隨著節(jié)能與環(huán)保的社會(huì)化大趨勢(shì)，建筑日益多樣化，以人居舒適性為核心的建筑追求更加關(guān)注建筑本身與自然的關(guān)系。建筑采光頂在眾多建筑中被廣泛采用，充分利用自然光，增加建筑與環(huán)境的親和力等就體現(xiàn)了這種關(guān)系。 采光頂除了安全性和熱工性能以外，在實(shí)際使用過(guò)程中，漏水是能夠最直接感受到和最日常煩惱的質(zhì)量問(wèn)題，多年來(lái)已成為采光頂中最常見(jiàn)的建筑弊病之一。2004年8月剛啟用的廣州新白云機(jī)場(chǎng)僅僅啟用半個(gè)月，在8月20號(hào)的一場(chǎng)暴雨中，機(jī)場(chǎng)航站樓B區(qū)國(guó)內(nèi)航班出發(fā)廳屋頂漏水，其室內(nèi)漏水程度類(lèi)似小雨，機(jī)場(chǎng)工作人員和百余名旅客衣服被漏水淋的“濕漉漉的”，可見(jiàn)其漏水程度。據(jù)初步調(diào)查結(jié)果，“雨水主要是從屋頂?shù)奶鞙侠餄B進(jìn)來(lái)的?！┧畱?yīng)該是屋頂連接處不夠密封?！保ā赌戏蕉际袌?bào)》）。 “根據(jù)歷次全國(guó)屋面滲漏調(diào)查資料分析，細(xì)部構(gòu)造的滲漏占全部滲漏面積的80%以上”（《屋面工程技術(shù)規(guī)范》GB50345——2004） 　　1． 玻璃采光頂?shù)奶攸c(diǎn)： 　　玻璃采光頂形式十分豐富，根據(jù)其造型、外型、構(gòu)造，以及與立面關(guān)系、數(shù)量關(guān)系等分為若干類(lèi)。為分析漏水和防水問(wèn)題方便，以面層形式分為坡度平面、折線(xiàn)平面，單曲面、雙曲面、組合面等形式。 討論防水問(wèn)題必須了解作為防水主體的玻璃采光頂?shù)姆浪嘘P(guān)基本特點(diǎn)。 　?。?）組成采光頂材料本身不具有吸水性。玻璃采光頂主要由玻璃、鋼材、鋁材、密封膠、襯材組成。材料本身在非破壞情況下不會(huì)發(fā)生滲漏。 　?。?）防水措施處理空間有限。高強(qiáng)輕質(zhì)材料組成，空間占有體積相比其它材質(zhì)較小，尤其是縫隙處厚度非常有限，也就意味著對(duì)防水構(gòu)造形式的要求和難度更高。 　　（3）屋面玻璃是位于建筑物頂端與水平面夾角小于75度的玻璃面層。所以匯水面積比較垂直玻璃幕墻大，包括風(fēng)雨造成的強(qiáng)擊水更直接。 　　（4）陽(yáng)光作用更直接照射采光頂表面，包括熱量和紫外線(xiàn)。更容易產(chǎn)生采光頂?shù)母鞣N材料熱變形。密封材料的抗紫外線(xiàn)能力和抗熱老化性是保證采光頂防水性的重要因素。 　?。?）采光頂表面并不能認(rèn)為類(lèi)似玻璃表面那么平整。玻璃表面的板面撓度會(huì)造成積水和積灰，特別是接縫處的膠縫和扣板造型都會(huì)帶來(lái)積水和積垢，這部分非常容易帶來(lái)滲水和美觀(guān)的不良后果。 　?。?）縫隙是采光頂滲漏的主要通道。而縫隙是由相同材料之間和異質(zhì)材料之間拼接和連接所形成的。 　　2． 相關(guān)概念和原理 　　2．1 關(guān)于水： 　　采光頂所涉及的水來(lái)自于自然界的雨水、雪水、冰以及溫濕空氣，理論上既水的三種形態(tài)：氣態(tài)（水蒸氣）、液態(tài)（液態(tài)水）、固態(tài)（冰和雪）。水的遷移分為重力遷移、材料或構(gòu)造內(nèi)部遷移，內(nèi)部遷移只有兩種相態(tài)，一種是以氣態(tài)的擴(kuò)散方式遷移（又稱(chēng)水蒸氣滲透）；一種是以液態(tài)水分的毛細(xì)滲透方式遷移。 　　水作為液體不能承受拉力，但可承受壓力。液體受壓后體積可以縮小，稱(chēng)為水的壓縮性。水體積相對(duì)壓縮量值約為1/20000，即在20℃時(shí)，彈性系數(shù)E≈2．１×10 5N/㎝2 。在工程上可忽略水的壓縮性。 　　水的表面張力作用是產(chǎn)生毛管現(xiàn)象的原因。毛細(xì)滲透對(duì)構(gòu)造和縫隙防水的影響不容忽略。 　　實(shí)際中自然界的降水和滲透到建筑物內(nèi)部的水是一種渾濁水，在降水和滲流過(guò)程中夾雜了大量灰塵和雜物。渾濁水增加了水流體的粘度，稱(chēng)之為粘滯性。其流動(dòng)時(shí)的特點(diǎn)是靠近壁面流速較小，遠(yuǎn)離壁面處流速較大。在實(shí)際工程中，往往造成排水不暢，而且容易導(dǎo)致排水通道和導(dǎo)水孔的堵塞，破壞排水系統(tǒng)的通常而導(dǎo)致防水失效。 　　2．2 滲流： 　　為說(shuō)明問(wèn)題，引入滲流力學(xué)的原理，水在空隙、裂隙、縫隙中的運(yùn)動(dòng)可以說(shuō)是毫無(wú)規(guī)律的，所以以統(tǒng)計(jì)學(xué)的觀(guān)點(diǎn)設(shè)定這種水流體的規(guī)律。一方面認(rèn)為它是連續(xù)地充滿(mǎn)整個(gè)介質(zhì)空間（包括空隙空間和骨架空間），另一方面認(rèn)為它通過(guò)過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁颗c真實(shí)水流通過(guò)該斷面的流量相同，它在斷面上的水頭和壓力與真實(shí)水流的水頭和壓力相等，它在空隙介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力等于真實(shí)水流所受的阻力。滿(mǎn)足上述條件的情況稱(chēng)之為滲流。 　　2．3 匯水面積： 　　根據(jù)有關(guān)資料，屋面排水的有關(guān)計(jì)算可以根據(jù)日本的有關(guān)資料進(jìn)行，也可根據(jù)建設(shè)部有并設(shè)計(jì)院給定的匯水面積表進(jìn)行查表設(shè)計(jì)。 　　上式中標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度a的選擇是很重要的，但卻又是很困難的。在雨水排水設(shè)計(jì)中，最關(guān)心的是若干頻率的小時(shí)最大降雨強(qiáng)度，甚至10～30min內(nèi)的最大降雨強(qiáng)度，但這個(gè)頻率取多少，目前還沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)定。無(wú)疑，頻率越小，則排水設(shè)計(jì)越安全，但卻越不經(jīng)濟(jì)。因此，標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度的取值應(yīng)該考慮到建筑物的重要性，也就是應(yīng)該考慮其防水等級(jí)，防水等級(jí)越高，其頻率就應(yīng)該取的越小。 　　考慮天溝（檐溝）的排水量，即考慮了天溝（檐溝）在暴雨、大暴雨時(shí)的緩沖作用，也就是在暴雨、大暴雨時(shí)，水落管一進(jìn)不能立即將水排完，而暫時(shí)將水匯集到天溝（檐溝）里。 　　考慮所有水落管的排水量與天溝排水量的總和，在標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度時(shí)應(yīng)大于屋面及出屋面高墻的降雨時(shí)，綜合其他因素，即可確定天溝大小，水落管直徑及數(shù)量。 　　2．4 排水坡度： 　　屋面坡度大對(duì)防止?jié)B漏的效果是顯著的。 　　傳統(tǒng)平面屋頂找坡一般有兩種方法：結(jié)構(gòu)找坡和材料找坡。對(duì)于平面玻璃采光頂，結(jié)構(gòu)找坡是由采光頂支撐結(jié)構(gòu)與建筑主體屋面結(jié)構(gòu)，如屋面梁或結(jié)構(gòu)墻結(jié)合而形成的排水坡度；玻璃材料找坡主要是考慮玻璃中心撓度形成的“水洼”和積聚泥水的排水坡度。 　　采光頂結(jié)構(gòu)找坡時(shí)，坡度應(yīng)不小于3%； 　　當(dāng)由玻璃材料找坡時(shí)，坡度應(yīng)以保證由于單片玻璃撓度形成的積水可以排除為原則，參考《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102—2003）規(guī)定，“在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，4邊支撐玻璃的撓度限值DF，LIM宜按其短邊邊長(zhǎng)的1/60采用”，“點(diǎn)支撐玻璃面板的撓度限值DF，LIM宜按其支撐點(diǎn)間長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)的1/60采用”，“斜玻璃幕墻計(jì)算承載力時(shí)，應(yīng)計(jì)入永久荷載、雪荷載、雨水荷載等重力荷載及施工荷載在垂直于玻璃平面方向作用所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力“。因此，為抵消單片玻璃撓度所產(chǎn)生的積水，一般單片玻璃的傾斜坡度不小于2%； 　　另外，玻璃采光頂周邊與結(jié)構(gòu)的水平交接處的天溝、檐溝的縱向坡度不應(yīng)小于是1%。 　　玻璃采光頂找坡應(yīng)以采光頂支撐結(jié)構(gòu)找坡為主。 實(shí)踐中，采光頂支撐大多以其特有的傾斜屋面效果滿(mǎn)足建筑物使用功能和美觀(guān)要求。 　　2．5 達(dá)西定律： 　　1 856年法國(guó)工程師H.Darcy在裝滿(mǎn)砂的圓筒中進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)中得到通過(guò)橫截面A的滲流量Q（單位時(shí)間的水體積）與橫截面A及水頭差（H1—H2）成正比，與滲透路徑L成反比，稱(chēng)為Darcy定律。它指出滲透速度V與水力坡度J或滲透阻力成線(xiàn)性關(guān)系，故又稱(chēng)線(xiàn)性滲透定律。 容易看出，H1、H2是相對(duì)于某個(gè)任意水平基準(zhǔn)面的水柱高度，稱(chēng)為測(cè)壓水頭，從前述可知，它應(yīng)是壓力水頭和位置水頭之和，公式表明，滲流流動(dòng)是由高水頭向低水頭，而不是從高壓向低壓。這一點(diǎn)很重要，說(shuō)明外界壓力對(duì)水的作用可忽略不計(jì)。 　　2．6 縫隙通道和“死穴” 　　采光頂中有大量縫隙、裂隙和孔洞，所形成的孔隙有兩種，一種是有效孔隙，液體可以通過(guò)或排出，還有一種是死端孔隙或滯流孔隙，對(duì)液體是無(wú)效的。如圖1所示。這一點(diǎn)對(duì)于采光頂防水中節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、密封設(shè)計(jì)以及安裝時(shí)的縫隙密封具有實(shí)際意義。 　　3 漏水水源： 　　水的來(lái)源無(wú)非是自然界的雨水、積雪融化水、結(jié)露冷凝水。雨水的特點(diǎn)是單位時(shí)間內(nèi)的水量容易掌握，直接作用在采光頂外部，加上風(fēng)力作用于采光頂表面的水擊強(qiáng)度大。結(jié)露是由于濕空氣在介質(zhì)兩側(cè)的溫差達(dá)到一定差別時(shí)的介質(zhì)表面凝水現(xiàn)象。對(duì)于采光頂來(lái)說(shuō)，結(jié)露帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：一是結(jié)露冷凝水容易出現(xiàn)在室內(nèi)一側(cè)，當(dāng)結(jié)露冷凝水積到一定量時(shí)，形成滴水落水；二是采光頂節(jié)點(diǎn)構(gòu)造內(nèi)的結(jié)露冷凝水，特別是采光頂支撐結(jié)構(gòu)的金屬材料空腔或內(nèi)壁形成的冷凝水，如不及時(shí)排出，將會(huì)長(zhǎng)期腐蝕周邊材料，使材料的功能性失效，導(dǎo)致漏水或滲水。 　　采光頂屋面的設(shè)計(jì)、材料、施工安裝等任何一個(gè)環(huán)節(jié)的疏忽或輕視，都將導(dǎo)致堵不嚴(yán)、疏不暢的排水組織失效，通過(guò)采光頂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)漏下的水可侵蝕結(jié)構(gòu)周邊接縫，腐蝕屋頂材料，損壞屋頂結(jié)構(gòu)，污染和破壞內(nèi)部環(huán)境。泄漏的水會(huì)順著結(jié)構(gòu)件流至建筑物內(nèi)不同的地方，由于漏水長(zhǎng)期侵蝕，采光頂系統(tǒng)的各構(gòu)件的安全隱患將對(duì)室內(nèi)的人居環(huán)境的安全造成嚴(yán)重威脅。 　　4 防水構(gòu)造： 　　4．1 防水設(shè)計(jì)： 　　4．1．1 設(shè)計(jì)原則 　　《屋面工程技術(shù)規(guī)范》（GB50345—2004）中規(guī)定了屋面工程防水設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“合理設(shè)防、防排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則。玻璃采光頂防水節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)體現(xiàn)和隱藏在采光頂結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)之中，同時(shí)與建筑主體結(jié)構(gòu)的結(jié)合部位也都是防水設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，玻璃采光頂防水設(shè)計(jì)是一個(gè)防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是作為玻璃采光頂整體設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)的重要組成部分。防水系統(tǒng)主要包括排水和防水。排水包括利用重力作用的面排水、槽排水、管排水。采光頂一個(gè)重要特征就是傾斜式玻璃面層，根據(jù)傾斜式玻璃裝配結(jié)構(gòu)的定義：裝配玻璃面偏離垂直位置15O以上。將水排出室外的方式?jīng)Q定著傾斜系統(tǒng)的排水性能；防水則包括密封、設(shè)防道次和密封材料選擇。 　　4．1．2 設(shè)計(jì)原理 　　對(duì)于如何完成使用性能良好的系統(tǒng)所必需的密封和排水等所有細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，核心問(wèn)題是如何建立對(duì)“堵”與“疏”關(guān)系的理解和認(rèn)識(shí)。 　　對(duì)于玻璃采光頂傳統(tǒng)的方法是以“堵”為主，既依靠密封各構(gòu)件之間的外部接縫來(lái)防止水的進(jìn)入，這種裝配系統(tǒng)中玻璃板塊之間、玻璃板塊與支撐桿構(gòu)件之間的外部和內(nèi)部接縫進(jìn)行某種程度的密封。但是，它往往忽視真正構(gòu)件內(nèi)部接合處的防水密封的重要性。這種方法存在著各種難于解決的弊端，如外部密封材料暴露在室外，密封膠承受著紫外線(xiàn)輻射、熱應(yīng)力、污染物以及粗劣的施工質(zhì)量的影響，使外部密封難以達(dá)到預(yù)期的效果，另外強(qiáng)調(diào)內(nèi)部密封的同時(shí)，往往忽略了滲漏水和構(gòu)造內(nèi)部冷凝水的排出。 　　良好的設(shè)計(jì)應(yīng)該是“堵”和“疏”相結(jié)合，既堵也疏。無(wú)論是內(nèi)部或外部，以最大限度的避免了密封處與水的接觸；同時(shí)確保滲漏水或冷凝水有組織的排出。 　　值得注意的是一些用于幕墻上的做法在采光頂上并不見(jiàn)效。首先，根據(jù)前述的達(dá)西定律，由于重力或其它壓力進(jìn)入縫隙的水，在縫隙內(nèi)壓力的影響已微乎其微，內(nèi)部滲流水只和水頭有關(guān)。因此將雨幕等壓腔設(shè)計(jì)套用于采光頂通常是失敗的。其次，幕墻上常用的外部排水孔設(shè)計(jì)，在采光頂中水通過(guò)壓條的外表面和外扣蓋向外排出時(shí)，會(huì)被截留在各種內(nèi)部接頭處。 　　截留住的水要么通過(guò)一個(gè)孔排出，要么就一直積存下來(lái)侵蝕密封膠，直到這里形成一個(gè)漏洞讓水排出為止。由于重力方向的原因，水很難“溢出”。 等壓設(shè)計(jì)在垂直的幕墻系統(tǒng)中起到不同程度的作用，在幕墻系統(tǒng)內(nèi)保持防漏氣隔離層仍然是極其重要的，如果沒(méi)有這道屏障將內(nèi)外分開(kāi)，建筑外圍護(hù)系統(tǒng)將是不完整的，會(huì)造成一個(gè)空氣和水通過(guò)外圍護(hù)進(jìn)入室內(nèi)的通道。冬季冷空氣的滲透會(huì)使內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表面溫度下降到露點(diǎn)溫度，從而出現(xiàn)冷凝水。建筑內(nèi)部管道凍結(jié)、人感到不舒服，以及外界污染物刮進(jìn)樓內(nèi)，都可能是空氣未受控制滲漏進(jìn)建筑物內(nèi)的結(jié)果。等壓設(shè)計(jì)實(shí)際上是形成一個(gè)空氣隔離層，由于分隔空氣達(dá)到防漏氣隔離層起到防水層的作用，在采光頂?shù)膬A斜系統(tǒng)中，只有系統(tǒng)中水平構(gòu)件的底部呈水平面，而且與外界形成能夠外傾的水流通道時(shí)等壓原理才能實(shí)現(xiàn)排水，而做到這一點(diǎn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上并不現(xiàn)實(shí)。