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幕墙文集
覆水采光顶的防水设计
2018-08-13 17:06:55 来源: 作者: 【 】 浏览:3640次 评论:0

摘要:在采光顶位置做覆水处理,让采光顶不仅具备了采光的功能,同时还能降低能耗、让室内的投影效果更有动感。但是,持续水压的存在,增加了采光顶发生渗漏和玻璃自爆的风险。本文以厦门万象城项目为实例,分析了覆水采光顶的技术处理,重点介绍其防水设计。
关键词:玻璃采光顶;覆水;防水设计;密封胶;多道密封;疏堵结合
作者:章一峰,程智鑫,张光智,王建娇,连成晓,欧阳本文


导语
如何让原本平淡无奇的采光顶增加更多细节和看点,建筑师们做过很多尝试。通过覆水的方式让采光顶不仅具备了采光的功能,同时还能降低能耗、让室内的投影效果更有动感,但也给幕墙设计和施工提出了不少难题。本文以厦门万象城项目为实例,分析了覆水采光顶的技术处理,重点介绍其防水设计。
1 项目概况
厦门万象城项目位于厦门市思明区,幕墙面积约55460m^2,覆水采光顶位于商业裙房中庭位置,玻璃
完成面标高为 24.55 m,覆水深度10cm,面积约390m^2,设计基本风压为 0.8kN/m^2,抗震设防烈度为 7.5度。图 1 所示为总承包单位移交的工作面。


2 钢结构设计
作为整个覆水采光顶支撑系统最基础的部分,钢结构的安全性显得尤为重要。考虑到覆水采光顶的自重因素,在钢结构设计时恒载取值为 1.5 kN/m^2,活载取值为 2.0 kN/m^2,经软件模拟计算,决定钢构主梁采用 50×200×10×24的 Q235B 焊接 H 型钢,次梁为 200×100b 的 Q235B热轧 H 型钢,表面采用热浸镀锌处理,镀锌层厚度不小于 85 μm。本工程跨度较大,主梁通过高强螺栓与埋件连接,埋件采用对穿锚筋与主体结构相连 (图2)。

3采光顶设计
   在解决了采光顶的生根问题后,采光顶设计时还需克服以下问题:
1)避免玻璃在水压下的自爆;
2)采光顶系统的安全性;
3)采光顶系统的防渗漏。
3.1玻璃的自爆问题
   玻璃自爆已然是玻璃幕墙中饱受垢病的话题。一般情况下,玻璃分割越大,自爆率越高。此外,玻璃的自爆与安装间隙也有密切关系。如果安装间隙过小,在外力作用下,极易产生自爆。覆水采光顶的玻璃,由于水压的持续作用,玻璃与结构面之间的间隙几乎可以忽略不计。因此,普通玻璃无法承担覆水采光顶的面板功能。本工程的优势在于,水下玻璃不会因夏季日照与室内形成太大的温差。
   经过多方论证和计算之后,本工程覆水采光顶最终采用了10+1.52SGP+8 ( Low-e) +12A+10+1.52SGP+8双夹胶超白中空玻璃作为面板,这种玻璃包含了4片超白玻璃,而非常见的仅外片玻璃采用超白工艺。超白玻璃良好的透光率能使覆水层的景观透射到室内时没有过多衰减;其低于钢化玻璃的自爆率也能最大程度的降低风险;同时,采用 SGP 胶片能有效结合两片玻璃的整体刚度共同发挥作用,保证采光顶面板的平整性。
3.2 采光顶系统的安全性措施
采光顶系统的安全性由钢结构、幕墙龙骨、幕墙面板等共同发挥作用来实现,任何一个环节出现问题都将导致不可估量的后果。幕墙龙骨生根于钢结构上。采光顶圆心区域挠度最大,为防止其变形,中心部位做预起拱处理,以正圆中轴一分为二向两侧圆弧边形成 1%的高差。
在进行玻璃采光顶设计时,建筑师往往追求更通透的效果,采用更大的玻璃分割尺寸,这必然会增加玻璃的自爆率。同时考虑上述两方面的需求,计算得出本工程最大玻璃分割为 3854 mm×1928 mm (图3)。


同时,与玻璃面板相匹配的龙骨,也需要结合各项工况计算其是否满足受力要求。部分荷载值无法直接获取,如覆水层,通过分析 120 mm 深水的密度与自重提取数据。表 1 为采光顶部位荷载组合情况,可以算出荷载组合作用标准值为 Wkw=3.42 kPa;荷载组合作用设计值为:Wkw=4.58 kPa。


钢梁需同时兼顾排水设计,因此造型设置成枝桠状(图 4),经验算,其水平荷载作用下的弯矩为 1.11kN·m,横梁抗弯强度达 150 MPa。


幕墙龙骨荷载核算时,必须同时考虑采光顶上部清洗、维护等上人集中活荷载的情况。
除了计算面板与龙骨等主要材料的结构安全性外,对压块集中力作用下的应力,单个螺钉的抗拉、抗剪以及结构胶的宽度、厚度等,也要进行仔细验算,为以上辅材的选择提供依据。
3.3 采光顶的防渗漏措施
对于普通采光顶来说,雨水的侵袭并不是持续的,且在自身排水坡的作用下水势呈动态流动,不易长时间在某个点积压,即使有漏水点也不至于存在太大的压力差导致大量渗漏,也不易由于水压将小型漏水点扩大。
但是,对于覆水采光顶来说,积水是长期而持续施压的,所以其最大的隐患就是渗漏问题。且一旦出现渗漏,即使是非常微小的点,也会在持续不断的水压作用下进一步扩大,节点设计时应充分考虑各个漏水点的处理,以及后续施工过程中可能产生的疏忽。
本工程的防水遵循“疏堵结合、多道密封、有序引导”的原则。防水构造示意见图 5。


如图 5 所示,利用双层夹胶中空玻璃“内大外小”的飞边处理,将装饰扣盖处理成与玻璃完成面齐平的形式;同时,为了提升中空玻璃的刚度以及提升螺钉的接触面,在其后方增加了 1 根过桥料。装饰扣盖的顶端设置成凹字形,一方面为螺钉留出精准的空间,另一方面由连续的密封胶(宽度 15 mm)形成密闭的第 1 道防水。
扣盖两侧与第 1 片夹胶玻璃相连的位置均由泡沫棒填充,并填满密封胶(宽度 8 mm);扣盖两侧与第2 片夹胶玻璃相连的位置由三元乙丙胶条密封,形成第 2 道防水。
第 2 片夹胶玻璃与枝桠状幕墙龙骨之间以泡沫棒+密封胶密封,形成第 3 道防水。为避免泡沫棒滑落导致密封胶的移动,在枝桠状幕墙龙骨相应位置增加了 1 条横向的筋,用以承托泡沫棒与密封胶,提升密封效果。
枝桠状幕墙龙骨与第 2 片夹胶玻璃的底口采用三元乙丙胶条密封,形成第 4 道防水。
此外,所有的螺钉孔均抹密封胶密封处理。
本工程通过两道密封胶、两道密封胶条的组合,形成“内外结合、固定与非固定相结合”的工艺,完成了对顶面覆水层的封堵工作。由于外部水压的持续存在,采光顶的排水只能通过内部集水槽集中排水至落水管。根据水量可以将入侵水分为微量水、中量水和大量水,排水处理也有针对性地设置了 3 种排水渠道。
利用枝桠状幕墙龙骨的造型,在第 3 道防水与第4 道防水之间设置 2 个集水槽,水槽深度为 42 mm、宽度为 32 mm。由于采光顶已预起拱 1%的坡度,该水槽在漏水初期可利用高差将室外水有组织地排放至指定位置。
在第 4 道防水的两侧,同样利用枝桠状幕墙龙骨设置了 2 个小型集水槽,水槽深度为 15 mm、宽度为12 mm。该水槽负责将室内侧微量的冷凝水输送至落水管。
此外,在钢结构与幕墙龙骨相连的位置设有 1 个由 2 mm 厚铝单板折弯形成的大型水槽,用于引导排放大量水,水槽深度为 50 mm、宽度为 230 mm。此处部分由螺钉相连的位置,均在螺钉上抹密封胶密封,整体还铺有一层防水硅胶片(图 6)。


采光顶四周采用 1.5 mm 厚弯弧挡水钢板收口,此处的装饰扣盖也同样为弯弧型材,在提单下料时应充分分析二者的半径与弧度,形成严丝合缝的衔接,避免缝隙过大导致密封性不够或缝隙过小导致密封胶的延展性不佳。扣盖与钢板相连部位采用泡沫棒+密封胶密封,并同时在第 3 道防水位置增加 1 块 1.5mm 厚的挡水钢板(图 7)。铝板内侧依然延续主体结构的防水层。


4 小结
与普通采光顶相比,覆水采光顶的设计还需注意以下几点:1)水压持续存在,防水要求更高;2)表面恒荷载应考虑水的自重,且不能仅限于图纸上示意的深度,应留有一定的余量;3)玻璃的防自爆要求更高;4)室内通透性如何保证;5)考虑上人维护清洗时的集中活荷载时,还需要额外增加部分机械设备的集中活荷载。
在采光顶位置做覆水处理,目前在国内应用中还不是太普遍,因此许多经验还是建立在普通采光顶安装的基础上进一步深化的。本工程案采用 4 道封堵、3道排水、1 道挡水结合主体结构防水的工艺,利用设计上的冗余尝试彻底解决覆水采光顶的渗漏水的问题。在实际施工与使用、维护的过程中,必然还会存在出人意料的状况。本工程目前尚处在施工阶段,后续的经验另撰文总结。




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责任编辑:cbs
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