1.研究背景
金屬材料應(yīng)用于建筑外圍護(hù)系統(tǒng),可以追溯到羅馬帝國(guó)時(shí)代,最早耶路撒冷教堂采用了銅屋頂。到了20世紀(jì)中葉,隨著鍍鋅鋼板及鍍鋁鋅鋼板的大量生產(chǎn),使金屬板材成為一種非常經(jīng)濟(jì)的材料,被廣泛應(yīng)用于建筑中;近年來金屬板材表面涂層技術(shù)的提高和發(fā)展,使得其耐久性及耐候性得到增強(qiáng),同時(shí)色彩及板型范圍不斷擴(kuò)大,極大的豐富了建筑的表現(xiàn)力,應(yīng)用領(lǐng)域更加寬廣。
金屬板建筑構(gòu)造屬于典型的裝配式圍護(hù)系統(tǒng),通常用于結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)建筑與民用建筑,主要包括生產(chǎn)廠房、工業(yè)倉(cāng)庫(kù)、物流建筑、體育場(chǎng)館、會(huì)展建筑、商場(chǎng)超市、機(jī)場(chǎng)航站樓、火車車站及碼頭等,此類建筑的特點(diǎn)是跨度大、層數(shù)低,相應(yīng)的屋面面積所占比重較大,金屬材料以其輕質(zhì)高強(qiáng)、設(shè)計(jì)靈活、色彩豐富、造型獨(dú)特、建造成本與施工難度適宜,優(yōu)勢(shì)明顯,得以廣泛應(yīng)用。
但是由于我國(guó)裝配式建筑的系統(tǒng)研究及設(shè)計(jì)規(guī)范欠缺,建筑構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工水平粗糙,
使得采用金屬板圍護(hù)系統(tǒng)的建筑滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重,使用中出現(xiàn)很多安全問題,因此提高防水性能是金屬板圍護(hù)系統(tǒng)繼續(xù)推廣的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2.金屬板圍護(hù)系統(tǒng)的防水概念
在建筑設(shè)計(jì)中裝配式圍護(hù)系統(tǒng)的防水設(shè)計(jì)中,應(yīng)主要防止兩種水,即圍護(hù)系統(tǒng)外部水和圍護(hù)系統(tǒng)內(nèi)冷凝水。
2.1防止外部水入侵
建筑圍護(hù)系統(tǒng)首先要防止系統(tǒng)外部水的侵入,系統(tǒng)外部水包括:雨水、積雪融化水等。
圍護(hù)系統(tǒng)滲漏現(xiàn)象大部分是由外部水造成的,從圍護(hù)系統(tǒng)材料、構(gòu)造、施工工藝等方面完成好圍護(hù)系統(tǒng)的密實(shí)性是保障防水性能最為關(guān)鍵的一步。
防外部水除了要防止淋水,還要防止毛細(xì)滲水。
毛細(xì)現(xiàn)象是一種物理現(xiàn)象。物體之間細(xì)微縫隙與水分子接觸時(shí),在浸潤(rùn)情況下液體會(huì)沿縫隙上升或滲入,縫隙越細(xì),液體上升越高或滲入越深。
金屬板圍護(hù)系統(tǒng)存在大量接縫,要想控制毛細(xì)水滲入,就必須合理控制板縫的尺寸,控制了板縫尺寸也就是消除了縫隙內(nèi)外兩側(cè)的壓力差,也就是“雨屏原理”。
根據(jù)試驗(yàn)得知,接縫的縫隙寬度大于0.5mm時(shí),一般不再出現(xiàn)毛細(xì)滲水的現(xiàn)象。當(dāng)金屬板之間存在一定的縫隙時(shí),就避免了壓力差和毛細(xì)現(xiàn)象,利用雨屏原理構(gòu)造設(shè)計(jì)的接縫稱之為“壓力平衡縫”或“防水空腔接縫”。搭接構(gòu)造對(duì)比見圖1、圖2。
圖1-1在自攻螺釘固定壓型鋼板時(shí),將上下兩塊板緊密壓實(shí),容易出現(xiàn)毛細(xì)滲水現(xiàn)象。而圖1-2,在板搭接之處,上下兩塊板壓出不同形狀,產(chǎn)生空腔,有效防止毛細(xì)滲水。
2.2防止內(nèi)部冷凝水
系統(tǒng)冷凝水,俗稱“結(jié)露”,表現(xiàn)為在圍護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)水跡甚至水珠,系統(tǒng)內(nèi)保溫層浸濕、發(fā)霉,圍護(hù)系統(tǒng)滲水等現(xiàn)象。產(chǎn)生冷凝水的條件有兩個(gè):溫度、濕度。
產(chǎn)生冷凝水的原因主要是:
濕空氣的露點(diǎn)溫度是判斷是否結(jié)露的重要依據(jù)。如果溫度下降到低于露點(diǎn)溫度時(shí),就會(huì)有冷凝水產(chǎn)生。在同一溫度時(shí),相對(duì)濕度越高,水蒸氣壓力越大,則露點(diǎn)溫度也越高,越易
結(jié)露。同理,相對(duì)濕度相同時(shí),溫度越高,露點(diǎn)溫度也越高,也就容易結(jié)露。
露點(diǎn)溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下,冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說,就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。使一個(gè)鏡面處在采樣濕空氣中降溫,直到鏡面上隱現(xiàn)露滴(或冰晶)的瞬間,測(cè)出鏡面平均溫度,即為露點(diǎn)溫度。
空氣結(jié)露的根本原因就是當(dāng)室內(nèi)空氣溫度降到低于其露點(diǎn)溫度時(shí)就會(huì)結(jié)露。
3.目前圍護(hù)系統(tǒng)防水性能分析
3.1因構(gòu)造問題引起的防水問題
3.1.1屋面坡度過緩,產(chǎn)生設(shè)計(jì)缺陷;
金屬板材屋面的排水坡度,應(yīng)根據(jù)屋面結(jié)構(gòu)形式、材料性能以及當(dāng)?shù)貧夂驐l件等因素,經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后確定。
目前在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,為了節(jié)省原料,一味降低造價(jià),在建筑設(shè)計(jì)時(shí),盡可能減小房屋坡度,甚至有的低于1/20,極易產(chǎn)生積水,造成房屋漏水。
常用金屬屋面的坡度,見表3-1
3.1.2屋面排水設(shè)計(jì)未考慮地域特征,造成防水缺陷;
在南方暴雨環(huán)境下,屋面宜采用大坡度、板型宜選用高波板系統(tǒng);
在梅雨較多的地區(qū),宜選擇板邊設(shè)計(jì)為防水空腔式板型,以減少毛細(xì)水的滲入;
在室內(nèi)外溫差及濕度較大的地區(qū),宜加強(qiáng)系統(tǒng)的氣密性水密性,以防止系統(tǒng)內(nèi)部冷凝水的產(chǎn)生;
在沿海地區(qū)季臺(tái)風(fēng)環(huán)境下宜采用抗風(fēng)揭能力強(qiáng)的緊固件連接板或360°直立鎖邊板,同時(shí)需要在屋面邊角增加和加強(qiáng)固定點(diǎn)的防水措施;
在東北地區(qū)應(yīng)考慮積雪凍融時(shí)的排水措施,宜采用水密性優(yōu)良的360°直立鎖邊板,同時(shí)屋面盡量采用長(zhǎng)尺整板,減少橫向搭接縫,減少滲漏點(diǎn)。同時(shí)盡量不設(shè)女兒墻,以避免女兒墻處積雪不化。
3.1.3構(gòu)造層簡(jiǎn)單、圍護(hù)系統(tǒng)氣密性差、保溫層出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象;
目前市場(chǎng)上常用的金屬板屋面的構(gòu)造過于簡(jiǎn)單,通常只有金屬面板、保溫層(含鋁箔貼面)、金屬底板。這樣的構(gòu)造無法滿足裝配式圍護(hù)系統(tǒng)最基本的氣密性、水密性要求,當(dāng)建筑室內(nèi)外溫差及濕度達(dá)到一定狀態(tài),系統(tǒng)內(nèi)即發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象,產(chǎn)生冷凝水。
3.1.4屋面細(xì)節(jié)不到位,引發(fā)漏點(diǎn);
根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),金屬板屋面出現(xiàn)漏水現(xiàn)象,很多是天溝排水口堵塞,天溝設(shè)置溢流系統(tǒng)即是預(yù)設(shè)第二排水路徑,實(shí)際效果顯著。屋面天溝應(yīng)按當(dāng)?shù)夭簧儆?span>30年一遇暴雨強(qiáng)度設(shè)置排水系統(tǒng),并按更高年限暴雨強(qiáng)度設(shè)置溢流系統(tǒng)。金屬板屋面的天溝、檐口、異性板、泛水板等構(gòu)造部位的溫度變形應(yīng)采用伸縮縫處理;不同材料搭接處應(yīng)采用多道密封膠帶,否則容易出現(xiàn)滲漏點(diǎn)。
3.2因板型問題引起的防水問題
3.2.1板型選擇考慮不周;
通過緊固件連接的板和板之間通過自攻螺釘相連,連接性能可靠,,能較好地發(fā)揮板材的強(qiáng)度,并且能較好的承受平面內(nèi)的剪應(yīng)力。但這樣的連接也存在一些問題:自攻螺絲暴露在外面,
容易生銹,影響美觀;密封膠老化,出現(xiàn)漏水。
而通過卡扣或咬邊連接的壓型鋼板,由于連接支架是隱蔽的,較好得解決了屋面漏水的問題,但是抗風(fēng)揭能力差異較大。
3.2.2板型連接不牢固,施工粗糙,抗風(fēng)能力差
在風(fēng)荷載較大的地區(qū),許多廠房的輕型屋面板由于設(shè)計(jì)的不合理或施工中不注重連接能力,問題導(dǎo)致被局部或全部掀起,造成了較大的經(jīng)濟(jì)和安全問題。
3.3因材料變化引起的防水問題
3.3.1構(gòu)造處理未考慮金屬材料脹縮特性,引起連接部位點(diǎn)變形,引發(fā)滲漏;
3.3.2因板材基板、鍍層等厚度過薄,使得耐腐蝕能力降低,穿孔處易銹蝕滲漏;
3.3.3密封材料選擇不當(dāng);
4.金屬板圍護(hù)系統(tǒng)防水設(shè)計(jì)
金屬板圍護(hù)系統(tǒng)要滿足防水性能的要求,必須從以下環(huán)節(jié)做起:
4.1完善各個(gè)功能層次
圍護(hù)系統(tǒng)構(gòu)造功能層次的完整是系統(tǒng)有效運(yùn)行的基本保證,系統(tǒng)構(gòu)造主要由防水層、防水透汽層、保溫層、隔汽層、基礎(chǔ)底板構(gòu)成。
上述構(gòu)造層中,隔汽層與防水透汽層都是極為重要的構(gòu)造層次。
隔汽層:阻止水蒸汽進(jìn)入保溫層,避免當(dāng)保溫材料含水率增加后熱阻下降以及結(jié)露現(xiàn)象。
防水透汽層:具有防風(fēng)、防水透汽功能,將外界水與空氣氣流阻擋在建筑外部,阻止冷風(fēng)滲透,同時(shí)能將室內(nèi)及墻體中的潮汽排到室外。
屋面系統(tǒng)構(gòu)造見圖4-1 ,墻面系統(tǒng)構(gòu)造見圖4-2。
4.2加強(qiáng)系統(tǒng)氣密性、水密性要求
系統(tǒng)氣密性、水密性的完善能有效的保證系統(tǒng)耐久性、減少建筑能耗、提高建筑的舒適度。
4.2.1保證建筑耐久性
隨氣流侵入圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水汽由高溫側(cè)向低溫側(cè)遷移,通常在保溫層處積聚(玻璃棉卷氈類材料尤為明顯),形成水汽凝結(jié),在溫差作用下發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象,產(chǎn)生冷凝水,加速建筑材料老化、鋼材銹蝕、產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象等,從而對(duì)建筑的耐久性產(chǎn)生影響。
4.2.2減少建筑能耗
隨氣流侵入圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水汽以及冷凝水將嚴(yán)重降低保溫層的有效熱阻,從而導(dǎo)致更多的能耗,提高系統(tǒng)的密閉性,可以有效降低建筑能耗。
4.2.3提高建筑舒適性
進(jìn)入建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水汽,使保溫層處于潮濕狀態(tài),導(dǎo)致霉菌形成,從而對(duì)建筑質(zhì)量造成影響,提高系統(tǒng)的密閉性,可以有效提高建筑舒適性。
4.3完善系統(tǒng)概念
金屬板圍護(hù)系統(tǒng)包括材料、板型、構(gòu)造等,金屬板圍護(hù)系統(tǒng)構(gòu)造屬于構(gòu)造排水系統(tǒng),尤其是屋面;其防水性能首先是通過快速排除雨水來解決,如果雨水不能迅速排除,滲漏問題就會(huì)不可避免的發(fā)生,故及時(shí)有效的排除雨水對(duì)保證系統(tǒng)防水能力至關(guān)重要。
屋面坡度、板型波高、搭接長(zhǎng)度、連接方式、細(xì)節(jié)處理等都直接影響系統(tǒng)排水能力,因此對(duì)于裝配式圍護(hù)系統(tǒng)的防水性能設(shè)計(jì)必須從多方面綜合考慮,做到以排為主、防排結(jié)合。
4.4采用可靠安全的連接技術(shù)
在屋面設(shè)計(jì)中,風(fēng)荷載是一個(gè)極其重要的設(shè)計(jì)荷載,在風(fēng)力作用下,屋面常受到很大的吸力,如果自重等荷載的作用不足以抵抗風(fēng)吸力,屋面必將會(huì)被掀起而破壞。
壓型金屬板屋面通??缍瘸^6m,鋼板厚度小于0.8mm,結(jié)構(gòu)自重輕,因此對(duì)屋面壓型金屬板進(jìn)行風(fēng)荷載作用下的連接受力性能研究是十分必要的。
4.5細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)是不可忽略的重要部分
細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)包括:節(jié)點(diǎn)處理、天溝檐溝、泛水包角、出屋面構(gòu)件、屋面采光通風(fēng)節(jié)點(diǎn)等,這些部位多是不同材料的結(jié)合部,滲漏問題非常難解決。
金屬材料在大溫差情況下的熱脹冷縮是不可避免的客觀規(guī)律,滑動(dòng)式連接的板型通過滑動(dòng)式支座,將金屬板的熱脹冷縮平均分配、同步漲縮,使巨大的溫度應(yīng)力通過適當(dāng)?shù)闹ё瑒?dòng)得以消除,不會(huì)將板塊擠壓變形或拉裂;保證整體系統(tǒng)在使用過程中安全地工作,是值得推薦的板型。
4.6施工質(zhì)量是系統(tǒng)性能保證的關(guān)鍵
應(yīng)加強(qiáng)金屬屋面相關(guān)施工工法的研究,對(duì)專業(yè)施工人員進(jìn)行定期培訓(xùn),持證上崗,提高施工驗(yàn)收手段,完善后期維護(hù)和保養(yǎng)工作。
5.結(jié)論
本文旨在探討裝配式圍護(hù)系統(tǒng)防水設(shè)計(jì)的原理及設(shè)防技術(shù),以期通過建筑構(gòu)造層的設(shè)置、材料的選用,提高金屬板圍護(hù)系統(tǒng)的防水能力。
參考文獻(xiàn):
[1]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院。防水透氣膜建筑構(gòu)造-特衛(wèi)強(qiáng)防水透汽材料(07CJ09).北京,2007
[2]《國(guó)家建筑材料工業(yè)建筑防水材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心》檢驗(yàn)報(bào)告N0:2010W08081
[3]輕型板材設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì)編著《輕型板材設(shè)計(jì)手冊(cè)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社
[4]國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集06J925-1~3《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造(一)~(三)》
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