建筑玻璃采光顶的防水构造

建筑玻璃采光顶的防水构造

李宝成

内容摘要：本文主要阐述了玻璃采光顶防雨水渗漏构造和室内结露水排放设计的原则。

关键词：阳光效应.，线膨胀系数，热应力，完全密封，等压密封。

1 玻璃采光顶的发展

玻璃采光顶又称为玻璃屋顶，它的出现主要是解决建筑的采光问题，早期多用于养花温室、室内游泳池的屋顶。追溯起世界上最早采用玻璃面积最大的建筑应该是：1851年伦敦博览会时建的，世称“水晶宫”的大厦。这十层楼高，占地7.3万平方米的“水晶宫”，全部采用玻璃预制件和钢铁，仅用4个月时间就建成，给世界各国建筑大师以新的启迪。特别是设计建筑的明暗变化时应用越来越多，人们不断追求阳光下绿色空间的舒适生活条件，也越来越需要，于是造型各异丰富多彩的玻璃采光顶应运而生。

2早期玻璃采光顶的防水

早期玻璃采光顶多数被应用于温室和室内游泳池等建筑。这些建筑内的空气湿度相当大，室内结露水南流北淌的现象相当严重，给人们产生了这些建筑不结露是不可能的印象，只要不漏雨就可以了，于是设计采光顶时重点放在了如何解决雨水渗漏的问题上。

早期玻璃采光顶用型钢作龙骨的较多，图1就是一个典型的温室采光顶结构：

1 2 3 4 5 6 4

A-A B-B 图1 温室示意图 1.槽钢2.压条3.螺钉4.玻璃腻子5.玻璃6.角钢

当时由于认识的局面性和密封材料的欠缺，玻璃分格都比较小，其主要原因是当时密封玻璃缝只有腻子。这种桐油和滑石粉合成的腻子固化后比较硬，没有一点弹性。下面我们可以计算一下，玻璃板块长度1500mm时与钢材的膨胀差：线膨胀系数

钢材：α1：1.2×10-5（1/℃）

玻璃：α2：0.9×10-5（1/℃）

年温差：Δt：80℃

玻璃长边：L：1500mm

膨胀差：δ：mm

δ=L·Δt（α1-α2）公式（1）

=1500×80（1.2-0.9）×10-5

=0.36mm

采光顶的玻璃面是向光的，玻璃腻子在阳光紫外线的照射下，在臭氧的剥蚀、风雨的冲刷下，很快就老化产生龟裂，抵抗不了这一年四季大的温差变化，和一天随太阳起落阳光效应产生的温度突变。虽然钢材与玻璃的膨胀差只有0.36mm，但在长期的交变热应力作用下，腻子与玻璃定会脱开而产生雨水渗漏。加上当时的玻璃多数采用4mm厚的，板块太大承受不了风载、雪压，而且安装时还要上人，所以只能作小块玻璃的采光顶。

3 玻璃采光顶防水渗漏设计

3.1 完全密封式

完全密封方法，主要应用在隐框采光顶的面板间缝隙密封。这种密封方法，是在近代出现了硅酮耐侯密封胶之后才得以实现。

完全密封，顾名思义就是用胶完完全全的将缝隙密封。图2是一个点式结构玻璃采光顶，玻璃板块间就是采用的完全密封方法。

3.1.1完全密封涂胶宽度的计算

W0

1

2%

1

W0

W y

W1

图2 点式玻璃幕墙W0：涂胶原始状态W y：压缩状态W l：拉伸状态在这种时刻都变化的交变载荷作用下的胶缝计算公式：

L·α·Δt

W0= ————— K 公式（2）

b

L：玻璃长边尺寸：2000mm

α：玻璃线膨胀系数：0.9×10-5（1/ ℃）

Δt：年温度差：80 C

b：在恶劣条件交变载荷作用下密封胶允许位移量20%

K：热伸缩限制率（0.7～0.4）

2000×0.9×10－5×80

最小涂胶宽度：W0= ——————————×0.6=4.32mm

0.2

3.1.2 选用密封胶的注意事项

3.1.2.1 采光顶采用中空玻璃，中空玻璃合片时必须用中空玻璃结构胶。两玻璃板块间的缝隙密封，必须用同一厂家生产配套的硅酮耐侯密封胶。两种胶必须作相溶性试验，并获取检验合格报告才允许施工。

3.1.2.2采光顶采用镀膜玻璃或夹胶玻璃时，密封两玻璃板块间的缝隙必须用中性耐侯密封胶，避免与镀膜和胶片产生化学反应。

3.2等压密封原理在采光顶结构中的应用

自从铝合金优异的挤压成型工艺出现，配合性能优越的硅酮密封胶，各种造型新颖形态各异的采光顶开始出现在现代建筑上。由于氟碳漆和各种镀膜玻璃的应用，使采光顶更加璀璨夺目，成为一些建筑不可缺少的主要配置，人们向往的绿色场所。

回想起1985年，在承制的第一个玻璃采光顶时，那种尴尬的场面还历历在目。那时在南方旅游城市签了一个花园式宾馆的外维护装修工程，工程快结束时甲方的经理一看装修的很漂亮，非要在主楼的西山墙外加一个上面有单玻采光顶的玻璃房子，说是要作咖啡厅。当时没有玻璃屋顶型材，不能接这样的活。但该工程的项目经理不听，让设计员现场设计，用铝方管型材作龙骨，用扣座扣条镶嵌玻璃，所有接缝均涂当时最好的“XM-38”双组份建筑密封膏，很快就完工了。当时甲方经理可乐的不得了，不惜重金进行了内部豪华装修，开始营业。可好景不长，一进入雨季漏的南流北淌，地毯也泡了，玻璃吊灯里灌满了水，被迫停业。雨季过后这个项目经理不服气，硬说工人涂胶质量不好才造成漏雨，而后全部将玻璃拆下来，他亲自带人涂胶重装了一遍，结果还是以失败而告终。所以在80年代设计员造成了见“顶”生危的毛病。

3.2.1雨水渗漏的机理

解释水的渗漏机理，最清楚的方法是利用火焰这一简单的对比，为了产生火焰，必须要有三个必要的组成部分：即必须有燃料、热和氧气。如果三项缺一则则无火可言。依照完全相同的思路，水的渗漏也必须具有三个要素：即必须有水、开口面积、某种将水穿过开口的力。同样如果这三要素去其一，则渗漏就不可能发生，这是阻止雨水渗漏的关键所在。

3.2.2等压密封原理 等压原理，实际是雨幕和压力平衡体系共同作用

的密封原理。如图3所示，外侧的雨幕主要是阻止雨

水的重力、表面X 力和毛细渗漏。在风雨天气里，当

风雨同时吹来时，外侧雨幕将风和水分开，风通过开

口进入空气间层，使空气间层里的空气压力与外面风

压相等。即使开口部位有雨水，这雨水在自身重力作

用下只能向下淌，而不会流进室内。这就是等压密封

原理。

图3 等压密封原理示意图

3.2.3等压原理在采光顶结构中的应用 3.2.3.1设计铝合金玻璃采光顶必须有专用型材

在1985年承制的铝合金采光顶失败后，经仔细的研究得出的结论是：隐框的采光顶包括雨蓬，面板无论是玻璃、单铝板、铝塑板都容易密封，只要用硅酮耐候密封胶将板块与板块间的缝隙涂好，就可以保证不漏。明框的铝合金玻璃采光顶的密封十分棘手，因铝型材与玻璃两种材料线膨胀系数差的太多。采光顶的造型越来越复杂，产生的结构缝隙有平缝、角缝、对接缝、搭接缝、插接缝，种类繁多。设计结构时每根杆件都不能产生热应力，涂胶设计又不允许造成胶三面粘接，还要考虑内部结露水易于排放。这是用普通型材包括用幕墙系列型材也做不到的事情，必须着手研制开发铝合金采光顶专用型材。

3.2.3.2铝合金玻璃采光顶防雨水渗漏结构设计

经过查阅了各国的采光顶资料，对比分析后，我们开发了一套采光顶专用铝型材。这套型材可满足单坡、人字、圆穹、半球、各种棱锥和塔形采光顶的造型需要。防雨水渗漏采用了等压密封，内部结露水阶梯排放。具体结构见图4所示，这是一个结构较复杂的金字塔型铝合金明框玻璃采光顶：

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图4 玻璃采光顶示意图

风 空气间层