1.研究背景
金屬材料應用于建筑外圍護系統(tǒng)，可以追溯到羅馬帝國時代，最早耶路撒冷教堂采用了銅屋頂。到了20世紀中葉，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)濟的材料，被廣泛應用于建筑中；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，同時色彩及板型范圍不斷擴大，極大的豐富了建筑的表現(xiàn)力，應用領(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)倉庫、物流建筑、體育場館、會展建筑、商場超市、機場航站樓、火車車站及碼頭等，此類建筑的特點是跨度大、層數(shù)低，相應的屋面面積所占比重較大，金屬材料以其輕質(zhì)高強、設計靈活、色彩豐富、造型獨特、建造成本與施工難度適宜，優(yōu)勢明顯，得以廣泛應用。
但是由于我國裝配式建筑的系統(tǒng)研究及設計規(guī)范欠缺，建筑構(gòu)造簡單，施工水平粗糙，
使得采用金屬板圍護系統(tǒng)的建筑滲漏現(xiàn)象嚴重，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系統(tǒng)繼續(xù)推廣的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2.金屬板圍護系統(tǒng)的防水概念
在建筑設計中裝配式圍護系統(tǒng)的防水設計中，應主要防止兩種水，即圍護系統(tǒng)外部水和圍護系統(tǒng)內(nèi)冷凝水。
2.1防止外部水入侵
建筑圍護系統(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。
圍護系統(tǒng)滲漏現(xiàn)象大部分是由外部水造成的，從圍護系統(tǒng)材料、構(gòu)造、施工工藝等方面完成好圍護系統(tǒng)的密實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，還要防止毛細滲水。
毛細現(xiàn)象是一種物理現(xiàn)象。物體之間細微縫隙與水分子接觸時，在浸潤情況下液體會沿縫隙上升或滲入，縫隙越細，液體上升越高或滲入越深。
金屬板圍護系統(tǒng)存在大量接縫，要想控制毛細水滲入，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)試驗得知，接縫的縫隙寬度大于0.5mm時，一般不再出現(xiàn)毛細滲水的現(xiàn)象。當金屬板之間存在一定的縫隙時，就避免了壓力差和毛細現(xiàn)象，利用雨屏原理構(gòu)造設計的接縫稱之為“壓力平衡縫”或“防水空腔接縫”。搭接構(gòu)造對比見圖1、圖2。
圖1-1在自攻螺釘固定壓型鋼板時，將上下兩塊板緊密壓實，容易出現(xiàn)毛細滲水現(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，圍護系統(tǒng)滲水等現(xiàn)象。產(chǎn)生冷凝水的條件有兩個：溫度、濕度。
產(chǎn)生冷凝水的原因主要是：
濕空氣的露點溫度是判斷是否結(jié)露的重要依據(jù)。如果溫度下降到低于露點溫度時，就會有冷凝水產(chǎn)生。在同一溫度時，相對濕度越高，水蒸氣壓力越大，則露點溫度也越高，越易
結(jié)露。同理，相對濕度相同時，溫度越高，露點溫度也越高，也就容易結(jié)露。
露點溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r候的溫度叫露點溫度。使一個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，測出鏡面平均溫度，即為露點溫度。
空氣結(jié)露的根本原因就是當室內(nèi)空氣溫度降到低于其露點溫度時就會結(jié)露。
3.目前圍護系統(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)生設計缺陷；
金屬板材屋面的排水坡度，應根據(jù)屋面結(jié)構(gòu)形式、材料性能以及當?shù)貧夂驐l件等因素，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟比較后確定。
目前在激烈的市場競爭中，為了節(jié)省原料，一味降低造價，在建筑設計時，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屋面排水設計未考慮地域特征，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)，宜選擇板邊設計為防水空腔式板型，以減少毛細水的滲入；
在室內(nèi)外溫差及濕度較大的地區(qū)，宜加強系統(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)季臺風環(huán)境下宜采用抗風揭能力強的緊固件連接板或360°直立鎖邊板，同時需要在屋面邊角增加和加強固定點的防水措施；
在東北地區(qū)應考慮積雪凍融時的排水措施，宜采用水密性優(yōu)良的360°直立鎖邊板，同時屋面盡量采用長尺整板，減少橫向搭接縫，減少滲漏點。同時盡量不設女兒墻，以避免女兒墻處積雪不化。
3.1.3構(gòu)造層簡單、圍護系統(tǒng)氣密性差、保溫層出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象；
目前市場上常用的金屬板屋面的構(gòu)造過于簡單，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系統(tǒng)最基本的氣密性、水密性要求，當建筑室內(nèi)外溫差及濕度達到一定狀態(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屋面細節(jié)不到位，引發(fā)漏點；
根據(jù)以往經(jīng)驗，金屬板屋面出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，很多是天溝排水口堵塞，天溝設置溢流系統(tǒng)即是預設第二排水路徑，實際效果顯著。屋面天溝應按當?shù)夭簧儆?span>30年一遇暴雨強度設置排水系統(tǒng)，并按更高年限暴雨強度設置溢流系統(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采用伸縮縫處理；不同材料搭接處應采用多道密封膠帶，否則容易出現(xiàn)滲漏點。
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)揮板材的強度，并且能較好的承受平面內(nèi)的剪應力。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，但是抗風揭能力差異較大。
3.2.2板型連接不牢固，施工粗糙，抗風能力差
在風荷載較大的地區(qū)，許多廠房的輕型屋面板由于設計的不合理或施工中不注重連接能力，問題導致被局部或全部掀起，造成了較大的經(jīng)濟和安全問題。
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；
4.金屬板圍護系統(tǒng)防水設計
金屬板圍護系統(tǒng)要滿足防水性能的要求，必須從以下環(huán)節(jié)做起：
4.1完善各個功能層次
圍護系統(tǒng)構(gòu)造功能層次的完整是系統(tǒng)有效運行的基本保證，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：阻止水蒸汽進入保溫層，避免當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、防水透汽功能，將外界水與空氣氣流阻擋在建筑外部，阻止冷風滲透，同時能將室內(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
隨氣流侵入圍護結(jié)構(gòu)的水汽以及冷凝水將嚴重降低保溫層的有效熱阻，從而導致更多的能耗，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
進入建筑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水汽，使保溫層處于潮濕狀態(tài)，導致霉菌形成，從而對建筑質(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
金屬板圍護系統(tǒng)包括材料、板型、構(gòu)造等，金屬板圍護系統(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，滲漏問題就會不可避免的發(fā)生，故及時有效的排除雨水對保證系統(tǒng)防水能力至關(guān)重要。
屋面坡度、板型波高、搭接長度、連接方式、細節(jié)處理等都直接影響系統(tǒng)排水能力，因此對于裝配式圍護系統(tǒng)的防水性能設計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)
在屋面設計中，風荷載是一個極其重要的設計荷載，在風力作用下，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吸力，屋面必將會被掀起而破壞。
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，因此對屋面壓型金屬板進行風荷載作用下的連接受力性能研究是十分必要的。
4.5細節(jié)設計是不可忽略的重要部分
細節(jié)設計包括：節(jié)點處理、天溝檐溝、泛水包角、出屋面構(gòu)件、屋面采光通風節(jié)點等，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，滑動式連接的板型通過滑動式支座，將金屬板的熱脹冷縮平均分配、同步漲縮，使巨大的溫度應力通過適當?shù)闹ё瑒拥靡韵?，不會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
應加強金屬屋面相關(guān)施工工法的研究，對專業(yè)施工人員進行定期培訓，持證上崗，提高施工驗收手段，完善后期維護和保養(yǎng)工作。
5.結(jié)論
本文旨在探討裝配式圍護系統(tǒng)防水設計的原理及設防技術(shù)，以期通過建筑構(gòu)造層的設置、材料的選用，提高金屬板圍護系統(tǒng)的防水能力。
參考文獻：
[1]中國建筑標準設計研究院。防水透氣膜建筑構(gòu)造-特衛(wèi)強防水透汽材料（07CJ09）.北京，2007
[2]《國家建筑材料工業(yè)建筑防水材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心》檢驗報告N0:2010W08081
[3]輕型板材設計手冊編輯委員會編著《輕型板材設計手冊》中國建筑工業(yè)出版社
[4]國家建筑標準設計圖集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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