幕墻防水技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用研究*

胡艷娥

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 太原 030024)

超高層建筑所面臨的自然環(huán)境更加復(fù)雜多變,對建筑的安全性、功能性和耐久性提出了更高的要求。幕墻作為超高層建筑的重要組成部分,其防水性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到建筑物的整體質(zhì)量和使用壽命。因此,如何采用先進(jìn)的技術(shù)手段和科學(xué)的管理方法,切實(shí)提高超高層建筑幕墻的防水性能,已經(jīng)成為建筑設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域亟待解決的重要課題。

1 工程概況

該工程位于邢臺市邢州大道以北,興盛街以南,松柏路以東,濱河路以西圍合區(qū)域,總建筑面積為9.999萬m2,其中幕墻面積約為5.41萬m2。建筑功能涵蓋地下車庫、設(shè)備用房,地上裙房商業(yè)、會議、餐飲,主樓辦公、酒店等多種用途。結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu),建筑高度達(dá)152.40 m,幕墻最高處達(dá)166.70 m。幕墻設(shè)計(jì)參數(shù)包括地面粗糙度類別為B 類,基本風(fēng)壓為W0=0.33 KN/m2,基本雪壓為S0=0.35 KN/m2,抗震設(shè)防烈度為7度(a=0.15 g)。

設(shè)計(jì)等級要求為幕墻設(shè)計(jì)使用年限為25年,支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年,耐火等級為一級,且為二類防雷建筑物。這座建筑將成為該區(qū)域的標(biāo)志性建筑,展現(xiàn)出現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念和高品質(zhì)工程標(biāo)準(zhǔn)。

2 超高層建筑幕墻防水技術(shù)概述

超高層建筑幕墻防水技術(shù)是指在超高層建筑幕墻設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)過程中,采用各種技術(shù)手段和措施,防止雨水、空氣等通過幕墻滲入建筑內(nèi)部,從而保障建筑物的正常使用和延長其使用壽命的技術(shù)。該技術(shù)主要包括挑選適宜的幕墻種類、設(shè)定恰當(dāng)?shù)姆浪畼?biāo)準(zhǔn)、采用高效率密封產(chǎn)品、依照設(shè)計(jì)規(guī)則、強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)管、執(zhí)行定期維護(hù)等。高層建筑因其特殊高度和自然條件,如風(fēng)的作用和溫度的變化等影響更加顯著,對外部墻體提出了更嚴(yán)格的防水規(guī)范。因此,高層建筑的幕墻防水技術(shù)的關(guān)鍵性,在于確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、保持功能齊全以及延長使用壽命[1]。

3 超高層建筑幕墻防水技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 防水材料選用不當(dāng)

超高層建筑幕墻防水材料選用的合理性直接關(guān)系到建筑物的使用安全和耐久性能。但在實(shí)際工程應(yīng)用中,個別項(xiàng)目方為追求經(jīng)濟(jì)利益最大化,而忽視了防水材料選用的重要性,盲目采用價(jià)格低廉但品質(zhì)不達(dá)標(biāo)的防水材料,從而埋下了幕墻滲漏、開裂等質(zhì)量通病的隱患。以本文所述工程為例,幕墻面積高達(dá)5.41 萬m2,最高處達(dá)166.70 m,設(shè)計(jì)使用年限為25年,支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限更是長達(dá)50年之久。倘若在幕墻施工過程中,使用未經(jīng)嚴(yán)格檢測或性能指標(biāo)不合格的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠等防水材料,勢必會導(dǎo)致幕墻防水性能大打折扣,給建筑物的正常使用功能和安全性能帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響,并可能釀成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤等不良后果。

3.2 施工工藝與質(zhì)量控制不足

個別施工單位受技術(shù)能力不足、管理水平欠缺等因素制約,未能嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行施工,導(dǎo)致幕墻防水質(zhì)量頻頻出現(xiàn)問題。常見的施工工藝和質(zhì)量通病包括幕墻結(jié)構(gòu)密封膠嵌縫不飽滿、附框與幕墻結(jié)構(gòu)間防水處理不到位、穿墻螺栓防水套管安裝不規(guī)范等。以結(jié)構(gòu)密封膠施工為例,如果施工人員未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn),不熟悉硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的性能特點(diǎn)和施工工藝要求,極易出現(xiàn)配比失調(diào)、基面處理不當(dāng)、嵌縫深度不足、打膠不連續(xù)等問題,進(jìn)而引發(fā)幕墻滲漏、脫落等嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。

3.3 防水設(shè)計(jì)與細(xì)部構(gòu)造缺乏優(yōu)化

部分設(shè)計(jì)單位在方案設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段,未能充分考慮超高層建筑所處的特殊氣候環(huán)境和使用工況,對幕墻防水設(shè)計(jì)重視不足,缺乏必要的細(xì)部構(gòu)造優(yōu)化。例如,在幕墻與主體結(jié)構(gòu)、幕墻與門窗、幕墻與設(shè)備管線等部位的防水節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中,部分設(shè)計(jì)圖紙未能提供詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)大樣圖和材料做法說明,給施工單位的技術(shù)人員和操作工人留下了較大的自由發(fā)揮空間,容易出現(xiàn)防水構(gòu)造不合理、防水措施不到位等問題。又如,在幕墻轉(zhuǎn)角、滴水線、壓頂?shù)燃?xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)中,部分設(shè)計(jì)方案未能充分借鑒同類型項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn),對防水構(gòu)造缺乏深入研究和優(yōu)化,導(dǎo)致所采用的防水做法無法有效應(yīng)對超高層建筑所面臨的高風(fēng)壓、高氣壓差等特殊工況,進(jìn)而引發(fā)滲漏、開裂、脫落等防水質(zhì)量問題[2]。

4 超高層建筑幕墻防水技術(shù)難點(diǎn)

4.1 幕墻與主體結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)

超高層建筑幕墻設(shè)計(jì)中,幕墻與主體結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。該工程建筑在風(fēng)荷載、溫度作用以及地震力等因素影響下,主體結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生一定的變形。而幕墻作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu),其變形能力與主體結(jié)構(gòu)存在差異。為確保幕墻在主體結(jié)構(gòu)變形過程中能夠保持結(jié)構(gòu)完整性和安全性,必須采取合理的技術(shù)措施,實(shí)現(xiàn)幕墻與主體結(jié)構(gòu)之間的變形協(xié)調(diào)。通過合理設(shè)置幕墻的固定方式、連接節(jié)點(diǎn)以及變形縫等關(guān)鍵構(gòu)造,并結(jié)合實(shí)際工程條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),可有效解決幕墻與主體結(jié)構(gòu)之間的變形差異問題,保證幕墻系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

4.2 幕墻節(jié)點(diǎn)防水設(shè)計(jì)

在本工程中,超高層建筑幕墻節(jié)點(diǎn)防水設(shè)計(jì)面臨著諸多技術(shù)難點(diǎn)。首先,該工程建筑高度達(dá)到152.40 m,幕墻最高處達(dá)166.70 m,這意味著幕墻節(jié)點(diǎn)處需要承受更大的風(fēng)壓和水平、垂直變形,對節(jié)點(diǎn)的密封性和耐久性提出了更高的要求。其次,該工程所在區(qū)域的氣候條件較為惡劣,地面粗糙度類別為B 類,基本風(fēng)壓為W0=0.33 KN/m2,這增加了幕墻節(jié)點(diǎn)防水設(shè)計(jì)的難度,需要選用高性能的防水材料和精細(xì)化的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),以確保節(jié)點(diǎn)處的防水效果。再者,該工程幕墻面積約為5.41萬m2,幕墻節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多,不同節(jié)點(diǎn)處的受力情況和防水要求各不相同,需要進(jìn)行分類設(shè)計(jì)和施工,增加了防水設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

4.3 幕墻防水系統(tǒng)的耐久性

超高層建筑幕墻防水系統(tǒng)的耐久性是一個極其重要的技術(shù)難點(diǎn)。該工程幕墻設(shè)計(jì)使用年限為25年,支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限為50年,對幕墻防水系統(tǒng)的耐久性提出了嚴(yán)格的要求。幕墻防水材料和構(gòu)件在長期暴露于外界環(huán)境中,需要承受風(fēng)雨、紫外線、溫度變化等多種因素的影響,容易發(fā)生老化、開裂、失效等問題,導(dǎo)致防水性能下降。同時(shí),超高層建筑的幕墻節(jié)點(diǎn)處受力復(fù)雜,變形量大,對防水材料的彈性和抗拉伸性能提出了更高的要求。如何選擇合適的防水材料,設(shè)計(jì)合理的防水構(gòu)造,確保防水系統(tǒng)在建筑全生命周期內(nèi)保持良好的防水性能,是該工程幕墻防水設(shè)計(jì)面臨的一大難題[3]。

5 幕墻防水技術(shù)在超高層建筑中應(yīng)用

5.1 幕墻穿層與預(yù)留孔洞防水處理

在該工程中,幕墻穿層與預(yù)留孔洞的防水處理需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范和施工要求進(jìn)行。穿層位置應(yīng)選擇在建筑外墻面的凹槽處,并采用高性能的防水材料進(jìn)行密封處理。預(yù)留孔洞周邊應(yīng)增設(shè)寬度不小于200 mm 的附加防水層,采用聚氨酯或聚合物改性瀝青防水卷材等材料,與主體防水層搭接寬度不小于150 mm,搭接長度不小于100 mm。穿層管道與預(yù)留孔洞間的縫隙應(yīng)采用防水堵料填實(shí),并在管道外壁涂刷厚度不小于1.5 mm 的防水涂料。為了進(jìn)一步提高防水性能,可在穿層位置設(shè)置導(dǎo)流槽,將滲漏水導(dǎo)排至室外,避免積水對建筑主體結(jié)構(gòu)造成影響。同時(shí),在幕墻與主體結(jié)構(gòu)連接處,應(yīng)設(shè)置高度不小于150 mm 的防水翻邊,并在翻邊上設(shè)置壓欄條,增強(qiáng)防水效果。

5.2 門窗與幕墻連接處防水處理

在該建設(shè)項(xiàng)目中,設(shè)計(jì)人員采用各種技術(shù)手段來確保幕墻和窗戶接合部的防水性能。比如在幕墻與窗框連接處安裝了高性能密封材料,具有優(yōu)良性能,層厚至少10 mm,以保證防水效果。同時(shí),在組件中置入防水焊錫,焊錫與組件連接處采用硅酮密封劑封合,構(gòu)建了多級防水屏障。在門窗框底部,設(shè)計(jì)師特意設(shè)置了帶有排水槽的設(shè)計(jì),該排水槽與幕墻型材通過采用硅酮密封膠進(jìn)行了密封處理。同時(shí),在排水槽中開鑿了直徑達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)且不小于10 mm 的排水孔,以保證水分能夠及時(shí)的排出。運(yùn)用全面的技術(shù)手段有效地提高了接合部分的防潮性,建筑防水的穩(wěn)定性得到了可靠保障[4]。

5.3 幕墻轉(zhuǎn)角與異型面防水處理

超高層建筑幕墻轉(zhuǎn)角與異型面防水處理是確保建筑整體防水性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本工程采用了多種技術(shù)措施來解決這一難題。在轉(zhuǎn)角處,設(shè)計(jì)采用了預(yù)制鋁合金壓條與硅酮結(jié)構(gòu)密封膠相結(jié)合的方式,壓條與幕墻型材之間預(yù)留了12 mm 的空腔,用于注入硅酮結(jié)構(gòu)密封膠,形成有效的防水屏障。在異型面處,通過在幕墻型材與異型面基材之間設(shè)置EPDM 橡膠墊塊,利用其良好的彈性和壓縮變形能力,適應(yīng)異型面的形狀變化,并在其表面涂刷聚氨酯防水涂料,形成復(fù)合防水層,有效提升了異型面的防水性能。在易發(fā)生滲漏的部位,如凸窗和線條等,還采用了預(yù)鋪反應(yīng)粘結(jié)型高分子自粘膠膜的措施,并在其表面涂刷聚氨酯防水涂料,進(jìn)一步加強(qiáng)了這些部位的防水效果。

5.4 幕墻接縫防水密封處理

在該工程中,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用了多種措施來確保幕墻接縫的防水性能。針對不同的接縫類型,如鋁板間的接縫、玻璃與鋁板的接縫等,分別采用了符合設(shè)計(jì)要求的密封膠進(jìn)行填充。密封膠的選擇需要考慮其與基材的相容性、耐候性、抗拉伸性能等因素。在施工過程中,嚴(yán)格控制密封膠的施工工藝,確保填充飽滿、均勻,無氣泡、無間斷。對于幕墻轉(zhuǎn)角、幕墻與主體結(jié)構(gòu)的連接處等特殊部位,采用了預(yù)埋套管、防水堵頭等附加措施,提高了防水性能。在幕墻與主體結(jié)構(gòu)的接縫處,設(shè)置了寬度為20 mm 的后壓式硅酮結(jié)構(gòu)密封膠,并在其外側(cè)設(shè)置寬度為50 mm 的耐候密封膠,形成了“雙道防線”,有效防止了雨水滲漏。在幕墻與屋面、地面的接縫處,采用了高性能的防水卷材或防水涂料,并在其上設(shè)置了壓蓋式的金屬防水板,進(jìn)一步強(qiáng)化了接縫的防水性能。通過以上措施的綜合應(yīng)用,有效提升了該建筑幕墻的整體防水性能,為建筑的安全和耐久性提供了可靠保障[5]。

6 結(jié)語

綜上所述,超高層建筑幕墻防水技術(shù)的應(yīng)用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及到防水材料選用、施工工藝控制、防水設(shè)計(jì)優(yōu)化、細(xì)部構(gòu)造處理等諸多方面。為了確保超高層建筑幕墻的防水性能,必須充分考慮建筑所處的特殊氣候環(huán)境和使用工況,合理選用高性能防水材料,優(yōu)化防水設(shè)計(jì)方案和細(xì)部構(gòu)造,并在施工過程中嚴(yán)格控制工藝質(zhì)量,加強(qiáng)監(jiān)督管理。只有在設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān),協(xié)調(diào)配合,才能真正實(shí)現(xiàn)超高層建筑幕墻的防水目標(biāo),保障建筑物的安全性、功能性和耐久性。隨著超高層建筑的不斷發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,幕墻防水技術(shù)也將不斷創(chuàng)新和完善。新型防水材料的研發(fā)和應(yīng)用,BIM 技術(shù)在幕墻設(shè)計(jì)中的深入應(yīng)用,以及精細(xì)化施工管理模式的推廣,都將為超高層建筑幕墻防水技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。