详解单元式幕墙防水原理及处理方法
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作者: 张开军
摘 要：单元式幕墙防水性能的好坏直接关系着幕墙的整体质量，从设计到加工、安装，每一细节都必须处理好，才能保证做出高质量的单元式幕墙。
关键词：单元式幕墙；防水；处理方法
1 前言
建筑幕墙现在已经走近我们的生活，成为现代建筑外围结构的主要形式，在高层、超高层建筑中尤其明显，几乎找不出不使用建筑幕墙的高层、超高层建筑。国外发达国家幕墙业经历百余年的历史，而在我国仅用了十多年时间已迎头赶上。从大的城市直至部分乡镇，均可看到各种形式的幕墙。 人们的生活水平越来越高，生活节奏越来越快，劳动力成本也越来越高，对于劳动力成本较高的建筑幕墙来说，只有实现建筑幕墙集成化，才能显著降低劳动力成本，有效提高建筑幕墙行业的利润空间。单元式幕墙是建筑幕墙集成化的最佳结晶体，尤其在发达国家，单元式幕墙所占比重更大。
单元式幕墙与传统的框架式幕墙相比较，具有下列特点：
1）单元式幕墙采用了“等压原理”，解决幕墙漏水问题。
2）单元式幕墙的单元件高度为楼层高度，宽度一般为 1.2 米至 1.5 米左右。故传力简捷，可直接挂在楼层预埋件上，安装方便。
3）单元件在工厂内加工制作， 可以把玻璃 、铝板或其它材料在加工厂内组装在一个单元件上，促进了建筑工业化程度。
4）因为单元件在加工厂内整件组装，易于在工厂内进行检查，有利于保证多元化整体质量，保证了幕墙的工程质量。
5）单元式幕墙从楼层下方向上方安装能够和土建配合同步施工，大大缩短了工程周期。
6）单元式幕墙所有工程均可在楼层内完成，在安装期间可以省出高大的脚手架和吊船。
7）幕墙单元件安装联接接口构造设计能吸收层间变位及单元变形，通常可承受较大幅度建筑物移动，对高层建筑和钢结构类型建筑特别有利。
8）单元式幕墙可以用设计达到及保持双层密封系统。
9）单元式幕墙框件接缝紧密排成直行，容易构成一个优良的外墙形象。
10）单元式幕墙需要利用高科技的设计原理，承建商要求有一定先进设计人才和设备，具有实力的幕墙公司，才有能力建造单元式幕墙。
单元式幕墙在建筑师和开发商心中是高质量、高档次、高效率幕墙的象征，本文在总结多年设计、施工、检测经验的基础上，阐述单元式幕墙防水构造设计的要点，供幕墙设计师们参考。
2 防水原理分析
幕墙产生漏水现象，必须有三个条件，第一是水的存在，如下雨、擦洗幕墙用水。第二，水运动途径；第三，水运动的动力，有六种动力如：重力 、动量、表面胀力、毛细现象、气流和压力差 。压力差是造成大部分幕墙接缝漏水的主要原因，幕墙外水份，不论是雨水或洗窗水进入室内，除了必须有破口或是裂缝存在，还必须要求室外的压力比室内压力大。如果室内的压力与室外压力相等，甚至大于室外压力，即使有破口或是裂缝存在，水份也不会进入墙内。一般传统防水方式是尽量设法在漫长的接缝处减少可能发生的开口，如用各种密封胶，胶条对接触缝密封堵塞。新的防止水进入室内的方式，则是用对水进行疏导，引水入等压腔内，再引水流出幕墙外部。为了达到等压，我们将部分或所有接缝维持开放，但是等压腔并不是一个通气的空间，它必须限制一定范围的通气空间，才能有效地产生等压效应。为了达到完全等压效应，“等压腔”内的压力必须随时维持大于或等于室外的压力。但是我们知道建筑物表面压力，因风速随时的变化，不会永久不变，建筑物愈高愈大，压力差程度也就愈明显。接近地面的正风压比高处正风压小，立面中央正风压比角落正风压大，同一根横料可能一端受正压，另一端受负压，再加上其它因素影响使得等压效应的设计更加复杂困难。因此要求高技术的加以解决。等压原理是单元式幕墙独特的核心。
3 按照等压原理进行防水构造设计
等压原理是一个设计原理，在这一原理应用中，在接缝部位内部设有空腔，在其外表面的内侧的压力在所有部位上一直要保持和室外气压相等，以使外表面两侧处于等压状态。压力平衡的取得是有意使开口处于敞开状态，使空腔与室外空气流通，以达到压力平衡。
前面提出，渗漏要具备三个条件，否则就不会发生。在外壁，水和缝隙是无法消除的，只有围堵使水尽量减少进入等压腔。在内壁，缝隙和作用（特别是压差）不能消除，要达到内壁不渗漏，则要疏导，使水依靠重力流出幕墙外部，这样单元式幕墙对插部位就不会有水渗入室内了。
在学习国外经验，总结本国经验基础上，对单元式幕墙对插接缝处防水构造设计已有一套较成熟技术方案，在横（竖）向接缝的外侧设置披水胶条，由于披水胶条与铝料间不可能完成密封，故等压腔与室外空气可以流通，以维持压力平衡，这样形成一个自上而下、自左到右一个连续的外壁（雨幕），披水胶条沿接缝全长阻止大量雨水渗入幕墙内部，仅有少量雨水渗入。
单元式幕墙是采用等压原理进行对插接缝防水构造设计最理想的幕墙型式，全隐框幕墙一般只能采用密封方法进行水密性设计才能取得好效果。
4 单元式幕墙防水构造设计要点
众所周知，单元式幕墙的质量是由设计水平、材料质量、加工质量、组装质量、安装质量决定的。本文就能够影响单元式幕墙防水性能的诸多因素进行分析，为建筑幕墙的应用提供参考。请看下面 2 张图：
这是一种比较成熟的单元式幕墙构造，下面详细分析它的设计特点：
首先，这种构造设计了三道密封，第一道阻止大量雨水，第二道阻止第一道遗漏的和部分冷凝水，第三道阻止全部能到达等压腔的水进入室外，并通过专门设计的通道，经重力作用引水到下一层接缝处，从而排到幕墙外部。
其次，竖料设计了两个空腔，外侧腔中的大量直接排到幕墙外部，内侧腔中的水进入横料的空腔中，并经排水孔进入专门设计的去水通道，排到下一层的竖料外腔中，再排到幕墙外部。这种设计能最大程度地减小风压对等压腔的影响。
最后，在十字接缝处设有两条高压缩性高密度海绵胶条，有效封堵此处的两个构造性小缺口。
通过以上分析，大家应该对单元式幕墙的防水重点有了认识。下面详细分析单元式幕墙防水系统设计要点。
4.1 型材断面构造设计的合理性
在单元式幕墙的系统设计中，型材断面的设计非常重要。它不仅决定单元式幕墙的安全性，工艺性。同时还决定了单元式幕墙的其他物理性能。然而幕墙设计师们大多往往只通过力学计算重点考虑了型材断面的设计安全性，而忽视了型材断面对其他性能的贡献。因此单元幕墙的雨水渗漏现象非常突出，单元板块间的自由缝现场堵胶就成了幕墙厂家在现场工程排故过程中所用的主要手段。型材断面虽然不是固定不变的，但是其断面的设计是有规律的。它必须将其安全性、工艺性和结构防水同步考虑。由于工程上所用的幕墙节点形式很多，因此本文不可能详细论述，现就一般形式进行分析：
(1)合理设计型材端面及型材咬合位置，尽量将水密线与气密线分离，保证等压腔发挥作用。
(2)断面上尽可能避免在制作过程中开工艺孔，气密线腔壁上禁止开工艺孔。
(3)断面设计时应考虑在竖向(或横向)构件上设置传递荷载与作用的专用装置，尽可能避免气密线胶条参与传力，
(4)插接式单元幕墙在断面设计时应考虑板块安装后插接件之间有足够的位移空间，以便有能力适应层间变位和吸收现场安装产生的误差。
(5)断面设计时应考虑预留安装软披水胶条的槽口， 以便板块安装后在缝隙处形成阻水屏障。
(6)断面设计时应尽可能考虑减少零件数量，降低构件的加工量和加工难度，以便保证板块的组装质量。
(7)幕墙板块的型材断面种类应考虑尽可能的少， 同时应考虑到尽可能减少零件的组合量，以便减少板块组装所形成的缝隙。
(8)单元幕墙的密封线应形成闭合。 在结构上必须防止十字接口处存在未闭合的通道，正如上面所讲的设置高压缩性高密度海绵胶条。
4.2 胶条合理设计
在单元式幕墙的系统设计中，胶条的设计也是非常重要的一个环节。它决定了单元式幕墙的水密性、气密性以及幕墙防水性能的耐久性。目前工程上所用的胶条大多存在一些问题。究其原因是对胶条的产品性能缺乏了解，胶条的断面设计存在不合理现象。事实上胶条的材质、延伸率、压缩量以及断面形式都很关键。单元式幕墙密封性胶条主要是三元乙丙(EPDM)胶条，这种材料具有卓越的耐臭氧老化性、耐气候老化性、耐热老化性、耐水性，还具有较好的耐化学药品性，可以长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用。EPDM 橡胶有很多种牌号，不同的牌号各有不同的特点，因此可以说三元乙丙橡胶的化学成分及配方决定了胶条的使用环境和工作性能。
幕墙用三元乙丙胶条的基本成分为三元乙丙胶，碳黑，活性剂，增塑剂，硫化促进剂等。其中胶条的含胶率控制在35％左右，含胶率过低，材料的力学性能特别是拉伸强度、回弹性、耐老化性等变差，使用寿命大为缩短。但含胶率过高，成本会提高，同时材料的性能也同样变差。其中补强剂，硫化剂，增塑剂并不仅仅起到降低成本的作用，只要加入适量，比例得当，能够改善材料的性能。
根据不同的气候特点，应选用不同的EPDM 牌号。总结近些年的应用经验，胶条的设计可遵循以下原则：
(1)在北方地区，温差大，冬天温度很低，最好选用部分充油牌号，在配方设计中充分考虑材料的低温脆性，这样硬度对温度的依赖性小，便于安装和使用。
(2)胶条在设计时必须确定合理的断面形式，选择合适的EPDM橡胶牌号，胶条的位置和作用不同，其断面形式也应该不同。
(3)在胶条设计时，必须合理确定压缩比和硬度。
(4)对有特殊环境要求的胶条，有必要与胶条供应商进行联合设计，弥补设计人员知识面的不足，充分利用胶条材料的优良性能。
(5)对接型单元幕墙的气密线胶条竖横应相同，确保胶条在板块四角周圈形成闭合。
5 总结
幕墙是一个复杂系统，好的设计需要其他的相关配合。首先，必须有高品质的材料，俗话说，“巧妇难为无米之炊”。其次，必须有一个合格的加工厂、技术精湛的工人、性能卓越的加工设备。最后，必须有一只精锐的安装队伍。有了这些强大的人力、物力、技术等支持，一定能做出品质优良的单元式幕墙产品。
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