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【鲁班奖】沈阳文化艺术中心“巨钻”形玻璃采光顶的防水设计

2018年11月30日 热度:837 ℃

导语:沈阳文化艺术中心“巨钻”工程系采用大面积玻璃采光顶作为屋盖结构的建筑,大面采用玻璃采光顶和蜘蛛人挂点增加了发生渗漏的几率。该项目在防水设计上遵循“顺向找坡、外堵内疏”的理念,施工时严格控制切割面的平整度、精细施胶,彻底消除了重力作用下挠曲凹变引起积水的可能,取得了较好的防水效果。

作者单位:沈阳远大企业集团

来源:《中国建筑防水》2016年第15期

玻璃采光顶因其良好的透光和透视性能,被越来越多的现代建筑所采用。从本质上讲,玻璃采光顶是以玻璃面板与支撑体系组成的、与水平面夹角小于75°的围护和装饰性结构,是直接的受雨面,必须具有传统屋面同样效果的防水功能。实际工程中,玻璃采光顶一般都位于建筑屋顶的某一区域,覆盖面积往往很小,却仍有一些工程出现了渗漏水现象。对于大面积采用玻璃采光顶作为屋盖结构的建筑来说,这种渗漏隐患就显得格外突出,且亟待解决。本文以沈阳文化艺术中心为例,介绍以大面积玻璃采光顶作为屋盖结构建筑的防水设计及施工要点。

【工程概况】

沈阳文化艺术中心位于沈阳市五爱浑河隧道以西,青年大街以东,浑河北岸,沈水路(南二环路)以南。总建筑面积约8.5万 m2,地下1 层,地上 7层,建筑最高点高60.211m。建筑外形酷似一颗巨大的钻石,“巨钻”拥有64个切割面,每个切割面由400块三角形玻璃板组成,共用了25 600块玻璃。玻璃面积达3万 m2,其中最大的三角区玻璃面积达1 231 m2。“钻面”采用四层双中空夹胶钢化玻璃,以增加“钻石”的闪亮度,使“巨钻”看起来更加通透美观。

沈阳文化艺术中心于2014年竣工并投入使用,并荣获了2014—2015年度国家建设工程鲁班奖。

【工程渗漏风险分析】

1)雨水流淌性相对较差,且直接受雨面过大

“巨钻”外围护结构全部采用隐框式玻璃幕墙形式,其64个切割面中有45个切割面与水平面的夹角都小于75°,且均为直接受雨面,比例高达75%,总面积超过22 000 m2,属于大面积玻璃采光顶作为屋盖结构的建筑。与普通垂直立面幕墙相比,玻璃采光顶的雨水流淌性相对较差,发生渗漏的可能性更高;切割面施工完成后,其本身中部也很有可能出现挠曲凹变,使积水成为可能,增加渗漏风险。如此大面积地采用玻璃采光顶形式,使渗漏发生的几率成倍增加。

2)蜘蛛人挂点设置增加渗漏隐患

“巨钻”外部为一个隐框式的玻璃罩,且高度达60 m,清洗就成了该项目急需解决的技术难题。本工程的处理方法是,在玻璃罩外侧每个切割面转角位置设置蜘蛛人挂点,并穿过玻璃接缝直接连接到内部的支撑体系上。该挂点按4 m间距设置,整个建筑的蜘蛛人挂点数量达400多个,每一个挂点都有可能成为一个雨水渗漏点。

【针对性的防水设计】

该工程的防水设计遵从了玻璃采光顶水密性设计的基本原则,并着重针对以上提出的渗漏风险给出了解决方案。外部雨水的有效排放通常要注意两点,一是受雨面的坡度,二是是否有阻碍水流动的堤坝效应。

顺向找坡原则:按有利于排水的方向设置一定的坡度,让雨水的重力发挥作用,加快流淌速度,防止积水现象。一般情况下,排水坡度要求必须在3%以上。本工程“巨钻”所有直接受雨的切割面倾斜角度均大于此坡度,有的甚至趋近于垂直立面。

防止堤坝效应:有些玻璃采光顶虽然设计了排水坡度,但由于其他错误性设计,如加了垂直流淌方向的横向装饰物,或因支撑构件挠度过大而导致中部挠曲凹变,就产生了堤坝效应,不但阻碍了雨水的排放,也使大量存水或积水成为可能。本工程“巨钻”表面全部采用隐框玻璃幕墙形式,没有阻挡雨水流动的装饰构件;采用大截面铝合金型材作为主受力支撑框架,保证支撑构件具有足够的强度和刚度,确保玻璃安装后不产生挠曲,遇雨后没有堤坝效应,不存水、不积水。

主受力铝合金龙骨节点

接缝密封及内部排水设计

本工程的接缝密封设计采用了双层密封设计,即在接缝处上下各打一层密封胶,形成双道屏障。由于“巨钻”采用了双中空夹胶玻璃,玻璃接缝深度达到了65 mm,也保证了双层密封构造的实施。

玻璃接缝的双层密封设计

本工程全部切割面都采用三角玻璃,而且各切割面的倾角均不相同,各个面的玻璃接缝方向也都不一样。当接缝凹陷时,所有与流水方向垂直的接缝就都有可能产生堤坝效应,形成积水。因此,本工程所有玻璃接缝均采用凸胶设计。这种设计还可以吸收胶固化后的塌陷变形,完全杜绝接缝由于内凹可能存水的现象。

玻璃接缝的凸胶设计

按照以上的接缝设计,并经过现场淋水试验,理论上可以杜绝漏水现象;而且,本工程采用了四层双中空夹胶玻璃,也不会出现室内结露问题。但是,为了保险起见,还是设计了“内疏”措施,通过铝合金龙骨的集水槽来实现接“水”,以次受力铝合金龙骨做支流汇聚、以主受力铝合金龙骨为主流集中排放,最终采用软管通过切割面转折处最低点位置排出室外。

主、次龙骨交汇密封及排水节点平视图

蜘蛛人挂点的密封设计

本工程中蜘蛛人挂点的支杆穿过了玻璃的接缝,而且建筑清洗时蜘蛛人会对其产生外力和振动,极有可能造成周边密封胶的撕裂,导致渗漏发生。首先,采用Φ40 mm的实心圆钢杆,保证密封胶在蜘蛛人外力作用下不被撕裂。在此基础上,仍需对挂点进行可靠的密封设计。蜘蛛人挂点位于两个切割面的转角位置,该位置采用3 mm厚不锈钢板内置保温材料进行收口处理,蜘蛛人挂点支杆从其中穿出。考虑到不锈钢板太薄,且支杆与保温材料也无法实现密封,同时采用了“套管封盖”的密封方式。

蜘蛛人挂点支杆的密封设计

【后记】

沈阳文化艺术中心“巨钻”工程属于大面积玻璃采光顶作屋盖结构的建筑。玻璃采光顶雨水流淌性相对较差,发生渗漏的可能性比垂直幕墙更高;切割面施工完成后,其本身中部也很有可能出现挠曲凹变形成积水,增加渗漏风险;大面积采用玻璃采光顶,也使渗漏发生的几率成倍增加;加上“巨钻”外侧设置了400多个蜘蛛人挂点,每一个挂点,都有可能成为一个雨水渗漏点。该项目在防水设计上遵循“顺向找坡、外堵内疏”的理念,消除了重力作用下挠曲凹变引起积水的可能,并通过提高蜘蛛人挂点支杆本身的刚性,保证了防水密封的可靠性;施工时,严格控制切割面的平整度、精细施胶,并进行了全面的现场淋水试验。该项目从2014年投入使用至今,经过了两个雨季的考验,未出现任何渗漏的迹象,防水效果可靠。

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