建筑玻璃采光頂?shù)姆浪畼?gòu)造

1、建筑玻璃采光頂?shù)姆浪畼?gòu)造提要：本文主要闡述了玻璃采光頂防雨水滲漏構(gòu)造和室內(nèi)結(jié)露水排放設(shè)計(jì)的原則。關(guān)鍵詞：陽光效應(yīng)，線膨脹系數(shù)，熱應(yīng)力，完全密封，等壓密封。1 玻璃采光頂?shù)陌l(fā)展玻璃采光頂又稱為玻璃屋頂，它的出現(xiàn)主要是解決建筑的采光問題 ，早期多用于養(yǎng)花溫室、室內(nèi)游泳池的屋頂。追溯起世界上最早采用玻璃面積最大的建筑應(yīng)該是： 1851年倫敦博覽會(huì)時(shí)建的，世稱“水晶宮”的大廈。這十層樓高，占地7.3萬平方米的“水晶宮”，全部采用玻璃預(yù)制件和鋼鐵，僅用4個(gè)月時(shí)間就建成，給世界各國建筑大師以新的啟迪。特別是設(shè)計(jì)建筑的明暗變化時(shí)應(yīng)用越來越多，人們不斷追求陽光下綠色空間的舒適生活條件，也越來越需要，于是造型各

2、異豐富多彩的玻璃采光頂應(yīng)運(yùn)而生。2 早期玻璃采光頂?shù)姆浪缙诓ＡР晒忭敹鄶?shù)被應(yīng)用于溫室和室內(nèi)游泳池等建筑。這些建筑內(nèi)的空氣濕度相當(dāng)大，室內(nèi)結(jié)露水南流北淌的現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，給人們產(chǎn)生了這些建筑不結(jié)露是不可能的印象，只要不漏雨就可以了，于是設(shè)計(jì)采光頂時(shí)重點(diǎn)放在了如何解決雨水滲漏的問題上。早期玻璃采光頂用型鋼作龍骨的較多，圖1就是一個(gè)典型的溫室采光頂結(jié)構(gòu)：當(dāng)時(shí)由于認(rèn)識(shí)的局限性和密封材料的欠缺，玻璃分格都比較小，其主要原因是當(dāng)時(shí)密封玻璃縫只有膩?zhàn)印＿@種桐油和滑石粉合成的膩?zhàn)庸袒蟊容^硬，沒有一點(diǎn)彈性。下面我們可以計(jì)算一下，玻璃板塊長(zhǎng)度1500mm時(shí)與鋼材的膨脹差：采光頂?shù)牟Ａ媸窍蚬獾模Ａ佔(zhàn)釉陉柟庾?/p>

3、外線的照射下，在臭氧的剝蝕、風(fēng)雨的沖刷下，很快就老化產(chǎn)生龜裂，抵抗不了這一年四季大的溫差變化，和一天隨太陽起落陽光效應(yīng)產(chǎn)生的溫度突變。雖然鋼材與玻璃的膨脹差只有0.36mm，但在長(zhǎng)期的交變熱應(yīng)力作用下，膩?zhàn)优c玻璃定會(huì)脫開而產(chǎn)生雨水滲漏。加上當(dāng)時(shí)的玻璃多數(shù)采用4mm厚的，板塊太大承受不了風(fēng)載、雪壓，而且安裝時(shí)還要上人，所以只能作小塊玻璃的采光頂。3 玻璃采光頂防水滲漏設(shè)計(jì)3.1 完全密封式完全密封方法，主要應(yīng)用在隱框采光頂?shù)拿姘彘g縫隙密封。這種密封方法，是在近代出現(xiàn)了硅酮耐侯密封膠之后才得以實(shí)現(xiàn)。完全密封，顧名思義就是用膠完完全全的將縫隙密封。圖2是一個(gè)點(diǎn)式結(jié)構(gòu)玻璃采光頂，玻璃板塊間就是采用的完

4、全密封方法。3.1.1完全密封涂膠寬度的計(jì)算在這種時(shí)刻都變化的交變載荷作用下的膠縫計(jì)算公式：不考慮風(fēng)荷載、地震作用等因素造成的結(jié)構(gòu)位移，涂膠寬度5mm就夠了。3.1.2 選用密封膠的注意事項(xiàng)3.1.2.1 采光頂采用中空玻璃，中空玻璃合片時(shí)必須用中空玻璃結(jié)構(gòu)膠。兩玻璃板塊間的縫隙密封，必須用同一廠家生產(chǎn)配套的硅酮耐侯密封膠。兩種膠必須作相溶性試驗(yàn)，并獲取檢測(cè)合格報(bào)告才允許施工。3.1.2.2采光頂采用鍍膜玻璃或夾膠玻璃時(shí)，密封兩玻璃板塊間的縫隙必須用中性耐侯密封膠，避免與鍍膜和膠片產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。3.2等壓密封原理在采光頂結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用自從鋁合金優(yōu)異的擠壓成型工藝出現(xiàn)，配合性能優(yōu)越的硅酮密封膠，各

5、種造型新穎形態(tài)各異的采光頂開始出現(xiàn)在現(xiàn)代建筑上。由于氟碳漆和各種鍍膜玻璃的應(yīng)用，使采光頂更加璀璨奪目，成為一些建筑不可缺少的主要配置，人們向往的綠色場(chǎng)所?；叵肫?985年，在承制的第一個(gè)玻璃采光頂時(shí)，那種尷尬的場(chǎng)面還歷歷在目。那時(shí)在南方旅游城市簽了一個(gè)花園式賓館的鋁門窗幕墻工程，工程快結(jié)束時(shí)甲方的經(jīng)理一看裝修的很漂亮，非要在主樓的西山墻外加一個(gè)上面有單玻采光頂?shù)牟ＡХ孔?，說是要作咖啡廳。當(dāng)時(shí)沒有玻璃屋頂型材，不能接這樣的活。但該工程的項(xiàng)目經(jīng)理不聽，讓設(shè)計(jì)員現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)，用鋁方管型材作龍骨，用扣座扣條鑲嵌玻璃，所有接縫均涂當(dāng)時(shí)最好的“xm-38”雙組份建筑密封膏，很快就完工了。當(dāng)時(shí)甲方經(jīng)理可樂的不得

6、了，不惜重金進(jìn)行了內(nèi)部豪華裝修，開始營(yíng)業(yè)?？珊镁安婚L(zhǎng)，一進(jìn)入雨季漏的南流北淌，地毯也泡了，玻璃吊燈里灌滿了水，被迫停業(yè)。雨季過后這個(gè)項(xiàng)目經(jīng)理不服氣，硬說工人涂膠質(zhì)量不好才造成漏雨，而后全部將玻璃拆下來，他親自帶人涂膠重裝了一遍，結(jié)果還是以失敗而告終。所以在80年代設(shè)計(jì)員造成了見“頂”生危的毛病。3.2.1雨水滲漏的機(jī)理解釋水的滲漏機(jī)理，最清楚的方法是利用火焰這一簡(jiǎn)單的對(duì)比，為了產(chǎn)生火焰，必須要有三個(gè)必要的組成部分：即必須有燃料、熱和氧氣。如果三項(xiàng)缺一則無火可言。依照完全相同的思路，水的滲漏也必須具有三個(gè)要素：即必須有水、開口面積、某種將水穿過開口的力。同樣如果這三要素去其一，則滲漏就不可能發(fā)生

7、，這是阻止雨水滲漏的關(guān)鍵所在。3.2.2等壓密封原理等壓原理，實(shí)際是雨幕和壓力平衡體系共同作用的密封原理。如圖3所示，外側(cè)的雨幕主要是阻止雨水的重力、表面張力和毛細(xì)滲漏。在風(fēng)雨天氣里，當(dāng)風(fēng)雨同時(shí)吹來時(shí)，外側(cè)雨幕將風(fēng)和水分開，風(fēng)通過開口進(jìn)入空氣間層，使空氣間層里的空氣壓力與外面風(fēng)壓相等。即使開口部位有雨水，這雨水在自身重力作用下只能向下淌，而不會(huì)流進(jìn)室內(nèi)。這就是等壓密封原理。3.2.3等壓原理在采光頂結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 3.2.3.1設(shè)計(jì)鋁合金玻璃采光頂必須有專用型材在1985年承制的鋁合金采光頂失敗后，經(jīng)仔細(xì)的研究得出的結(jié)論是：隱框的采光頂包括雨蓬，面板無論是玻璃、單鋁板、鋁塑板都容易密封，只要用硅

8、酮耐候密封膠將板塊與板塊間的縫隙涂好，就可以保證不漏。明框的鋁合金玻璃采光頂?shù)拿芊馐旨郑蜾X型材與玻璃兩種材料線膨脹系數(shù)差的太多。采光頂?shù)脑煨驮絹碓綇?fù)雜，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)縫隙有平縫、角縫、對(duì)接縫、搭接縫、插接縫，種類繁多。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)每根桿件都不能產(chǎn)生熱應(yīng)力，涂膠設(shè)計(jì)又不允許造成膠三面粘接，還要考慮內(nèi)部結(jié)露水易于排放。這是用普通型材包括用幕墻系列型材也做不到的事情，必須著手研制開發(fā)鋁合金采光頂專用型材。3.2.3.2鋁合金玻璃采光頂防雨水滲漏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)過查閱了各國的采光頂資料，對(duì)比分析后，我們開發(fā)了一套采光頂專用鋁型材。這套型材可滿足單坡、人字、圓穹、半球、各種棱錐和塔形采光頂?shù)脑煨托枰?。防雨水滲

9、漏采用了等壓密封，內(nèi)部結(jié)露水階梯排放。具體結(jié)構(gòu)見圖4所示，這是一個(gè)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的金字塔型鋁合金明框玻璃采光頂：圖4 玻璃采光頂示意圖圖5 等壓通道示意圖由節(jié)點(diǎn)和圖都可以看到帶齒形的玻璃壓板型材與護(hù)邊型材的裝配情況。這兩種型材在裝配前加工時(shí)，每間隔300mm長(zhǎng)就各掉120mm的耦合齒，形成等壓通道。這類通道開口尺寸一定不能小于6mm（如圖5），以保證在大雨時(shí)不能被水膜蓋住而形成壓差或產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象。節(jié)點(diǎn)是金字塔采光頂?shù)睦饩€剖面圖，這四條棱線延伸到護(hù)邊型材頭部的開口是與室外相通的。這又形成了四點(diǎn)通道口。節(jié)點(diǎn)兩側(cè)玻璃壓板與兩邊護(hù)邊型材一樣也各開有相同的通道，這樣將圖、所有等壓腔都可連通，所有型材桿件上部

10、都有與等壓通道相通的等壓腔，形成了連通等壓網(wǎng)。當(dāng)風(fēng)雨吹向采光頂時(shí)，玻璃壓板起到雨幕的作用，將風(fēng)與雨水分離。風(fēng)由四邊壓板和棱線的等壓通道口進(jìn)入等壓網(wǎng)，使網(wǎng)中的氣壓與外界平衡。采光頂壓板處即使膠涂的不好也不會(huì)產(chǎn)生大的滲漏，就是滲漏進(jìn)等壓腔雨水也可從第二道防線的等壓通道口排出室外，從而保證了玻璃采光頂?shù)挠晁疂B漏性能。4.玻璃采光頂結(jié)露水的排放設(shè)計(jì)4.1 滾水斜度在設(shè)計(jì)采光頂時(shí)的外部滾水斜度不能小于2，流水方向遇到突出玻璃表面較大的障礙物還要作馬鞍分水，以便產(chǎn)生流水死角造成排水不暢。采光頂內(nèi)部結(jié)露水的滾水斜度不允許小于12，在洗澡的浴池里經(jīng)常往身上滴落冷凝水的地方，上面結(jié)露處肯定不大于12，這是由水分子在光滑的玻璃表面相互間的引力所決定的。所以在設(shè)計(jì)采光頂時(shí)玻璃的面角絕對(duì)不能小于12，否則，有再好的排結(jié)露水結(jié)構(gòu)，結(jié)露水也照樣滴落。4.2 型材對(duì)接縫的密封有的采光頂防雨水滲漏、排結(jié)露水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相當(dāng)合理，可做成采光頂后仍然漏了個(gè)一塌糊涂，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)是型材接縫處漏水，拆開仔細(xì)一看型材端面切的不垂直，還有毛碴，就是型材端面涂膠后再組合也不能保證不滲水。所以采光頂結(jié)構(gòu)型材對(duì)接的端頭加工一定要細(xì)心把關(guān)：一是角度要準(zhǔn)確；二是要平整光滑。組裝時(shí)，在型材端先粘上用熱熔丁基膠浸過的厚紙墊，以吸收加工偏差，也利于熱應(yīng)