浅谈单元式幕墙防水设计黄文平

浅谈单元式幕墙防水设计黄文平

黄文平

深圳金粤幕墙装饰工程有限公司广东.深圳518000

摘要：本文结合STY项目单元式幕墙工程实例，从雨幕原理、渗漏三要素和等压腔设计等方面对单元式幕墙防水设计进行分析。

关键词：单元式幕墙；防水设计；排水；雨幕原理；等压腔

1、单元式幕墙防水设计原理

1.1雨幕面的防水

雨幕是指雨水沿建筑雨篷或外檐流下来的雨水界面。这个雨水界面一边是绵绵雨水，另一边却是无水的。没有风或微风时，雨水界面是一个竖直面，见图1。当风力较大且雨水持续时间较长时，雨水将因风力形成斜雨幕，进入雨篷内的范围，见图2。当风力风雨足够大时，雨水会打到建筑墙面上，通过墙面缝隙进入室内。过去，人们会因当地的风雨情况设计屋檐和踢脚，避免雨水直接打到墙体，避免墙体渗水情况。

图2大风时斜雨幕面

经图1与图2比较，除了改变屋檐和踢脚尺寸使雨水不到达墙面外，还能通过减少风的作用，尽可能使雨水竖直留下，也能避免雨水到达墙面。人们将这种设计思路运用到幕墙的防水设计中，即将雨水沿玻璃面流动形成的界面视为雨幕，当雨幕流经接缝时，在雨幕后面的等压腔，与室外空气相通，使雨幕面前后的气压平衡（即减少风的作用），避免雨水因气压差进入幕墙接缝处，从而达到防水效果。这种防水设计概念称为“雨幕原理”。

1.2渗水的三个要素

众所周知，玻璃幕墙发生渗漏须备三个要素：幕墙面上有缝隙、缝隙周围有水、有使水通过缝隙进入幕墙内部的作用。幕墙的缝隙和雨水是无法完全消除的，只能排除或尽量减少作用因素。能导致渗水的作用大致有六种：重力、表面张力、毛细作用、水的动能、气流和压力差。

由于单元板块对接结构需要，在单元板块接缝中部有一个前对接脚，如图3。如果把前对接脚做成透气透水的方式，雨水就会通过前对接脚进入单元体的后壁，渗漏问题必然出现。所以必须把前对接脚做成一道相对密实的防水线（水密线），雨水在对接脚外表面流动，形成一层流水面。当水密线形成后，由于水密线前后出现压力差，较大的压力差和毛细作用将为防水线上毛细缝隙渗水的主要原因。参照雨幕原理，可以通过减少流水面前后的水平作用，使流水面只有重力作用竖向流出幕墙。为此需要设法减少水密线前后的压力差，幕墙防水设计引入“等压腔”概念。

图3一般的单元式方案

1.3等压腔设计

在单元体接缝处水密线完全密封的前提下，设法使水密线后的空腔（后腔）的气压与室外平衡，令水密线前后的压力差减少到一个较低的数值，从而减少雨水的渗入量。使后腔气压与室外相通的设计过程就称为“等压腔设计”。

通常等压腔做法一（直排式）：在单元体水槽料1/4处的前对接脚底部开设长圆孔，在孔后用滤水海绵（可吸水、透水）做防尘封堵。这样，后腔的空气与室外相通，能瞬间与室外气压达到平衡，实现水密线的前后气压差接近零，相当于消除了水密线渗水的主要水平作用，能有效减少雨水的渗透量，少量进入幕墙的水分将通过长圆孔流出后腔，直接排出幕墙外面，如图4。这种做法前后腔压力差最小，但水流量大、风压大的时候也较容易从排水孔（长圆孔）倒灌雨水。

图5等压腔设计二（本项目方案）

通常等压腔做法二（落差排水式）：在单元体水槽料1/4处的前对接脚底部开设长圆孔，通过前对接脚底部设置的暗道（排水、通气孔）与立柱前腔相通，使后腔通过暗道和立柱前腔与下一层单元板块前腔（即下一层室外）连通，使前后腔气压基本达到平衡，减少雨水的渗透量，少量进入幕墙的水分将通过长圆孔→横向暗道（排水小腔）→竖向排水腔→下一层横向批水胶皮→排出幕墙面，如图5。这种做法优点在于不会造成雨水从排水孔倒灌，本工程项目采取这种方案。

图6STY立面图

等压腔设计包括三个方面，一是水密线需要尽可能的密封，尽量的不渗水不漏气；二是需要一个后腔与室外空气平衡的通气口，这个通气口即能使后腔气压与前腔接近，又不会被雨水倒灌；三是需要一个后腔排水口，尽管水密线是尽最大努力密封，但不可能做到绝对没有缝隙，因为水、缝隙和作用都同时出现在水密线上，必然有水渗入水密线，所以需要对后腔的所有连接位进行密封，并组织有效排水。

2、幕墙防水设计实例分析

STY项目工程地处深圳市南山区，地上建筑面积约30万平方米，分为A座塔楼、B座塔楼、裙房三部分，建筑高度为273m（A座塔楼）、245m（B座塔楼）、42.15m（裙房），其中A塔、B塔及裙楼外围都是单元式玻璃幕墙。风荷载：按风动试验报告最大风荷载标准值为4.5KN/㎡，地面粗糙度类别为C类。

南北立面为局部横隐竖明单元式玻璃幕墙，东西立面为竖隐横明单元式玻璃幕墙（见图7）本次以竖隐横明幕墙系统为例，结合上述的设计原理，进一步阐述幕墙防水设计。

图7STY单元式玻璃幕墙标准方案

2.1前腔的防水设计分析

该方案的竖缝是开缝隐框设计（图8），开缝宽度为10mm，按1.1所述毛细作用可以被忽略。缝口处气压与室外平衡，无风时，雨水只受重力作用，在缝口处形成雨幕面，顺着幕墙外立面流下。水槽料上的横向披水胶片将单元体竖缝隔断，使开缝的高度为层高4200mm，分层排水，避免开缝内的水分因下落积聚。

图8前腔防水

竖缝内56mm处设置竖向挡水胶条将前腔分为两部分，当雨滴竖向行程Y为层高4200mm时，水平行程X＝56mm，能刚好到达披水胶条，此时雨滴获得横向动能和势能为最小进缝运动能。若小于此值雨滴没有到达披水胶片便被排出幕墙面。

若竖缝挡水胶条将沿长度布满水滴，将会形成一道雨水的冲刷面，大部分水滴将顺着挡水胶条流到横向批水胶皮上，并排出幕墙面。部分雨水将会渗过挡水胶条进入单元体的前腔，在气流作用下，有机会达到竖料的前对接脚位（水密线上），形成第二道的雨水冲刷面。到达竖向水密线的大部分水顺流而下同样流到横向批水胶皮，并排出幕墙面。

幕墙的横缝外有横向装饰条，阻挡雨水正面进入横缝，装饰条与玻璃面间用密封胶条密封，减少外侧雨水进入前腔，横向装饰条底部开排水孔，此设计避免重力和表面张力作用下水流的进入。也能使横缝前腔的空气与室外空气平衡，气流偏弱时，雨水将从幕墙面流走，不会进入横缝前腔。在遇到强气流时，气流中的小直径水粒将被强气流带入横缝前腔水槽料内。左右单元的水槽料通过披水胶片连成通道，使同层的水槽料连通，流入前腔的少量水分会在水槽料上风干，或从装饰条底部排水孔流出，或流到横缝与竖缝相交处流出。

无装饰条的竖缝是雨水进入的薄弱环节，在正常使用状态下，雨水有机会进入竖缝和横缝，并到达前对接脚处（水密线上）。

2.2水密线的密封设计

水密线的密封设计是整个单元体幕墙防水设计的关键，其密封程度决定整个防水设计的成败。本方案通过铝料对接，由一条穿条式实心胶条和一条穿条式条型胶条，在对接过程中变形，实现封堵密实。见图9。

图9水密线的密封设计

设计“十”字相交位的封堵是重中之重。横梁的水密线与立柱的水密线在同一平面内，横梁立柱拼接方式为横梁贴立柱侧面，立柱在横梁对接脚位置洗掉一个同横梁U型的缺口，用于横梁对接脚配合密封，如图9。在十字缝位置设置插接铝芯套、闭口海绵（不透水）堵住十字缝中间缺口，与水槽料对接脚紧贴，铝芯套周边用硅酮密封胶封堵，起到很好的封堵作用。

通过上述构造设计，单元体前对接脚处的密封完成，能够形成一条相对密闭的防水线。

2.3后腔的防水设计

后腔位于水密线和气密线之间，是室外与室内之间的过渡空间，是一个相对独立的空间。其设计目的是建立一个空腔使其内气压与室外接近，减少水密线前后的气压差，从而减少水分渗过水密线进入后腔。同时，构造成一个由内往外方向的排水坡度将少量进入后腔的水分快速排出室外，避免后腔内的水分流到气密线上，从气密线上渗入室内。其设计要点是，后腔内所有连接缝都必须密封，同时需要一个通道与室外空气连接，但水分不能通过这个通道进入后腔。

如图10，11左右单元体的水槽料通过套芯与密封胶连接起来，使水槽连接相通。与同层的竖缝后腔连通形成倒T型的后空腔。

图10后腔防水

图11后腔排水示意图

为与室外通气排水，本方案在水槽料上增高了一个暗道（排水、均压小腔），后腔水分在重力的作用下通过长圆孔流入暗道，从暗道两端流入竖料，最后从竖料的底部流到单元体前腔，并通过其下一层的披水胶皮流出室外。雨水需要42kPa向上的压强才能进入竖料的顶部，到达水槽料的暗道。在本项目正常使用状态下，最大标准风压为4.5kPa，雨水在此气流推动下，远不能通过此排水道逆流进入等压后腔。

后腔下一层的室外空气能瞬间与后腔体达到平衡，使水密线前后的压力差相当于该层室外气压与相应位置下一层气压的差值。因此实现了减少水分渗入水密线的设计目的。

由于后腔为相对独立空间，进入的气流需要向上爬升竖料，使速度大大减少，因此后腔内为静压平衡，气压对于后腔内的水分的作用为各向相同，没有一个主导的方向，所以水分并不会因此流动，避免水分流到气密线上并渗出。

2.4气密线的密封设计

气密线是后腔的后壁，是单元体的最后一道防线，与室内相连，主要由内横竖料的后接脚组成。气密线主要的作用是防止室外的气流渗入室内，气密线的密封程度直接影响后腔的等压效果，也直接影响幕墙的气密性能和热工性能。所以气密线的密封设计也是单元式幕墙设计中非常重要的环节。

若后腔施工达到设计目的，水分一般不会流到气密线上，有较高气压

差和毛细缝隙不会出渗漏现象。

如图12，气密线由横竖料的后接脚，通过胶条密封连接而成。在水槽料上的后对接脚，因结构需要设计成倒勾型，也有利于防止水分爬升到气密线的胶条连接处，也是有利的防水设计。在十字位连接处，需要在室内的位置按安装工艺注入密封胶进行封堵。在上面单元体安装前对左右水槽料连接处进入注胶密实，并需要做试水实验，无渗漏现象后，方能安装上一层单元体。

图12气密线的密封设计

3、小结

本文介绍了单元式幕墙防水设计的基本原理和依据，包括雨幕原理、渗漏三要素和等压腔设计，对单元式幕墙的水流和气流进行了分析。尽管分析有些粗略，但直观地阐述了单元式幕墙的防水机制。

单元式幕墙通过自然界“雨幕”现象获得防水设计的思路，抓住减少压差（等压）是雨幕原理的基本条件，在单元式幕墙对接缝位建立前后两个等压腔体。

运用开缝设计，使幕墙缝处、幕墙完成面前后气压无区别。在无风时，雨水只在幕墙玻璃面上流动，幕墙玻璃面的位置形成“雨幕”。在微风时，雨水被风压推动进入单元体的前腔，由于挡水条和披水胶片作用，雨水被排出幕墙面外。

在较大风作用时，雨水有机会到达水密线前壁上。设计者设置了与室内密封、与室外间接相通的一个相对密闭的独立后腔体。后腔气体在宏观上是接近静止的，气压与前腔接近，使水密线前后的压力差减少，再一次运用等压原理，使大部分水分停留在水密线前，达到防水的作用。

由于后腔内气体接近静止，越过水密线进入腔体内的水分只受重力作用，由后腔体与室外相连的通道排出。并因排水道为倒L形，能有效防止水分倒流。

单元体后腔内的水分没有受到水平和向上的作用，无法逆流到气密线上。因此，尽管气密线上有细小缝隙，且气压差相当于风压（室内外压差），也不会出现水分渗入室内的现象，从而达到单元式幕墙的防水效果。

参考文献

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[2]张芹.建筑幕墙与采光顶设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2012：640-644.

[3]建筑幕墙GB-T21086-2007.