单元式幕墙的防水设计

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【摘要】：本文从单元式幕墙的防水原理入手，以对等压原理和雨幕原理为基础，逐步阐释单元防水密封线的构成、分布以及单元排水措施的优缺点。并给出对于单元幕墙防水的优化措施。

【关键词】：等压原理、雨幕原理、防水密封线、自排水、错层排水

中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：

1.概述

水密性一直是单元幕墙节点设计的重要问题。据资料统计，在实验室中有70%以上的幕墙样品需经修复才能通过试验。在实际工程中，也存在同样的问题。为解决幕墙的防水问题，许多专家学者对防水原理进行了研究和实验，总结出完整的防水设计理论。比较有代表性的是“雨幕原理”和在实际应用中常用的“等压原理”。然而，如何对此密封防水理论充分理解并合理地运用到幕墙系统设计中去，是亟待思考和解决的问题。

2.幕墙防水技术的发展阶段

按照建筑幕墙的防水原理可以将幕墙的发展划分为三个阶段：完全密封、收集储存阶段、结构式防水阶段。

完全密封阶段的幕墙防水原理很简单，有缝的地方就采用防水密封材料进行封堵，是被动防水阶段。缺点在于：现场安装工作量大，施工周期长等不利影响，且注胶质量和密封性能较难控制。

收集储存阶段的幕墙面板接缝形式有所改进，主要以简单插接形式进行防水。采用插接的方式具有一定的主动性，能够将收集到少量的雨水或雪水储存，靠自然蒸发阻止水的进一步渗透，事实证明这种技术仍然不能很好的解决防水问题。

结构化防水是幕墙防水技术走向成熟的标志，通过综合运用雨幕原理和等压原理，从幕墙节点结构设计入手，“设置多重干式密封，利用等压原理防水，允许水通过幕墙表面渗入，并能将水合理组织排出”，这是幕墙防水技术的主动阶段。单元式幕墙就属于这一阶段的典型幕墙防水设计技术。

3.幕墙的防水原理

3.1 雨水渗漏的机理

幕墙产生漏水现象，必须有以下三个条件：幕墙表面上要有缝隙；缝隙周围要有水；有使水通过缝隙进入幕墙内部的作用。这三个因素中如果缺少一个，渗漏就不会发生。水和缝隙是不能消除的因素，只有从使水通过缝隙进入幕墙内部的作用入手，消除使雨水进入室内的各种作用。

导致渗水的作用大致有六种，分别为重力、动能、表面张力、毛细作用、气流、压力差。压力差是造成大部分幕墙接缝漏水的主要原因。如果室内的压力与室外压力相等，甚至大于室外压力，即使有缝隙存在，水份也不会进入室内。单元式幕墙采用的“雨幕原理”和“等压原理”就是基于此种考虑。等压原理是单元式幕墙防水技术的核心。

3.2 等压原理

我们利用下面图例说明等压原理，图中所示的左侧为室外，右侧为室内。示意图1说明，当外侧具有较高的压力时，水会在外侧压力的驱动下具有水平方向的动能而从外壁面上的开口部位的流入内侧，而当内外侧的压力相等时，具有水平方向的动能的水会由于内侧的压力对水形成阻力，从而迫使水滴或水流改变运用方向，不进入室内。

图1：外部气压高于内部气压 图2：外部气压等于内部气压

简单地说, 等压原理设计就是在设计幕墙结构时通过在幕墙的室内与室外间建立等压腔, 等压腔内的压力近似等于室外的压力。由于等压腔与室外几乎没有压力差, 从而防止水在压力差的作用下进入室内。

单元式幕墙的防水是依托于等压原理而存在的，设计可先利用装饰扣盖或挡水(批水)胶条挡掉绝大多数动能水，需要特别注意的是，竖向型材结合部和横向型材结合部的中腔是横竖贯通，横竖向的胶条交圈，形成完整的等压腔。不然单元防水很可能因为等压腔的不连续而功亏一篑。

3.3 雨幕原理

“雨幕原理”是在幕墙表面处设置的一个密封层，使其形成一个雨水的屏障，阻止雨水渗入幕墙内部。“雨幕原理”是与“等压原理”配合应用的设计原理。等压原理中的核心内容，是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。其中提到的外表面即为单元接缝处的外层密封，即所谓“雨幕”之意。如果幕墙内部空间气压高于室外气压，则渗漏会自然停止，压力平衡的取得不是由于外表面接缝部位严密密封所构成，而是在外层密封（即“雨幕”处）合理设置开口实现的。此开口应能阻止雨水进入，同时使空腔与室外空气流通，以达到压力平衡。

4.单元幕墙防水原理分析

单元式幕墙一般基于“等压原理”和“雨幕原理”进行密封防水设计。多采用多道密封形成多个等压腔，以实现多级减压，合理排水，确保密封防水的可靠性。具体的密封原理和构造设计原理如下：

4.1单元幕墙密封系统构成

我们将整个单元幕墙结构体系作为一个系统，那么单元幕墙的密封系统的构成则是由发挥着各自作用的各道密封线组成，一般单元幕墙的密封系统由单元最外侧起挡水防风作用的尘密线、形成等压腔的水密线及气密线组成，个别对防水要求高的单元系统可在密封系统中适当增加一道或两道水密线，及形成多个等压腔来消除动能水的作用。

4.2 单元幕墙的密封线

密封线一般由四周连续的密封胶条组成，密封线的设置及胶条的选择需讲求合理性。单元幕墙的密封线的连续也是实现雨幕原理的基本前提。

尘密线。为了阻挡灰尘设计的一道密封线，一般由相邻单元的胶条相互搭接实现，起到阻挡灰尘和披水的作用。尘密线可以阻止大量的灰尘及雨水的进入，起到批水屏障的作用，即所谓“雨幕”或“雨屏”。如图3所示。

水密线。它是单元幕墙的重要防线，通过幕墙表面的少量漏水可以越过这条线，进入单元幕墙的等压腔，通过合理的结构设计，进入等压腔水将被有组织的排出，没有继续进入室内的能力，达到阻水的目的。如图4所示。

图3：单元密封线1 —— 尘封线 图4：单元密封线2 —— 水密线

气密线。它也是单元幕墙的重要防线，由于水密线和气密线之间的等压腔和室外基本上是相通(有时在连通孔上放置防止灰尘的海棉)的，因此水密线不能阻止空气的渗透，阻止空气的渗透任务由最后一道防线-气密线来完成。

图5：单元密封线3 —— 气密线

4.3 单元幕墙排水原理

即使有“等压原理”及“雨幕原理”，但让然有少量的水或者冷凝水进入到单元后腔，那么就要考虑如何将进入后腔的水排出单元系统。我们可以在型材上合理位置为其设置专门的排水通道，以保证有组织的水顺利排到单元系统外。单元幕墙分层的排水方式大致可分为两种：即自排水和错层排水。

4.3.1 自排水

自排水方式就是将每层积累的水当层排出，由于单元的打底横框不能再进行错层排水，所以自排水成为打底横框常用的排水形式。这种排水方式的排水流向和幕墙外的风压方向相向，且水流动力不足，水较易被积累。可以在打底横框和其对应的下横装饰条上多开几个相应的排水孔，尽量的增加排水的路径，从而达到打底横框排水的目的。自排水路线如图6右侧水流方向所示。

4.3.2 错层排水

作为单元排水中最常见的一种形式，错层排水是将本层上横后腔积累的水进行有效的组织，通过合理的设计，让水在重力的作用下通过上横壁，落到下层单元的上横前腔，此时的水流具有较大的动能，可以顺势从单元前腔排到单元幕墙结构外，以此来实现后腔水的排出。错层排水路线如图6中间侧水流方向所示。

图6：单元式幕墙排水路线图（竖剖）

图7：错层排水排水路线图（横剖）

在利用错层排水方式进行设计时，应注意以下几点:

上横框所开的排水孔的必须对应在单元竖框插接位置的外侧，以保证横框后腔的水能够落到竖框插接前腔内，并通过横向前腔排出；

上横框开孔的大小建议为10×6mm以上的长圆孔或φ8~φ10mm的圆孔，这样可以避免由于水本身的张力而堵塞排水孔；

应在上横框的表面设有排水坡度，尽可能保证水不滞留在上横框的后腔内；

左右单元插接时，两单元上横框的对接缝隙需用密封胶打死，这样可以避免横框后腔的水由缝隙落到竖框后腔。同时单元横向插芯对接处也需要用密封胶密封。

相对而言，错层排水是一种新型的排水技术，排水过程受外界风压影响较小，排水孔不易被外界灰尘堵塞，排水较为顺畅，因而较为常用。但错层排水方式对加工组装及安装的要求较高，过程中应严格控制。在实际工程中，自排水和错层排水两种排水方式也可同时存在，这样可以增加排水通道，达到顺利排水的目的。

5.改进单元幕墙防水的优化措施

5.1 型材断面构造优化设计

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。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：

(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。

(3)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。

5.2 胶条选用及优化设计

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。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)在胶条设计时，必须合理确定压缩比和硬度。

(3)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。

5.3 密封胶的合理应用

密封胶性能的好坏直接影响单元幕墙的水密性及气密性。密封胶的使用应注意以下事项：

选用优质结构硅酮密封胶、耐候硅酮密封胶，而且加强检验，防止过期使用。

控制使用环境，严禁下雨天露天进行耐候硅酮密封胶施工。结构胶的施工车间要求清洁无尘土且室内温度及相对湿度适宜。

胶必须作相容性试验，并获取检验合格报告才允许施工。

5.4 单元式幕墙边界处理

单元式幕墙在收边收口的位置也应注意防水密封，无论与其交接是框架幕墙还是结构墙体，处理不得当，同样会导致大面积的渗漏。根据位置不同，可将幕墙的边界处理划分为顶封修处理、底封修处理、边封修处理。

(1) 顶封修处理

顶封修的处理可采用较为常见的铝板包顶的封修方式，可在外铝板底端增加滴水，还可在铝板内增加保温岩棉，防止冷凝水的侵入。最好还可以在框后增加一道连续的镀锌板，将水气隔离在单元系统之外。

(2) 底封修处理

底封修的处于单元最下端，因此不能再采用错层排水的排水方式，所以打底横框处的接缝的位置尤为重要，10mm的左右缝隙采用密封胶密封（形式同例图8），在前腔的横向接缝处可增设泛水板，且泛水板的端口处需做打胶处理。

另外，可在外腔设置排水通道，增加水流出的路径。

图8：顶封修防水 图9：底封修排水路径

(3) 边封修处理

单元的边收口由于考虑到收口的插接关系，一般多以母竖框作为单元的边界框，以公竖框作为收口封边框，在交接位置处封边框建议采用独立立框，这样可以在接缝的位置处采用独立的打胶密封形式，保证密封性。

6.小结

采用“等压原理”和“雨幕原理”进行单元式幕墙密封防水系统设计，应在充分理解上述原理的基础上，对单元式幕墙的密封构造和排水体系进行合理设计。同时，应注意考虑型材断面的合理优化设计、胶条及密封胶等材料的合理选用等。单元式幕墙密封防水的可靠性需经过相关的试验检测加以验证。

参考文献

[1] 张芹建筑幕墙与采光顶设计施工手册中国建筑工业出版社，2002年

[2]《玻璃幕墙工程技术规程》 （JGJ102-2003）