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摘要:幕墙作为建筑中的重要一部分，对其的施工设计必须要有高度的重视。本文主要针对暴风雨天气下建筑幕墙系统的防水设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对幕墙系统的防水设计和性能测试作了分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词:幕墙系统；防水；设计
前言
所谓的幕墙，是建筑物的外墙护围，不承重，像幕布一样挂上去，故又称为悬挂墙，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。而幕墙作为建筑施工中的重要部分，我们必须要对其的施工设计有高度重视，特别是防水设计。基于此，本文就暴风雨天气下建筑幕墙系统的防水设计进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 工程概况
某建筑分为东、西两楼，其中西楼为办公用楼，包括一栋109.22m高的22层塔楼和一栋3层裙楼建筑，东楼包括一栋149.76m高的40层服务式公寓塔楼和一栋14.87m高的3层裙楼建筑。
2 幕墙防水设计依据
建筑外墙设计概念力求增强每栋塔楼的纵向高度感，与周围较为沉稳的建筑群体形成对比，这一效果是通过3层楼高的带角度的玻璃和金属长槽的纵向交错排列来实现的。倾斜的玻璃面板产生细微的光线反射质感，金属槽则添加了纹理，并提供设置可开窗的机会，在设计上巧妙地运用交错有致的竖向构件图案使玻璃呈现出不同的反光度变化，与金属型材所展示的连续感形成对比。这些带角度的外墙变化给幕墙设计带来非常大的技术挑战。
首先，对建筑幕墙进行气候性能分析。该地区位于亚热带湿润季风气候区，年均降水量达1100mm，温暖潮湿、四季分明、季风明显、雨量充沛。该地区时常遭受热带风暴的袭击，每年在暴风雨水下，许多的建筑幕墙出现漏水等情况。根据GB/T21086—2007《建筑幕墙》，幕墙的雨水渗透性能以发生严重渗漏现象的前级压力差值ΔP作为分级依据，经过项目分析计算，固定部分值计算ΔP=1370Pa，开启部分值计算ΔP=648Pa。根据规范，本项目幕墙的水密性性能分级定为3级(表1)，此性能等级则为幕墙系统设计的性能目标。
表1 建筑幕墙水密性分级
3 幕墙系统的防水设计
进行幕墙设计前，先对外墙系统进行分类。本项目建筑造型复杂、外墙变化形式多样、幕墙系统庞大，大致上可以分为塔楼凹凸结构单元体幕墙系统、垂直线条结构单元体幕墙系统、外挑玻璃肋结构单元体幕墙系统、裙楼采光顶幕墙结构、内平开窗结构、裙楼构件式幕墙系统等等。本文主要对典型的单元体幕墙系统进行防水设计的介绍。
3.1 单元体幕墙密封设计
首先在建筑外立面设计的基础上对幕墙进行单元划分，按照横向标准分割尺寸1690mm与1310mm，竖向一个楼层高度作为一个单元体板块。图1为本项目标准位置的单元体幕墙竖向节点，反映的是标准单元体左右竖向接缝密封处理方式，通过设置多个腔体，形成铝合金公立柱与铝合金母立柱，安装时进行单元体公母立柱插接，并通过亚松聚氨酯隔热胶、EPDM橡胶条等嵌缝密封。
图2为本项目标准位置的单元体幕墙横向节点，反映幕墙横向接缝密封处理方式，通过安装插接，助于幕墙等压腔的实现及幕墙安装的完成。
因本幕墙外观为竖向明框、横向隐框，为了保证幕墙节能的完善，在幕墙节点设计中，框料选用注胶节能型材，并在插接缝隙位置使用了隔热胶型材、节能玻璃及专门设计的密封条共同形成完善的节能体系。考虑到外开敞接缝的堵水作用，通过接缝布置特殊形状的胶条进行挤压搭接，阻挡了暴雨时大量雨水进入等压腔的可能，并通过胶条隔断室外空气与等压腔空气之间的流通，避免了风雨时因气压引起的气流流速过快对等压腔的破坏；此外，由于胶条的阻断作用，避免了热空气的对流和热量的辐射作用，大大提高了节能效果。
整个幕墙系统均按照等压结构排水及密封连续性的原则设计，以确保单元式铝框架、窗间墙等各类综合系统的整体水密性。并且，在所有铝框架构件之间的接缝、螺丝、螺栓、交接点挡水板及其他配件均按照技术要求采用密封胶密封处理，以组成一个严密而连续的防水幕墙系统。
3.2 板块间伸缩缝设置
图3为单元体幕墙板块之间伸缩缝的设置与变形情况。根据伸缩缝的分析计算，确定标准位的插接伸缩缝尺寸为A，但为了保证单元体板块位移时伸缩缝的设置效果，设计拉伸状态下最大缝隙尺寸为B、压缩状态下最小缝隙尺寸为C。如此设计，保证了无论在拉伸状态还是压缩状态下，幕墙的基本性能都可得以实现。
3.4 底部收口
作为单元体幕墙系统，底部收口也是防水设计的重点。图7是本项目的单元体幕墙底部收口设计，一方面要保证幕墙与建筑底部防水的有效结合，另一方面要保证由单元接缝进到等压腔体的雨水外排顺畅。使用密封胶将铝合金单元底横料与土建结构的接缝进行可靠密封，并在密封胶外使用防水膜对底横铝合金料及结构表面有效防水覆盖，最后在底横料外侧再安装铝合金板作为排水板，确保进入等压腔的雨水及单元竖向缝隙进入的雨水能够及时外排，保证幕墙与建筑的整体水密性。
4 幕墙性能测试
4.1 幕墙模型性能试验
在设计过程中，所有的幕墙系统设计与细节的考虑均是基于理论情况与过去的项目经验结合，但自然界复杂的气候条件及建筑的不同特征决定了每个项目幕墙系统的独特性。所以，在进行幕墙大批量生产制造前需进行幕墙模型性能试验的检验，并且根据试验结果进行设计与制造工艺的调整。
为了在试验过程中准确模拟自然界的恶劣天气，本模型的试验采用了中国标准与美标动态水密性试验相结合的方法。按照美标AAMA501.1—05《以动态压强检测窗、幕墙和门渗水性的标准试验方法》，用飞机头螺旋桨产生的最大风速对幕墙形成风压，结合外雨水喷淋的做法，准确模拟狂风暴雨的状态来测试幕墙系统的水密性能。
按照以下试验流程进行:打开、关闭开启窗50次→预加压测试→国标气密性测试→美标气密性测试→静态水密性测试→动态水密性测试→静态水密性测试→抗风压性能试验→重复水密性试验→平面内变形性能(竖直方向)→重复水密性试验→平面内变形性能(水平方向)→平面内变形性能-水平方向→重复水密性试验→垂直于幕墙平面方向变形性能→重复水密性试验→擦窗机销座荷载试验→重复美标气密性测试→重复水密性试验→1.5倍设计风压测试。
试验将国标规范与美国规范进行了整合，对水密性试验进行了强化，在试验过程中，有多次重复性的水密性试验。在进行抗风压试验与变形位移试验后面再进行了多次重复水密性试验，这样才能够模拟幕墙在经过狂风暴雨及位移变形后水密性变化。
在动态水密性测试(AAMA501.1)过程中，由飞机头螺旋桨产生的最大风速对幕墙形成风压，在15s内施加至1000Pa的压力，在该压力下以3.4L(/m•2min)的淋水速度，持续淋水15min，淋水装置为外喷淋，在此条件下检查幕墙固定部分接缝是否有渗漏；然后解除压力，关闭淋水装置，待模型状态稳定，检查试验过程出现的渗漏水。在检测过程中，幕墙模型的开启窗及多个玻璃固定点处发生渗漏，见图8。
对照生产装配图纸与现场样板情况，总结漏水的原因如下:
(1)部分单元体板块装配工艺不过关，应密封处理的地方未进行有效密封。
(2)部分单元体排水孔未按图生产，导致雨水导排不畅。
(3)模型单元体样板封边料未完全按图施工，导致模型封边处漏水。
(4)开启窗胶条设置有误，导致密封性差。
针对模型检测中发生的问题，检查分析渗漏的原因，进行幕墙制造工艺改进。
4.2 幕墙安装的测试
在现场安装过程中，需验证幕墙安装完成后的水密情况，进行现场的幕墙淋水试验。首先，选取现场已完工的幕墙单元，分别按照确定的测试阶段与板块分别进行测试；再按照AAMA501.2—3《已安装门面、幕墙和斜坡玻璃系统的质量保证与诊断性的施工现场渗水检查》，选择满足要求的喷嘴，确定试水水压，在距离玻璃表面305mm左右，对着幕墙垂直接缝、横向接缝以及开启接缝进行现场喷淋，并缓慢地来回移动，以观察幕墙的密封情况。如果在试验中发生漏水情况，必须及时检查分析原因并加以改进，降低今后幕墙发生漏水的几率。最后，在现场幕墙问题修改完成后再次进行现场淋水试验，确保最终幕墙的水密性能。
5 结语
综上所述，幕墙在建筑行业中可谓后起之秀，依靠现代机械加工技术，幕墙以其高精度、高集成化、高工厂化，在现代建筑特别高端建筑中占据了越来越重要的地位。而在幕墙的施工中，施工方需要重视对其的防水设计工作，以此保障幕墙系统的水密性，从而为建筑防水带来帮助。
参考文献
[1]李国平.试论单元式幕墙系统防水设计[J].建筑•建材•装饰.2016（08）.
[2]陈健波.论单元式幕墙防水的应对措施[J].门窗.2013（09）.
论文作者:李俊峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/12
标签：幕墙论文; 单元论文; 系统论文; 建筑论文; 性能论文; 测试论文; 伸缩缝论文; 《基层建设》2017年第7期论文;