中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
摘 要：本文介紹了當(dāng)前國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的大量缺陷與不足，并全面地對國家標(biāo)準(zhǔn)圖集以及國內(nèi)外著名廠商的鋼結(jié)構(gòu)圍護系統(tǒng)中存在的不足與缺陷進行了剖析，同時，做出了創(chuàng)新與改進，創(chuàng)建了新型鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)即OHC-圍護體系。該系統(tǒng)實現(xiàn)了建筑上的美觀要求，體現(xiàn)了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化與實用性的統(tǒng)一；而防水剛性化的實現(xiàn)，更是全面、徹底地體現(xiàn)和恢復(fù)了鋼結(jié)構(gòu)及輕鋼彩板建筑原來的極大的生命力。該系統(tǒng)將改變?nèi)藗儗︿摻Y(jié)構(gòu)及輕鋼彩板建筑防水性能差的認(rèn)知，該系統(tǒng)還提高了鋼結(jié)構(gòu)及輕鋼彩板建筑的保溫、隔熱性能，節(jié)約了能源，使鋼結(jié)構(gòu)建筑的綠色、環(huán)保特性得到了充分體現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；圍護系統(tǒng)；防水剛性化；創(chuàng)新
1. 鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)的現(xiàn)狀
上世紀(jì)80年代，彩色金屬壓型板由日本引進到我國后，歷經(jīng)30年的發(fā)展，已經(jīng)取得了很大進步。近幾年鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展，更是得到了突飛猛進的發(fā)展！由于鋼結(jié)構(gòu)及輕鋼建筑的應(yīng)用與發(fā)展，金屬壓型板的板型及各種復(fù)合保溫金屬板亦是多種多樣，發(fā)展勢頭迅猛。與之相應(yīng)，金屬壓型鋼板建筑圍護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)各節(jié)點的細(xì)部構(gòu)造，其配套的設(shè)計、產(chǎn)品工藝、施工方法，也取得了一定進步。為此，我國還相應(yīng)制定了《壓型金屬板設(shè)計施工規(guī)程》、《建筑用壓型鋼板標(biāo)準(zhǔn)》等技術(shù)文件，建設(shè)部又委托中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院編寫了《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造》（01J925-1）、《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（二）》（06J925-2）、《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（三）》（08J925-3）等標(biāo)準(zhǔn)圖集以供設(shè)計、施工人員使用。
但是，在使用過程中暴露了很多問題。尤其嚴(yán)重的是大型金屬屋面、墻面等系統(tǒng)的防水問題，一直沒有得到很好的解決。金屬屋面的防水設(shè)計使用年限一般在10年至25年以上。根據(jù)其表面涂層的種類不同而有所不同。例如涂層使用聚酯時，防水設(shè)計使用年限為10年以上；涂層使用硅改性聚酯或高耐候聚酯時，防水設(shè)計使用年限為15年以上；涂層使用聚偏氟乙烯（氟碳PVDF）時，防水設(shè)計使用年限為25年以上。
當(dāng)前，無論是國內(nèi)還是國外，輕鋼彩板金屬結(jié)構(gòu)圍護系統(tǒng)發(fā)展至今，就其建筑維護結(jié)構(gòu)節(jié)點體系的設(shè)計來講，基本處于停滯發(fā)展的狀態(tài)。原因在于，人們未能找到更好的解決方法，使彩色金屬結(jié)構(gòu)圍護系統(tǒng)能夠在防水問題上取得更好效果。相反絕大部分輕鋼彩板建筑的圍護系統(tǒng)都會出現(xiàn)不同程度的漏水現(xiàn)象。
2. 鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)的防水剛性化設(shè)計
本文所述鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)（以下簡稱OHC系統(tǒng)）主要針對建筑屋脊、山墻頂、女兒墻底部、女兒墻頂部、門窗洞口等五大部分，進行防水剛性化設(shè)計。
下面分別闡述上述五大部分的剛性化防水設(shè)計與創(chuàng)新。
2.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑屋脊的防水剛性化設(shè)計
為解決屋脊節(jié)點的防水問題，必須選擇合適的壓型金屬屋面板。根據(jù)多年的發(fā)展以及人們對屋面板美觀、排水性能的要求，國內(nèi)各個廠家相繼開發(fā)了各種板型。下面以OHC-470板型為例，對建筑圍護系統(tǒng)的屋面部分進行防水剛性化設(shè)計。
該板型其特點是外形美觀、排水截面大（成品的波高為70mm）、360°直立咬合鎖縫；同時咬合縫內(nèi)嵌通長永不固化的密封膠，使各板型間具有整體防水的特點，其形狀尺寸（見下圖1～3）。
圖1 OHC-470壓型板示意（新型鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)）
圖2內(nèi)嵌咬合密封膠示意
圖3 OHC-470壓型板尺寸
在OHC系統(tǒng)中，采用了與板型相配套的各種滑動支架、轉(zhuǎn)換件等一系列標(biāo)準(zhǔn)配件。采用標(biāo)準(zhǔn)化的滑動支架后，切實保證了金屬屋面板間、金屬屋面板與周邊泛水板件的整體連動性。充分保證了大型金屬屋面系統(tǒng)所需配件與金屬屋面板的連接可靠性，又保證了在溫差變化的條件下，其系統(tǒng)變形的適應(yīng)性；確保了該系統(tǒng)剛性防水的完整性；使該系統(tǒng)不至于因溫差變化造成連接撕裂而漏水。金屬屋面屋脊節(jié)點的創(chuàng)新設(shè)計，確保了屋脊節(jié)點的剛性防水的最大化和金屬屋面板的耐久性。
OHC系統(tǒng)采用與OHC-470屋面板型相配套的屋脊擋水板（OHC-WOO2A）。該擋水板與金屬屋面板具有良好的配合適應(yīng)性。在與金屬屋面板的連接上，OHC系統(tǒng)將擋水板固定在金屬屋面咬合后的直立板面上，而不直接在屋面板的排水面上開孔。即最大限度的排除了以往屋脊處屋面板漏水的可能性。改進后的做法（如圖4）。
圖4 改進后做法（新型鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)）
目前，在《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（三）》（08J925-3）等標(biāo)準(zhǔn)圖集中，均把屋脊擋水板下面用拉鉚釘或縫合釘固定在屋面板上（并在其間鋪設(shè)膠泥），而此連接在膠泥未老化前（3-5年），其拉鉚釘孔（或縫合釘孔）是不會漏水的。但是，在膠泥老化后，上述連接孔就成了致命漏水點，其原圖集設(shè)計節(jié)點做法如下（見下圖5）。
圖5 原圖集設(shè)計節(jié)點
通過圖4與圖5的比較可知，OHC系統(tǒng)的連接方案已經(jīng)很好的解決了這一問題。
此外，通過轉(zhuǎn)換連接，使屋脊板泛水件與屋脊擋水板側(cè)面用拉鉚釘連接，從而確保了屋脊板泛水件不直接與屋面板連接。而且，即使其間的拉鉚釘孔漏水，其漏水也直接落在屋面板上，不會進入屋脊板內(nèi)部下面，不會存水于擋水板內(nèi)側(cè)。
與此相應(yīng)，目前在《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（三）》（08J925-3）等標(biāo)準(zhǔn)圖集中的做法是：屋脊板與屋脊擋水板間的連接用縫合釘或拉鉚釘，位置設(shè)在屋脊擋水板上部（見圖5）。
圖5的做法看似簡單，不影響金屬屋面剛性防水，實則埋下了隱患。萬一縫合釘或拉鉚釘孔漏水，則漏水在風(fēng)吸力的作用下會爬至屋脊擋水板內(nèi)側(cè)。浸泡膠泥，加速膠泥老化，直至屋面板處的釘孔漏水。
2.鋼結(jié)構(gòu)建筑山墻頂?shù)姆浪畡傂曰O(shè)計
首先，OHC系統(tǒng)通過配套標(biāo)準(zhǔn)的專用滑動支架（OHC-002），確保了金屬屋面系統(tǒng)在此處既保證了屋面板與泛水包邊件的整體性，又保證了其相對于墻面的滑動性。
其次，OHC系統(tǒng)通過設(shè)置隱藏式滑動屋面天溝，確保屋面內(nèi)泛水板在產(chǎn)品長度受限制的情況下，出現(xiàn)縱向搭接處漏水情況。而且隱藏式滑動屋面天溝取材簡單，與屋面板板型相同。
再次，該處的屋面內(nèi)泛水件通過轉(zhuǎn)換設(shè)計，實現(xiàn)了泛水件間縱向搭接的剛性防水連接，其泛水件間不鋪設(shè)膠泥，連接僅需拉鉚釘即可，降低了連接成本。
最后，此處內(nèi)、外泛水件采用拆分設(shè)計，分成兩件，保證了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化及通用性，不同工程間可以通用，避免了浪費。
而山墻頂部外泛水件與山墻間同樣設(shè)有專用滑動支架（OHC-004B），可確保山墻外泛水件與山墻墻體的連接既牢固又可相對滑動。改進后的節(jié)點設(shè)計如圖6。
圖6 改進后節(jié)點
圖中，1-山墻外泛水件；2-山墻內(nèi)泛水件；3-隱藏式屋面天溝；4-鍍鋅折邊角鋼；5-專用滑動支架1；6-專用滑動支架2；7-泛水板轉(zhuǎn)換件
與此相應(yīng)，目前在《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（三）》（08J925-3）等標(biāo)準(zhǔn)圖集中的山墻節(jié)點做法是：
山墻內(nèi)外泛水件多為一件。其連接多采用山墻泛水件與屋面板內(nèi)敷設(shè)膠泥后直接連接或采用鍍鋅轉(zhuǎn)換角鋼，在其上下鋪設(shè)膠泥后，與屋面板、泛水件縫合釘連接。
這種做法，當(dāng)外泛水件上部尺寸較寬時，泛水板會因自重作用向下凹陷，形成積水，造成泛水件搭接處漏水。同時在屋面板上設(shè)置了很多縫合釘孔，當(dāng)膠泥老化后會因大量的縫合釘孔而留下了漏水隱患。其圖集做法詳見下圖7。
圖7 圖集做法示意（新型鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)）
3. 鋼結(jié)構(gòu)建筑女兒墻底部的防水剛性化設(shè)計
針對此處屋面系統(tǒng)節(jié)點的復(fù)雜性，OHC系統(tǒng)除設(shè)置了專用封邊角鋼外，還設(shè)計了與之配套的滑動支架、隱藏式滑動天溝等標(biāo)準(zhǔn)件。封邊角鋼的設(shè)置，一方面解決了女兒墻（或高低跨山墻）內(nèi)墻板下端與墻檁條連接缺少結(jié)構(gòu)件的先天不足問題。另一方面，此封邊角鋼也可用于固定屋面泛水板隱藏式滑動屋面天溝及滑動支架。此外，配套的滑動支架將泛水板、隱藏式滑動天溝與金屬屋面板連接為一體，又能保證與山墻、女兒墻板分開、相對滑動。
通過設(shè)計改進，徹底解決了女兒墻底部泛水板因縱向多次搭接而帶來的漏水隱患。原因在于若因搭接而造成局部漏水，其漏水將落在隱藏式滑動天溝內(nèi)，并由其匯集到室內(nèi)天溝處。其改進后的設(shè)計如下圖8。
圖8 改進后做法
1、1’-專用滑動支架；2-女兒墻下內(nèi)泛水件；3-山墻封邊角鋼；4-隱藏式屋面天溝；5-屋面壓型板；6-女兒墻內(nèi)墻板；7-泛水轉(zhuǎn)換件。
而目前在《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（三）》（08J925-3）等標(biāo)準(zhǔn)圖集中的該節(jié)點的做法是：女兒墻內(nèi)泛水板下部直接與金屬屋面板連接，其間敷設(shè)密封膠帶，然后再由縫合釘連接在一起。這樣內(nèi)泛水板縱向搭接的漏水將直接落在屋面板或保溫棉上；而此處的金屬屋面板縱向又設(shè)置了很多縱向縫合釘孔，也即埋下了眾多漏水隱患。該節(jié)點圖集中具體做法如下圖9：
圖9 節(jié)點做法（新型鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)）
通過圖8和圖9的對比可知，OHC系統(tǒng)在此節(jié)點上基本解決了此處的剛性防水問題，使鋼結(jié)構(gòu)圍護系統(tǒng)的屋面系統(tǒng)具有更好的剛性防水性、簡易性，且美觀而耐久性更突出。
4. 鋼結(jié)構(gòu)建筑女兒墻頂?shù)姆浪畡傂曰O(shè)計
當(dāng)女兒墻壓頂較寬時，OHC系統(tǒng)通過設(shè)置專用的轉(zhuǎn)換支架（OHC-QOO2A），將墻頂?shù)膬?nèi)、外泛水包邊件進行可靠地剛性防水連接。省去了其間鋪設(shè)的膠泥，避免了膠泥老化后帶來的墻頂漏水現(xiàn)象發(fā)生。通過將墻壓頂包邊件一分為二的做法，可以最大限度的做到配件標(biāo)準(zhǔn)化，減少了材料損耗，避免浪費，具有良好的經(jīng)濟實用性，改進后的節(jié)點設(shè)計如下圖10。
圖10 改進后做法
1-女兒墻頂外泛水件；2-女兒墻頂內(nèi)泛水件；3-泛水轉(zhuǎn)換件；4-泡沫堵頭；5-女兒墻外墻板；6-女兒墻內(nèi)墻板。
而一般常規(guī)做法是，當(dāng)女兒墻壓頂泛水板縱向需要搭接時，多采用在泛水件間壓設(shè)通長膠泥，再用拉鉚釘或縫合釘予以連接固定。缺點是：膠泥老化后很容易漏水，其節(jié)點部分常規(guī)做法如下圖11：
圖11
圖中，1-女兒墻頂外泛水件；2-女兒墻頂內(nèi)泛水件；3-通長膠泥；4-拉鉚釘或縫合釘；5-女兒墻外墻板；6-女兒墻內(nèi)墻板；7-C型鋼檁條；8-拉鉚釘和密封堵頭。
5.鋼結(jié)構(gòu)建筑門窗洞口的防水剛性化設(shè)計
無論是聚氨酯夾芯板墻面還是巖棉夾芯板墻面抑或是壓型板墻面，皆存在門窗洞口。而門窗洞口的防水既重要且很難做到一步到位。例如，《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（三）》（08J925-3）等標(biāo)準(zhǔn)圖集中的門窗洞口上端做法如下圖12。
圖12
圖中，1-外墻壓型板；2-內(nèi)墻壓型板；3-窗口外泛水件；4-窗口內(nèi)泛水件；5-外泛水件與窗體間密封膠；
該節(jié)點主要缺陷是，窗口外泛水件3在施工時若做成水平或外側(cè)高內(nèi)側(cè)低時，就存在漏水的可能。泛水件外側(cè)雨水造成的漏水是因為窗體上側(cè)密封膠5老化后，造成室外雨水倒灌進入窗體上部形成漏水；泛水件內(nèi)側(cè)雨水造成的漏水是因為外泛水件長度方向搭接，因搭接處的密封膠老化或密封不到位，造成室外雨水經(jīng)搭接處的縫隙進入外泛水件內(nèi)側(cè)，雨水直接進入窗體上部形成漏水；OHC系統(tǒng)通過幾年來的探索分析，對此進行了改進與創(chuàng)新。解決了困擾本行業(yè)多年的門窗洞口上端防水難題，其改進后的節(jié)點做法如下圖13。
圖13
圖中，1-外墻壓型板；2-內(nèi)墻壓型板；3-窗口外泛水件；4-窗口內(nèi)泛水件；5-外泛水件與窗體間密封膠；6-外泛水件上凸起的止水槽；7-裝飾條；8-密封堵頭
通過對比圖12和圖13可知，兩者做法基本一致，不同的是圖13中外泛水件3上設(shè)有兩條通長凸起的止水槽和滴水孔。兩條止水槽波峰高5mm，通過調(diào)整其左右位置，可以將外泛水件的內(nèi)、外雨水均阻于止水槽的左側(cè)而自然滴下，不會向右移至窗體上的密封膠處。外泛水件的內(nèi)部積水也會經(jīng)滴水孔流到外邊。這就解決了門窗洞口上部的剛性防水問題。
而《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（三）》（08J925-3）等標(biāo)準(zhǔn)圖集中的窗體洞口下端節(jié)點做法如下圖14。
圖14
圖中，1-外墻壓型板；2-內(nèi)墻壓型板；3-窗口外泛水件；4-窗口內(nèi)泛水件；5-外泛水件與窗體間密封膠；6-密封堵頭；7-窗體；
通過大量的工程實例和分析可知，當(dāng)窗體下的密封膠老化后，雨水會經(jīng)由此處的縫隙而流進窗體內(nèi)側(cè)，形成窗臺下面漏水。OHC 系統(tǒng)對此進行改進如下圖15所示。
圖15 節(jié)點常規(guī)做法
圖中，1-外墻壓型板；2-內(nèi)墻壓型板；3-窗口外泛水件；4-窗口內(nèi)泛水件；5-外泛水件與窗體間密封膠；6-密封堵頭；7-窗體；8-凸起的止水槽
從圖15可知，凸起5mm的止水槽的設(shè)置，將從根本上解決窗體下的密封膠老化后，雨水會經(jīng)由此處的縫隙而流進窗體內(nèi)側(cè)的現(xiàn)象。
3. 建筑圍護系統(tǒng)防水剛性化的展望
鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)的防水剛性化設(shè)計，仍有很長的路要走，目前主要有以下幾個方面的問題尚沒有得到較好解決。
1）各種泛水件、包邊件的加工長度仍受加工設(shè)備條件的限制，實際工程中仍需縱向連接。而連接仍需采用拉鉚釘或縫合釘、密封膠或自粘膠泥，其防水性能較差。其防水年限受密封膠或自粘膠泥抗老化性能的影響很大，應(yīng)著重解決其間的剛性防水連接。
2）各種屋面洞口的設(shè)置，嚴(yán)重影響了金屬屋面系統(tǒng)的剛性防水問題。對此，應(yīng)配套解決洞口與金屬屋面板之間的具有剛性防水的連接技術(shù)。
3）金屬屋面上各種采光帶或采光窗的設(shè)置，也影響了金屬屋面系統(tǒng)的剛性防水問題。由于采光件與金屬屋面板材質(zhì)差異，造成其間的連接難以實現(xiàn)剛性化防水。甚至溫差變化也影響了其間的剛性化防水的連接。等等。
隨著科學(xué)的進步與發(fā)展，人們一定會在鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護系統(tǒng)的防水剛性化技術(shù)上取得更大進步!
參考文獻(xiàn)
1. 06J925-2，《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（二）》北京: 中國計劃出版社, 2006年12月
2. 08J925-3，《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造（三）》（含壓型鋁合金板）北京: 中國計劃出版社, 2008年9月
（北京東方誠國際鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司）
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