玻璃采光顶防水防渗漏设计与分析

金颖

摘 要 介绍了玻璃采光顶的发展及现状，阐明了玻璃采光顶防水的关键性和必要性，进而介绍玻璃采光顶的三种基本防水方式，并重点分析了各类玻璃采光顶的防水设计要点。

关键词 玻璃采光顶；防水设计；采光顶找坡；玻璃接缝设计；导水槽设计

0引言

现代建筑中玻璃采光顶的大量应用在给建筑带来感官上开阔体验的同时，玻璃采光顶防水、节能、维护等方面的问题也随之而来。作为位于建筑物最上方的玻璃外围护部分，防水性能无疑是评价一个玻璃采光顶成败的关键因素。本文将从玻璃采光顶的防水方式及其设计要点出发进行分析和总结。

1玻璃采光顶的分类

（1）按造型特征可将玻璃采光顶分为：单坡、双坡、锥形、拱形、球形、双曲起伏形等。

（2）按玻璃面板的支撑形式可分为：1）框架支撑玻璃采光顶：即通过铝合金型材、钢材、木材或者前者之间结合的形式作为玻璃面板的支撑体系，玻璃面板直接固定于支撑框架上的玻璃采光顶形式；2）点支式玻璃采光顶：即通过不锈钢点爪、驳接件将玻璃面板连接固定于下方的支撑结构上，下方的支撑结构又可分为钢结构、索结构、组合结构几类；3）全玻璃结构支撑玻璃采光顶：即将玻璃作为采光顶面板的支撑结构，近似于玻璃肋幕墙的做法，最大限度地提高玻璃采光顶的通透性。

（3）按采光顶表面的形式又可分为：全隐框玻璃采光顶、半隐框玻璃采光顶、全明框玻璃采光顶。

2玻璃采光顶防水的基本方式

玻璃采光顶防水主要通过以下三种方式即——排、堵、导。“排”是利用玻璃采光顶造型形成的坡度，将顶面上的雨水利用重力作用迅速排除的一种方式，雨水排除的速度越快，渗漏的可能性越小。“堵”是采用一些密封材料，达到密封的效果，如密封胶条或者密封胶；对玻璃与杆件之间的缝隙进行堵塞，从而方式渗水。“导”是考虑在出现少量渗透水、冷凝水的情况下，通过在玻璃接缝下方的龙骨端头设置积水槽，将水收集起来，通过次导水方向的龙骨排到主导水方向龙骨，最后到达边部集中排出。

通过分析以上三种方式不难发现，“排”因为利用重力作用，考虑造型找坡，防水效果直接且对玻璃采光顶的造价影响最小，所以在对玻璃采光顶的防水方面，第一考虑要素还是排；“堵”从理想状态来说也是最为直接的防水方式，但由于受变形影响、密封胶性能、打胶环境、施工方法等等因素的影响，密封胶防水往往并不完全可靠；“导”作为一种保险措施被引入其中，除了解决漏水渗水的问题，集水槽还可以解决少量冷凝水的滴落问题。

3玻璃采光顶防水防渗漏设计要点

3.1玻璃采光顶排水坡度的设计

3.1.1确定适宜的排水坡度

雨水的排出需要一定的坡度，权衡考虑进而确定一个合理的排水坡度是非常重要的。坡度在选择方面， 首先要考虑当地的降水量那些，还要结合具体的屋顶形状、尺寸结构等多方面因素，进行综合性考虑。

平面屋顶找坡通常有两种方法：第一种是结构找坡，主要通过屋面梁、结构墙或屋顶钢架相结合而形成的排水坡度，采光顶结构找坡时，坡度应不小于3%；在结构找坡的基础上还应考虑第二种找坡方式即玻璃材料找坡，材料找坡的目的是防止玻璃中心由于挠度变形产生下凹处聚集雨水和污垢。因此当玻璃材料找坡时，坡度应保证玻璃面板中心最大挠度位置无积水，所有雨水均能够顺利排除。

3.1.2合理组织排水系统

确定了合理的排水坡度后，还要确定好排水方向和水流在檐口位置如何排出，是散排还是先汇聚到水沟后再集中排出。根据屋顶的造型，进行区域划分，各个区域都要寻求最短最佳排水途径，这样才能有效保证排水的顺畅。

排水路径规划过程中需要特别注意玻璃采光顶的排水方向应该顺直、无转折；尽可能选择全隐框玻璃采光顶，对于半隐框玻璃采光顶来说排水方向应与装饰扣条的方向一致，从而保证水流能够顺畅、无障碍排出；在设计中应该尽量避免采用全明框玻璃采光顶，因为全明框装饰扣条与排水方向不平行在所难免，如确需采用这种形式时，装饰扣条的高度应尽可能做小，并间隔一定距离设置泄水孔，或是采用假明框的方式即隐框胶缝处间隔挑出连接板，再将装饰扣盖固定到连接板上。这种情况下应保证装饰扣盖与玻璃表面留出足够的空间，避免由于缝隙过小引起异物堵塞影响水流排除（图1，2）。除此之外采光顶的排水组织设计还应与屋面的排水系统相协调。

图1：垂直于排水坡度的明框做法一

图2：垂直于排水坡度的明框做法二

3.2玻璃采光顶的接缝设计

玻璃采光顶的接缝通常采用硅酮耐候密封胶密封，密封胶在采光顶的整个使用全寿命周期中起着至关重要的作用，密封胶一旦失效或产生裂缝将直接引起采光顶漏水及空气渗透。引起密封胶失效破坏的原因是多方面的，接缝处反复伸缩变形、密封胶自身的性能、打胶的厚度以及注胶环境都会对接缝的密封性能产生影响。

3.2.1胶缝宽度设计

玻璃采光顶在使用过程中主要的变形来自于风荷载作用、地震作用以及长年累月的温度变化作用下的变形，这些变形将会直接带来玻璃面板之间的变形。而采光顶作为屋顶直接接受太阳光照射的部分，温度变形的影响最为突出。采光顶接缝主要位于玻璃面板之间，温度变形会对接缝处的密封胶带来反复的拉伸-压缩变形作用，如果接缝设计不能满足各种变形的要求，胶缝就会被撕裂，进而引起渗漏，因此通过计算接缝处的最大变形量从而确定胶缝的宽度至关重要。

玻璃间接缝的最大变形量ΔL可按下式计算：

ΔL=L·α（t_emax-t_emin+Iρ/α_e）

式中：L为玻璃计算长度（mm），取玻璃面板的长边； α为玻璃的线膨胀系数（1/K），取 1×10^-5；t_emax为夏季室外最高计算温度；t_emin为冬季室外最低计算温度；I为太阳辐射照度（W/m²）；ρ为太阳辐射吸收系数，吸热玻璃取 0.64，热反射玻璃取 0.36，白片玻璃取 0.16；α_e为外表面换热系数，取 19.0 W/（m²·K）。

玻璃间接缝的宽度可按下式计算：

胶缝宽度=ΔL/β

式中：β为硅酮密封胶的位移能力。《幕墙玻璃接缝用密封胶》（JC/T 882—2001）规定了密封胶的两个位移能力级别为20 级和 25 级，同一级别又有高模量和低模量产品。由于采光顶不但有水平位移，还有剪切位移，因此要求密封胶具有低模量、高位移的能力，这样它的随从性才好，当有应力或变位产生时，密封胶才能自由伸缩、有效密封。

3.2.2密封胶的选用

密封胶的种类很多，主要有聚丙烯酸脂胶、氯丁胶、聚氨酯胶、硅酮胶等。聚丙烯酸脂密封胶对玻璃附着力差，无法与玻璃之间形成粘结的整体，因此在各种荷载和温度变形作用下，聚丙烯酸脂密封胶与玻璃基材的粘结面会产生破坏，进而失去密封胶的作用；氯丁胶虽然粘接强度高、固化速度快，但是氯丁胶中的有机溶剂挥发过程中会产生有害气体，而且由于打胶后表面发黏容易吸附灰尘，影响美观、不利于自洁；聚氨酯胶强度高，粘结对象广泛，易粘结，不需要对被粘结面进行特殊表面处理，室温固化，固化时会放热。但其最大的缺点是耐高温性较差，普通聚氨酯胶不超过100℃，性能较好的也不过200℃；硅酮耐候密封胶有较强的粘结性能、抗位移能力、耐候抗老化性能和耐温度变化性能，因此幕墙的接缝胶宜选用硅酮耐候密封胶。但同时由于硅酮胶的粘结对象不如聚氨酯胶广，对某些材料不易粘结，因此在使用前需要做粘结相容性测试。

3.2.3硅酮密封胶厚度

一般而言，针对硅酮密封胶的施工厚度，我们建议 6~8mm为宜，太薄了的话，会影响密封的效果和后期铝合金因热胀冷缩产生的拉应力也不利。可能造成渗水；反之，如果太厚，当受到拉力时，很容易被拉断破坏，也可能造成密封和防渗的失效。通常硅酮密封胶的施工宽度与厚度之比为 2∶1。

3.2.4注胶环境清理

一般采光顶的密封注胶均需在室外环境下操作，通常由于现场的注胶条件较差，若施工面清理不到位，胶层的结合面粘有粉尘就会降低胶面附着力，进而影响到材料间的密封程度，留下渗漏隐患。因此密封胶打胶时需要严格遵守以下几点要求：所有基材被粘部分首先应去除保护膜然后进行清洗、除尘、除污；在基材清洗结束后进行底漆处理；接缝处填塞泡沫棒从而防止密封胶三面粘结引起的位移能力下降。以上步骤完成后方可进行密封胶施打。除此之外对于点式玻璃采光顶来说点爪位置的防水密封处理也是至关重要的。

3.3玻璃采光顶的导水槽设计

由于温差的存在，胶缝的温度变形也就无法消除。随着温度的变化，胶缝产生反复收缩拉伸，很容易造成疲劳破坏，因此采光顶胶缝渗透无法绝对避免。因此在采用框架式玻璃采光顶的情况下有必要采取采光顶防水的第三种措施——引，即在采光顶支撑龙骨位置设置有效的排水系统，将外界渗水及室内的结露水及时有组织地引出。通过设置这样的内部导水槽，可使框架式玻璃采光顶的漏水几率降到最低。

内导水槽不宜独立设置，我们通常综合考虑结构功能、造型美观简洁以及排水通畅性，进行合理优化组合利用，并将导水槽与采光顶的骨架型材合二为一。使采光顶的龙骨不仅能够承受自重、风雪、地震荷载，同时还可以将渗入水和冷凝水收集并层层传递，最终导入指定区域排到室外。与其他类型的采光顶相比，框架式玻璃采光顶不仅外观简洁，而且功能更为科学合理，将采光顶从材料层面防水晋升到了结构层面防水。

有了导水槽之后，设置合理的排水体系是此类采光顶防水的又一关键。如果排水体系设计混乱或排水细部处理不当，也将成为渗漏的隐患。通常玻璃胶缝是采光顶防水的薄弱环节，因此在每一道玻璃拼缝下均应设置集水槽，在玻璃与框交接的边缘设置冷凝水槽，并且将主水槽与次水槽相互贯通连成一体。当外界有水渗入或冷凝水滴落时，首先落入水槽内，然后在水槽内汇聚并按照事先规划好的排水路径逐级排出（图3~5）。当遇到胶缝的十字交叉部位时，可将主导水槽的结露层切断，以此断开结露层与次排水槽间的通路，并将次导水槽插入主导水槽内，从而贯通整个排水系统，同时在次导水槽的端部增加一个滴水装置，防止水沿次导水槽底口渗出。导水槽的设计虽然不能从根本上阻断采光顶渗漏，但是相当于给采光顶上了一个保险，通过这些细部的处理，可提高采光顶防水性能并为室内使用带来了更舒适的体验。

图3：玻璃采光顶排水槽设置示意

图4：排水组织示意图一 图5：排水组织示意图二

4结语

建筑行业新技术、新材料、新工艺的不断发展，使得建筑造型变化有了更大的空间和可能性。同时采光顶作为建筑的外围护结构，它的形式也将越来越多样、越来越复杂。以上的技术研究及系统设计均基于理论假设，而理论假设的实现必须依靠技术工人的工艺实现作为保证，两者相辅相成、缺一不可。如何克服环境影响、材料性能不足、施工手段的局限性等因素对采光顶防水的不利影响，在未来仍将是值得设计和施工人员深入思考、探讨的问题。