
一、單元式幕墻概述
單元式幕墻,是指在工廠內將加工好的各種構件和飾面材料組裝成一層或多層樓高的單元板塊,運至工地進行整體吊裝,現場直接掛接的幕墻。它具有高度單元化、模塊化,同時也有加工精度高,安裝便捷,工期短等優點,所以現在大多數超高層建筑廣泛采用這種幕墻形式。
不同于以往的構件式幕墻接縫打膠密封防漏處理,單元式幕墻均通過插接連接,插接位置膠條密封處理,所以它的水密性問題就是一大焦點。實際上在現實工程中也是這樣,由于種種原因,很多單元式幕墻都存在漏水滲水現象。本文試圖就夠影響單元式幕墻防水性能的諸多因素進行分析,為實際的設計施工提供參考。
二、單元式幕墻防水原理分析
說到防水原理,就不能不說“等壓原理”。眾所周知幕墻要產生滲漏現象,必須有三個條件:
(1)幕墻表面上有縫隙;
(2)縫隙周圍有水;
(3)要有使水通過縫隙進入幕墻內部的動力。
這三個必要條件中如果缺少一項滲漏將不會發生。同樣,如果將這三個條件的效應減少到最低程度,則滲漏也可降低到最小程度。在構件式幕墻的設計中,一般采用封堵法防水,即采用密封膠和膠條等密封材料對所有幕墻面上的縫隙進行封堵以達到防水作用,其目的就是消除滲漏必要條件中的縫隙。但這種防水方式并不可靠,它依賴于密封材料的質量壽命、變形能力和相容性、施工條件和施工工藝等等。需要控制的因素非常多,一旦一個環節出了問題,幕墻面沒有縫隙這一點就無法保證,必然也就會導致幕墻滲漏。
而單元式幕墻是通過插接連接,縫隙是客觀存在的,雨水也不可避免,只是通過第三點即使水通過縫隙的動力,也就是壓力差來達到防水目的。這就是所謂的等壓原理。
由此可見消除壓力差是單元式幕墻防水設計的關鍵。如果室內的壓力與室外壓力相等,甚至大于室外壓力,即使有裂縫存在,水分也不會進入幕墻內部。為了達到等壓,我們將部分或所有接縫維持開放,但是等壓腔并不是一個通氣的空間,它必須限制一定范圍的通氣空間,才能有效地產生等壓效應。為了達到完全等壓效應,“等壓腔”內的壓力必須隨時維持大于或等于室外的壓力。
我們知道建筑物表面壓力,因風速隨時的變化,不會永久不變,建筑物愈高愈大,壓力差程度也就愈明顯。接近地面的風壓比高處風壓小,立面中央風壓比角落風壓大,再加上其它因素影響使得等壓效應的設計更加復雜困難。實際上形成等壓腔的條件是比較困難的。因此為最大限度是實現等壓的效果,就就引入了多腔體,多層次的梯次減壓設計方法。
三、構造防水設計

以上為常見的單元式幕墻標準節點。從圖中可以看到單元幕墻由三道膠條密封線構成的多腔體設計。膠條從室外到室內分別為:
(1)塵密線。為阻擋灰塵設計的一道密封線,一般由相鄰單元的膠條相互搭接實現,起到阻擋灰塵的作用,當然大部分的雨水也被阻止。
(2)水密線。它是單元幕墻的重要防線,通過沉密線的少量漏水可以越過這條線,進入單元幕墻的等壓腔,通過合理的結構設計,進入等壓腔的水被有組織的排出,沒有繼續進入室內的能力,達到阻水的目的。有時為了提高幕墻的水密性能,也可能同時設置多道水密線。
(3)氣密線。它也是單元幕墻的重要防線,由于水密線和氣密線之間的等壓腔和室外基本上是相通(有時在連通孔上放置防止灰塵的慮水海棉)的,因此水密線不能阻止空氣的滲透,阻止空氣的滲透任務由最后一道防線——氣密線來完成。
在單元式幕墻中,正是運用了這種多道密封,多腔體分層梯次減壓的構造措施以盡可能的實現雨幕原理,在設計上使等壓腔的壓力等于或接近室外壓力,即水密線兩側的風壓基本相等,消除或減輕了風壓的作用,使水不通過或很少通過塵密線和水密線進入等壓腔。再加上合理的組織排水,使進入等壓腔的水有組織的排出到室外幕墻表面,就不會發生滲漏,從而使單元式幕墻對插部位具有良好的防水能力。
四、有組織的排水設計
在壓力差的作用下,等壓腔不可避免會有水滲進來。這時候如何排水就顯的尤為重要。仍以圖一、圖二的單元幕墻為例,在等壓腔內采用集水槽連接左右幕墻單元,在橫(豎)向接縫的外側設置披水膠條并粘接在上橫梁,避免雨水流入立柱豎腔。同時在上橫梁的水密線插接翅底部位置銑泄水孔并封堵海綿,起到透氣排水的作用。由于等壓腔的外傾形式,滲透水在自重作用下會經由泄水孔流出等壓腔,然后排出到幕墻表面。具體形式如下圖所示。

這是一種最常見的同層排水形式。這種形式構造簡潔,但個人認為缺陷也很明顯。從圖上可以看到水密線上的泄水孔是直通等壓腔。在大風條件下如果塵密線被掀開,必然有大量的水進入濕腔,此時泄水孔雖有海綿封堵,但在大量雨水及壓力差下,難保不逆流而上進入等壓腔,長此作用下必然惡化水密性能。所以經過實踐人們發現可以對上述排水方式的改進,形成更好的排水效果。這就是錯層排水形式。改進后如下圖所示:

錯層排水的方式如圖五中虛線圓圈中顯示,改進主要在上橫梁增加一個橫向排水通道,并在如圖六中橫梁兩端銑排水口,使橫向排水通道與立柱豎向濕腔相通,形成一個獨立的、不受影響的排水通道。這樣的改進后即便在持續的大風條件下,因有橫向排水通道的阻隔作用,雨水進入上橫梁前腔也不會對水密線的泄水孔產生影響,上橫梁等壓腔的水經過橫向排水管道,然后通過立柱前腔排到下一層橫梁,經由批水膠條排出至幕墻外表面,而進入上橫梁前腔的雨水則依舊通過在同層自行排出。
錯層排水的優點還在于改良了水密線泄水孔的工作環境。如圖三所示,同層排水中泄水孔直接與前腔相通而暴露在空氣中,日積月累下進入的灰塵很有可能堵塞泄水孔的慮水海綿,從而造成排水不暢甚至堵塞。而錯層排水因為有橫向排水管的阻隔,灰塵不易直接進入,極大的提高了泄水孔海綿的耐久性。從很多工程應用上看,其效果也在值得肯定和推廣的。
單元式幕墻向來都是一個看似簡單,實則復雜的系統工程。從構造的設計到材料的選擇、從工廠的加工制造到現場的吊裝安裝、從加工設備的優劣到工人的細致水平,任何一個環節都可能影響到幕墻的性能。在各類問題之中,如何防水又是一個核心的話題。所謂的“兵馬未動,糧草先行”,一個優秀的系統設計才是確保工程質量的先導條件。作為技術人員必須對理論有深入的理解,對實踐有充分的認知,才能確保設計作品的合理可行,才能指導加工制作和施工,使其走在正確的道路上。