开放式非透光幕墙防水设计与创新实践

开放式非透光幕墙防水设计与创新实践

                             周春花

广东创高幕墙门窗工程有限公司   广东 佛山   528000

摘要：开放式幕墙作为一种现代建筑外墙幕墙系统，通过在幕墙板块与背部空腔间形成有效的空气对流，较传统的打胶密封幕墙在保温隔热的性能上有了显著的提升。此外，开放式幕墙因其结构特点能够最大限度地减少墙体出现结露和发霉的情况，显著提高了外墙的使用耐久性。然而，这一设计同时也伴随着一个显著的问题——更高的渗水风险。因此，本文将讨论开放式非透光幕墙防水设计与创新实践方法。

关键词：开放式非透光；幕墙；防水设计；创新实践

前言：开放式幕墙设计初衷在于创新和提升建筑幕墙技术，通过允许空气流动提升墙体的通透性和环境适应性。它旨在通过自然通风来调节建筑内部的环境质量，同时保持良好的节能效果。而当采取临时打胶密封的措施以应对渗水问题时，就削弱了其保温隔热以及自然通风调节的功能。面对这一难题，建筑设计与工程实施团队需共同寻找有效的解决方案。一方面，可以从材料选择和设计工艺上进行改进，例如使用更高性能的防水材料和改良接缝的设计，以降低渗水的概率；

1. 开放式幕墙防水原理及渗漏原因分析

通常情况下，幕墙的渗水问题需要满足三个主要条件：首先是幕墙的防水层必须有裂缝或者其他形式的可穿透通道存在；其次，这些裂缝处必须有水源供应；第三，需要有一定的力量—比如重力、风力或吸力—推动水穿过这些缝隙进入幕墙内部。如果这三个条件中有任何一个不满足，渗水现象基本上就不会发生。极端天气条件下，如台风等大风暴情况下，这个机制就可能失效了。这时，雨水可能会携带巨大动能，突破“雨幕”直接影响到内侧防水层[1]。因此，内侧防水层必须具备非常强大的防水功能，否则渗水几乎是不可避免的。与使用板缝密封剂等相对简单、质量容易控制的幕墙不同，开放式幕墙内部防水层的密封难度要高得多，这主要因为其独特的结构设计。因为有很多连接件、支座或固定装置会穿过内侧防水层，形成许多小洞。要想让这样一个似乎“漏洞百出”的防水层变得完美无缺，就需要有高水平的施工技术、负责任的施工队伍、严格的检查过程以及全面的水压试验等。
2.开放式幕墙防水及细节设计方法
2.1防止防水层“积水”或排水路径过长

水积累或者复杂长距离的排水路径都可能对幕墙内的防水层构成严峻的挑战。如果施工细节没有做到位或者有所缺陷，就会很容易发生渗水现象。因此，在设计阶段就应该深入考虑这些因素，并采取针对性的设计措施避免这类问题。例如，为了防止雨水沿着建筑立面反流至窗户等部位，可以在设计上加入有效的断水排水系统。这样做可以确保雨水被迅速引导至室外，避免积水或反灌情况的产生。特别是在设计大型开放式幕墙时，建议每隔大约三层楼的高度就设置一个水平截水条。这不仅能促进区域内雨水的快速外排，还有助于未来维护时快速定位泄漏源头。通过将幕墙划分成数个防水单元，这些设计措施显著提升了整个系统的防渗性能，并且使潜在维修更为方便，减少了渗漏风险。
2.2加强空间通风除湿能力

在幕墙设计中，面材与防水层之间留出的空隙，被称为“等压腔”，其宽度至关重要，不应小于20毫米[2]。这一最小宽度标准借鉴了德国的DIN 18516—1999标准，该标准规定了背部通风外墙装饰层的基本要求，以确保幕墙背部通风空间的有效性。这一空间尺寸的设置是基于一个基本原理，即只有足够的空间才能促进空气流动，有效地进行通风和调节压力。在实际的工程应用中，设计师还需要考虑到具体的风环境以及幕墙板材缝隙的具体设计来确定最佳的间隙宽度。此外，幕墙的内侧通常采用刚性防水层来阻挡水分的侵入，但这同时也限制了墙体内部水蒸气和潮气向室外的排放。因此，为了防止潮湿积聚导致的问题，设计时应当考虑如何有效排出这些潮湿气体，确保幕墙内部空间的干燥。合理的设计可以通过设置通风口或采用具有一定透气性能的材料来实现这一点，既保障了幕墙的防水性能，又维护了内部空间的干爽环境，避免了因潮湿而可能引发的结构损伤或其他相关问题。
2.3做好防水板的抗风压设计

开放式的板缝设计意味着幕墙背部的防水层会直接暴露在外界风力之下。特别是在风压较高的区域，若对风力造成的影响考虑不足，风的作用可能会导致内部防水层出现撕裂问题，这将直接引发漏水现象。因此，非常有必要在设计阶段将风荷载的因素考虑进去，确保内侧防水层的材料和结构能够抵抗预计的风荷载。处理这个问题的复杂之处在于内侧防水层遭受的风力作用较为复杂，目前尚无明确的规范或标准化方法来评估或要求其对风荷载的耐受能力。在这种情况下，建议进行专门的实验和技术分析来评估内侧防水层在特定风荷载下的表现，并据此进行设计。如果无法进行这样专项的评估，那么作为一种预防措施，可以考虑选用能够承担与幕墙外部相同风力作用的材料和设计参数，以此作为一种保守但安全的设计方法。这样既可以避免因风力导致的潜在损害，又能确保幕墙系统的整体性能和安全性。

3.开放式幕墙防水设计创新实践

浙江平湖博物馆项目坐落于平湖市市政府的南侧，以其独树一帜的建筑立面吸引人们的目光。建筑的实体部分大量使用了米黄色的人工斧凿带凹槽肌理的石材，厚度介于50到80毫米之间，而这些石材均采用了开放式的幕墙系统进行安装。在幕墙的构造中，设计团队选择了传统的开放式石材幕墙方案：通过在钢框架的外侧铺设一层防水的铝背板，并以从下至上的方式进行防水层的施工和相互搭接；石材板块则通过铝合金挂件，利用穿透防水层的不锈钢螺栓进行固定。此外，幕墙的立柱和横梁连接处或是焊接或是采用钢角码和螺栓连接的方法[3]。
    这种设计在施工的落地执行过程中，遇到了几个不利的问题。首先，钢结构的精度无法满足极高的要求，这意味着一旦防水板被封闭，石材板块就无法进行前后的水平调整，其间的平整性也难以得到有效的控制。每块石材重达80公斤左右，致使安装工作变得异常艰难。其次，防水层需要被数以万计的固定螺栓穿透，这对于防水密封提出了严峻的挑战。防水效果很大程度上取决于安装工人的操作水平，而按照从下往上搭接的施工方式与实际施工条件常常不相符，造成安装效率低下。随着建筑复杂性的增加，这种开放式的幕墙防水设计的可靠性变得极为勉强。
    项目组采取的创新设计措施是，用铝合金横梁来替代传统钢横梁，并将这些铝合金横梁安装在防水层的外侧，将防水铝板直接固定并密封封堵于横梁上。这种设计的明显优势在于，纵向的防水板可以尽可能做得更长，以减少搭接处的胶缝，而且在防水板与横梁的交接部位也能更方便进行有效的密封和质量检查，极大地提高了系统的防水可靠性。石材面板的连接支座直接与外侧的铝合金横梁相连，避免了固定操作对内侧防水层的干扰，且面板精度的调节变得更加容易。铝合金横梁的使用还带来了额外的便利，即可以直接从型材厂运送到施工现场，省去了中间加工的步骤；而且断开部位通过特制的铝合金套芯进行连接，节省了材料运输和二次加工的成本。通过预先在铝合金横梁上设置的螺栓固定槽口，实现了与立柱的快速免焊连接，这不仅提升了安装效率，还确保了龙骨杰出的防腐性能。

结语：与传统的通过打胶密封实现防水的幕墙相比，开放式幕墙在维持外表自洁性、提升板缝处的细节表现以及降低建筑整体能耗方面展现出明显优势。然而，这种设计也更容易让幕墙面临渗漏的风险。在浙江平湖的一个博物馆项目中，针对开放式幕墙的防水问题，项目团队通过创新性地采用铝合金横梁来取代了传统钢制横梁。这种设计把铝合金横梁安装在防水层的外侧，然后将防水铝板直接固定在横梁上并进行了密封处理，有效阻挡了水分的渗透。这一做法不仅显著提升了幕墙的防水性能，还提供了一个值得借鉴的案例，为未来类似项目的防水设计提供了新思路。这种方法通过改进材料使用和结构布局的方式，有效克服了开放式幕墙常见的缺陷，进而保障了建筑的耐久性与功能性。

参考文献：

[1]胡艳娥.幕墙防水技术在超高层建筑中的应用研究[J].陶瓷,2024,(03):171-173.

[2]王双团.高层建筑外装饰工程幕墙防水技术[J].中国建筑装饰装修,2023,(20):106-108.

[3]杨健.开放式非透光幕墙防水设计与创新实践[J].中国建筑防水,2023,(03):37-42.