1.研究背景
金屬材料應用于建筑外圍護系統，可以追溯到羅馬帝國時(shí)代，最早耶路撒冷教堂采用了銅屋頂。到了20世紀中葉，隨著(zhù)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，被廣泛應用于建筑中；近年來(lái)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(shí)色彩及板型范圍不斷擴大，極大的豐富了建筑的表現力，應用領(lǐng)域更加寬廣。
金屬板建筑構造屬于典型的裝配式圍護系統，通常用于結構形式為鋼結構的工業(yè)建筑與民用建筑，主要包括生產(chǎn)廠(chǎng)房、工業(yè)倉庫、物流建筑、體育場(chǎng)館、會(huì )展建筑、商場(chǎng)超市、機場(chǎng)航站樓、火車(chē)車(chē)站及碼頭等，此類(lèi)建筑的特點(diǎn)是跨度大、層數低，相應的屋面面積所占比重較大，金屬材料以其輕質(zhì)高強、設計靈活、色彩豐富、造型獨特、建造成本與施工難度適宜，優(yōu)勢明顯，得以廣泛應用。
但是由于我國裝配式建筑的系統研究及設計規范欠缺，建筑構造簡(jiǎn)單，施工水平粗糙，
使得采用金屬板圍護系統的建筑滲漏現象嚴重，使用中出現很多安全問(wèn)題，因此提高防水性能是金屬板圍護系統繼續推廣的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2.金屬板圍護系統的防水概念
在建筑設計中裝配式圍護系統的防水設計中，應主要防止兩種水，即圍護系統外部水和圍護系統內冷凝水。
2.1防止外部水入侵
建筑圍護系統首先要防止系統外部水的侵入，系統外部水包括：雨水、積雪融化水等。
圍護系統滲漏現象大部分是由外部水造成的，從圍護系統材料、構造、施工工藝等方面完成好圍護系統的密實(shí)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，還要防止毛細滲水。
毛細現象是一種物理現象。物體之間細微縫隙與水分子接觸時(shí)，在浸潤情況下液體會(huì )沿縫隙上升或滲入，縫隙越細，液體上升越高或滲入越深。
金屬板圍護系統存在大量接縫，要想控制毛細水滲入，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外兩側的壓力差，也就是“雨屏原理”。
根據試驗得知，接縫的縫隙寬度大于0.5mm時(shí)，一般不再出現毛細滲水的現象。當金屬板之間存在一定的縫隙時(shí)，就避免了壓力差和毛細現象，利用雨屏原理構造設計的接縫稱(chēng)之為“壓力平衡縫”或“防水空腔接縫”。搭接構造對比見(jiàn)圖1、圖2。
圖1-1在自攻螺釘固定壓型鋼板時(shí)，將上下兩塊板緊密壓實(shí)，容易出現毛細滲水現象。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，有效防止毛細滲水。
2.2防止內部冷凝水
系統冷凝水，俗稱(chēng)“結露”，表現為在圍護系統內部出現水跡甚至水珠，系統內保溫層浸濕、發(fā)霉，圍護系統滲水等現象。產(chǎn)生冷凝水的條件有兩個(gè)：溫度、濕度。
產(chǎn)生冷凝水的原因主要是：
濕空氣的露點(diǎn)溫度是判斷是否結露的重要依據。如果溫度下降到低于露點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì )有冷凝水產(chǎn)生。在同一溫度時(shí)，相對濕度越高，水蒸氣壓力越大，則露點(diǎn)溫度也越高，越易
結露。同理，相對濕度相同時(shí)，溫度越高，露點(diǎn)溫度也越高，也就容易結露。
露點(diǎn)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(shí)的溫度。形象地說(shuō)，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。使一個(gè)鏡面處在采樣濕空氣中降溫，直到鏡面上隱現露滴（或冰晶）的瞬間，測出鏡面平均溫度，即為露點(diǎn)溫度。
空氣結露的根本原因就是當室內空氣溫度降到低于其露點(diǎn)溫度時(shí)就會(huì )結露。
3.目前圍護系統防水性能分析
3.1因構造問(wèn)題引起的防水問(wèn)題
3.1.1屋面坡度過(guò)緩，產(chǎn)生設計缺陷；
金屬板材屋面的排水坡度，應根據屋面結構形式、材料性能以及當地氣候條件等因素，經(jīng)過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟比較后確定。
目前在激烈的市場(chǎng)競爭中，為了節省原料，一味降低造價(jià)，在建筑設計時(shí)，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(jiàn)表3-1
3.1.2屋面排水設計未考慮地域特征，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；
在梅雨較多的地區，宜選擇板邊設計為防水空腔式板型，以減少毛細水的滲入；
在室內外溫差及濕度較大的地區，宜加強系統的氣密性水密性，以防止系統內部冷凝水的產(chǎn)生；
在沿海地區季臺風(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(shí)需要在屋面邊角增加和加強固定點(diǎn)的防水措施；
在東北地區應考慮積雪凍融時(shí)的排水措施，宜采用水密性?xún)?yōu)良的360°直立鎖邊板，同時(shí)屋面盡量采用長(cháng)尺整板，減少橫向搭接縫，減少滲漏點(diǎn)。同時(shí)盡量不設女兒墻，以避免女兒墻處積雪不化。
3.1.3構造層簡(jiǎn)單、圍護系統氣密性差、保溫層出現冷凝現象；
目前市場(chǎng)上常用的金屬板屋面的構造過(guò)于簡(jiǎn)單，通常只有金屬面板、保溫層（含鋁箔貼面）、金屬底板。這樣的構造無(wú)法滿(mǎn)足裝配式圍護系統最基本的氣密性、水密性要求，當建筑室內外溫差及濕度達到一定狀態(tài)，系統內即發(fā)生結露現象，產(chǎn)生冷凝水。
3.1.4屋面細節不到位，引發(fā)漏點(diǎn)；
根據以往經(jīng)驗，金屬板屋面出現漏水現象，很多是天溝排水口堵塞，天溝設置溢流系統即是預設第二排水路徑，實(shí)際效果顯著(zhù)。屋面天溝應按當地不少于30年一遇暴雨強度設置排水系統，并按更高年限暴雨強度設置溢流系統。金屬板屋面的天溝、檐口、異性板、泛水板等構造部位的溫度變形應采用伸縮縫處理；不同材料搭接處應采用多道密封膠帶，否則容易出現滲漏點(diǎn)。
3.2因板型問(wèn)題引起的防水問(wèn)題
3.2.1板型選擇考慮不周；
通過(guò)緊固件連接的板和板之間通過(guò)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的剪應力。但這樣的連接也存在一些問(wèn)題：自攻螺絲暴露在外面，
容易生銹，影響美觀(guān)；密封膠老化，出現漏水。
而通過(guò)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(wèn)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，許多廠(chǎng)房的輕型屋面板由于設計的不合理或施工中不注重連接能力，問(wèn)題導致被局部或全部掀起，造成了較大的經(jīng)濟和安全問(wèn)題。
3.3因材料變化引起的防水問(wèn)題
3.3.1構造處理未考慮金屬材料脹縮特性，引起連接部位點(diǎn)變形，引發(fā)滲漏；
3.3.2因板材基板、鍍層等厚度過(guò)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；
4.金屬板圍護系統防水設計
金屬板圍護系統要滿(mǎn)足防水性能的要求，必須從以下環(huán)節做起：
4.1完善各個(gè)功能層次
圍護系統構造功能層次的完整是系統有效運行的基本保證，系統構造主要由防水層、防水透汽層、保溫層、隔汽層、基礎底板構成。
上述構造層中，隔汽層與防水透汽層都是極為重要的構造層次。
隔汽層：阻止水蒸汽進(jìn)入保溫層，避免當保溫材料含水率增加后熱阻下降以及結露現象。
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(shí)能將室內及墻體中的潮汽排到室外。
屋面系統構造見(jiàn)圖4-1 ，墻面系統構造見(jiàn)圖4-2。
4.2加強系統氣密性、水密性要求
系統氣密性、水密性的完善能有效的保證系統耐久性、減少建筑能耗、提高建筑的舒適度。
4.2.1保證建筑耐久性
隨氣流侵入圍護結構內部的水汽由高溫側向低溫側遷移，通常在保溫層處積聚（玻璃棉卷氈類(lèi)材料尤為明顯），形成水汽凝結，在溫差作用下發(fā)生結露現象，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
隨氣流侵入圍護結構的水汽以及冷凝水將嚴重降低保溫層的有效熱阻，從而導致更多的能耗，提高系統的密閉性，可以有效降低建筑能耗。
4.2.3提高建筑舒適性
進(jìn)入建筑圍護結構內部的水汽，使保溫層處于潮濕狀態(tài)，導致霉菌形成，從而對建筑質(zhì)量造成影響，提高系統的密閉性，可以有效提高建筑舒適性。
4.3完善系統概念
金屬板圍護系統包括材料、板型、構造等，金屬板圍護系統構造屬于構造排水系統，尤其是屋面；其防水性能首先是通過(guò)快速排除雨水來(lái)解決，如果雨水不能迅速排除，滲漏問(wèn)題就會(huì )不可避免的發(fā)生，故及時(shí)有效的排除雨水對保證系統防水能力至關(guān)重要。
屋面坡度、板型波高、搭接長(cháng)度、連接方式、細節處理等都直接影響系統排水能力，因此對于裝配式圍護系統的防水性能設計必須從多方面綜合考慮，做到以排為主、防排結合。
4.4采用可靠安全的連接技術(shù)
在屋面設計中，風(fēng)荷載是一個(gè)極其重要的設計荷載，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(huì )被掀起而破壞。
壓型金屬板屋面通?？缍瘸^(guò)6m，鋼板厚度小于0.8mm，結構自重輕，因此對屋面壓型金屬板進(jìn)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細節設計是不可忽略的重要部分
細節設計包括：節點(diǎn)處理、天溝檐溝、泛水包角、出屋面構件、屋面采光通風(fēng)節點(diǎn)等，這些部位多是不同材料的結合部，滲漏問(wèn)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(guān)規律，滑動(dòng)式連接的板型通過(guò)滑動(dòng)式支座，將金屬板的熱脹冷縮平均分配、同步漲縮，使巨大的溫度應力通過(guò)適當的支座滑動(dòng)得以消除，不會(huì )將板塊擠壓變形或拉裂；保證整體系統在使用過(guò)程中安全地工作，是值得推薦的板型。
4.6施工質(zhì)量是系統性能保證的關(guān)鍵
應加強金屬屋面相關(guān)施工工法的研究，對專(zhuān)業(yè)施工人員進(jìn)行定期培訓，持證上崗，提高施工驗收手段，完善后期維護和保養工作。
5.結論
本文旨在探討裝配式圍護系統防水設計的原理及設防技術(shù)，以期通過(guò)建筑構造層的設置、材料的選用，提高金屬板圍護系統的防水能力。
參考文獻：
[1]中國建筑標準設計研究院。防水透氣膜建筑構造-特衛強防水透汽材料（07CJ09）.北京，2007
[2]《國家建筑材料工業(yè)建筑防水材料產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗測試中心》檢驗報告N0:2010W08081
[3]輕型板材設計手冊編輯委員會(huì )編著(zhù)《輕型板材設計手冊》中國建筑工業(yè)出版社
[4]國家建筑標準設計圖集06J925-1~3《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構造（一）~（三）》
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