1.研究背景
金屬材料應(yīng)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(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，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(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(yīng)的屋面面積所占比重較大，金屬材料以其輕質(zhì)高強、設(shè)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(yīng)用。
但是由于我國裝配式建筑的系統(tǒng)研究及設(shè)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(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(shè)計中裝配式圍護系統(tǒng)的防水設(shè)計中，應(yīng)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(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，在浸潤情況下液體會沿縫隙上升或滲入，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)試驗得知，接縫的縫隙寬度大于0.5mm時，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，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(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(dāng)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(shè)計缺陷；
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(shè)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(shè)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(shè)計為防水空腔式板型，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(fēng)環(huán)境下宜采用抗風(fēng)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(yīng)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(shè)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(dāng)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(xì)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(shè)置溢流系統(tǒng)即是預(yù)設(shè)第二排水路徑，實際效果顯著。屋面天溝應(yīng)按當(dāng)?shù)夭簧儆?span>30年一遇暴雨強度設(shè)置排水系統(tǒng)，并按更高年限暴雨強度設(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。
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(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(dāng)；
4.金屬板圍護系統(tǒng)防水設(shè)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(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(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(dǎo)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(xì)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(shè)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(shè)計中，風(fēng)荷載是一個極其重要的設(shè)計荷載，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(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)計是不可忽略的重要部分
細(xì)節(jié)設(shè)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(fēng)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(yīng)力通過適當(dāng)?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(yīng)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(xùn)，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(shè)計的原理及設(shè)防技術(shù)，以期通過建筑構(gòu)造層的設(shè)置、材料的選用，提高金屬板圍護系統(tǒng)的防水能力。
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