要：單元式幕墻在建筑師和開發(fā)商心中是高質量、高檔次、高效率幕墻的象征，是否真正實現(xiàn)了“三高”，本文認為還有一定的差距。其中最突出的問題是單元幕墻水密性系統(tǒng)設計上的缺陷，本文在總結多年設計、施工、檢測經驗的基礎上，闡述單元式幕墻防水構造設計的要點，供幕墻設計師們參考。
一、概述
建筑幕墻是集建筑技術、功能和藝術于一體的建筑物外圍護結構，作為一種高級建筑外墻，它倍受建筑師和開發(fā)商的喜愛。隨著建筑市場的快速發(fā)展，加劇了幕墻市場對高水平幕墻設計的需求，為此幕墻設計單位就以豐富的幕墻系統(tǒng)結構形式來適應和引導市場的需求。比較具有代表性的就是單元式幕墻技術的應用和發(fā)展。但是由于企業(yè)的開發(fā)能力不能滿足幕墻市場的需要，存在脫節(jié)現(xiàn)象，致使大量的單元式幕墻的水密性能出現(xiàn)問題，影響了單元式幕墻技術應用和推廣。
水密性一直是建筑幕墻節(jié)點設計的重要問題。經不完全的統(tǒng)計，在實驗室中有90％幕墻樣品需經修復才能通過試驗。在實際工程應用中，也存在同樣的問題。為解決幕墻的防水問題，許多專家學者對防水原理進行了研究和實驗，總結出完整的防水設計理論。比較著名的是“雨幕原理”和在實際應用中常用的“等壓原理”。
眾所周知，單元式幕墻的質量是由設計水平、材料質量、加工質量、組裝質量、安裝質量決定的。本文試圖就能夠影響單元式幕墻諸多因素進行分析，為建筑幕墻的應用提供參考。
二、單元幕墻防水原理分析
1.單元幕墻的三道密封線
（1）塵密線。為阻擋灰塵設計的一道密封線，一般由相鄰單元的膠條相互搭接實現(xiàn)，起到阻擋灰塵和披水的作用。在南方地區(qū)可以不設計這道密封線。
（2）水密線。它是單元幕墻的重要防線，通過幕墻表面的少量漏水可以越過這條線，進入單元幕墻的等壓腔，通過合理的結構設計，進入等壓腔水將被有組織的排出，沒有繼續(xù)進入室內的能力，達到阻水的目的。有時為了提高幕墻的水密性能，也可能同時設置多道水密線。
（3）氣密線。它也是單元幕墻的重要防線，由于水密線和氣密線之間的等壓腔和室外基本上是相通（有時在連通孔上放置防止灰塵的海棉）的，因此水密線不能阻止空氣的滲透，阻止空氣的滲透任務由最后一道防線——氣密線來完成。
2.單元幕墻防水機理分析
在幕墻表面，為了運用雨幕原理進行防水，設計上使等壓腔的壓力Pc等于或接近室外壓力Po，即水密線兩側的風壓基本相等，消除或減輕了風壓的作用，使水不通過或很少通過塵密線和水密線進入等壓腔。
在氣密線兩側，縫隙和作用同樣不可避免，要達到不滲漏的目的，則要使水淋不到氣密線，消除滲漏三要素中水的因素，由于通過塵密線和水密線的水很少或沒有，加上合理的組織排水，就沒有水淋到氣密線，氣密線縫隙周圍沒有水，就不會發(fā)生滲漏，從而使單元式幕墻對插部位具有良好的防水能力。
單元式幕墻防水的薄弱環(huán)節(jié)是四個單元的“+”字縫，這是單元式幕墻能否成功防水的關鍵，目前比較成功的解決方案有橫鎖式、橫滑式和“+”字交叉密封結構等，這里不再贅述。
三、單元式幕墻防水系統(tǒng)設計要點
單元式幕墻系統(tǒng)設計具有較高的技術含量，直接關系到幕墻的經濟性、安全性、工藝性、功能性、施工及可維護性。然而系統(tǒng)設計非常復雜，它涉及到許多專業(yè)方面的知識，在此不一一詳述。
從大多數(shù)幕墻測試的過程來看，單元式幕墻在測試過程中存在不同程度這樣或那樣的問題。其中水密性、氣密性是比較突出的問題。說明幕墻在防水系統(tǒng)設計上存在一定缺陷。
單元式幕墻單元板塊是在廠房里制作、組裝完成的，能在現(xiàn)場直接安裝到建筑主體結構上。無論是插接還是對接，單元板塊在上下左右以及單元板塊“十字”接口處均需要密封處理。如何從系統(tǒng)設計中處理好這些自由縫是解決單元式幕墻水密性的關鍵。由于縫隙腔內外的氣壓差是雨水滲漏的主要動力，因此要求縫隙空腔內的氣壓與室外氣壓相等，以防止內外空氣壓力差將雨水壓入腔內。下面從三個方面進行闡述：
1.型材斷面構造設計的合理性
在單元式幕墻的系統(tǒng)設計中，型材斷面的設計非常重要。它不僅決定單元式幕墻的安全性，工藝性。同時還決定了單元式幕墻的其他物理性能。然而幕墻設計師們大多往往只通過力學計算重點考慮了型材斷面的設計安全性，而忽視了型材斷面對其他性能的貢獻。因此單元幕墻的雨水滲漏現(xiàn)象非常突出，單元板塊間的自由縫現(xiàn)場堵膠就成了幕墻廠家在現(xiàn)場工程排故過程中所用的主要手段。型材斷面雖然不是固定不變的，但是其斷面的設計是有規(guī)律的。它必須將其安全性、工藝性和結構防水同步考慮。由于工程上所用的幕墻節(jié)點形式很多，因此本文不可能詳細論述，現(xiàn)就如下的典型圖例進行分析：
（1）合理設計型材端面及型材咬合位置，盡量將水密線與氣密線分離，保證等壓腔發(fā)揮作用。
（2）斷面上盡可能避免在制作過程中開工藝孔，氣密線腔壁上禁止開工藝孔。（圖中所示構造無工藝孔）
（3）斷面設計時應考慮在豎向（或橫向）構件上設置傳遞荷載與作用的專用裝置，盡可能避免氣密線膠條參與傳力，圖中插芯端面3為傳遞力和板塊吊裝的專用裝置。
（4）插接式單元幕墻在斷面設計時應考慮板塊安裝后插接件之間有不小于15毫米的搭接長度。以便有能力適應層間變位和吸收現(xiàn)場安裝產生的誤差。
（5）斷面設計時應考慮預留安裝軟披水膠條的槽口，以便板塊安裝后在縫隙處形成阻水屏障，圖中膠條3和膠條8的槽口就起到這樣的作用。
（6）斷面設計時應盡可能考慮減少零件數(shù)量，降低構件的加工量和加工難度，以便保證板塊的組裝質量。
（7）幕墻板塊的型材斷面種類應考慮盡可能的少，同時應考慮到盡可能減少零件的組合量，以便減少板塊組裝所形成的縫隙。
（8）單元幕墻的氣密線應形成閉合。在結構上必須防止十字接口處存在漏氣的通道，圖2的構造中幕墻板塊在十字接口處可用膠板10實現(xiàn)密封。
2.膠條合理設計
在單元式幕墻的系統(tǒng)設計中，膠條的設計也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。它決定了單元式幕墻的水密性、氣密性以及幕墻防水性能的耐久性。目前工程上所用的膠條大多存在一些問題。究其原因是對膠條的產品性能缺乏了解，膠條的斷面設計存在不合理現(xiàn)象。事實上膠條的材質、延伸率、壓縮量以及斷面形式都很關鍵。單元式幕墻密封性膠條主要是三元乙丙（EPDM）膠條，這種材料具有卓越的耐臭氧老化性、耐氣候老化性、耐熱老化性、耐水性，還具有較好的耐化學藥品性，可以長期在陽光、潮濕、寒冷的自然環(huán)境中使用。EPDM橡膠有很多種牌號，不同的牌號各有不同的特點，因此可以說三元乙丙橡膠的化學成分及配方決定了膠條的使用環(huán)境和工作性能。
幕墻用三元乙丙膠條的基本成分為三元乙丙膠，碳黑，活性劑，增塑劑，硫化促進劑等。其中膠條的含膠率控制在35％左右，含膠率過低，材料的力學性能特別是拉伸強度、回彈性、耐老化性等變差，使用壽命大為縮短。但含膠率過高，成本會提高，同時材料的性能也同樣變差。其中補強劑，硫化劑，增塑劑并不僅僅起到降低成本的作用，只要加入適量，比例得當，能夠改善材料的性能。
根據(jù)不同的氣候特點，應選用不同的EPDM牌號。總結近些年的應用經驗，膠條的設計可遵循以下原則：
（1）在北方地區(qū)，溫差大，冬天溫度很低，最好選用部分充油牌號，在配方設計中充分考慮材料的低溫脆性，這樣硬度對溫度的依賴性小，便于安裝和使用。
（2）膠條在設計時必須確定合理的斷面形式，選擇合適的EPDM橡膠牌號，膠條的位置和作用不同，其斷面形式也應該不同。
（3）在膠條設計時，必須合理確定壓縮比和硬度。如圖所示，膠條1和膠條7的硬度要求高，膠條3和膠條5的硬度要求低。膠條1、膠條3、膠條8屬于水密線膠條，膠條2、膠條4、膠條5、膠條6屬于氣密線膠條。
（4）對有特殊環(huán)境要求的膠條，有必要與膠條供應商進行聯(lián)合設計，彌補設計人員知識面的不足，充分利用膠條材料的優(yōu)良性能。
（5）對接型單元幕墻的氣密線膠條豎橫應相同，確保膠條在板塊四角周圈形成閉合。
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