采光頂工程設計中存在的問題及解決對策分析

　　1 引言

　　采光頂以其通透、輕靈、造型豐富等特點，受到建筑設計師的普遍青睞，廣泛使用于公共建筑。然而，近幾年采光頂的施工質量，特別是雨水滲漏（詞條“滲漏”由行業大百科提供）問題是用戶投訴的重點，這是由于采光頂一般位于大堂、大會議室等重點部位的屋面，一旦發生雨水滲漏，輕則室內墻壁、吊頂（詞條“吊頂”由行業大百科提供）殘留水漬，影響美觀，重則將整個精裝修破壞，甚至引起電器損壞，影響到使用功能。例如2009年夏天，一場不大的暴雨讓北京某部委辦公樓的采光頂相形見絀，雨水透過采光頂，使室內成了“水簾洞”，內裝修全部“泡”壞，造成的社會影響極其惡劣。這不是個案，有時甚至是普遍現象。有人說采光頂是“十頂九漏”，看起來并非危言聳聽，只不過嚴重程度不同而已。因此，提高采光頂的施工質量，特別是防雨水滲漏的質量刻不容緩。本文試圖從采光頂的驗收標準、設計和施工控制等多個方面，研究探討采光頂存在雨水滲漏質量問題的主觀和客觀原因，并提出了相應的對策，以供各位同仁參考。

　　2 驗收標準嚴重滯后

　　根據采光頂的定義，玻璃完成面與水平面的夾角小于75o屬于采光頂，大于75o則屬于幕墻，故很多人都把采光頂稱之為“躺著的幕墻”。因此，采光頂設計和施工時一般參考《玻璃幕墻設計和施工技術規程》(JGJ102)，驗收時則參考《玻璃幕墻驗收標準》(JGJ113)，然而采光頂不能簡單認為是“躺著的幕墻”，它和幕墻有著本質的區別。一、起主要作用的荷載不同。玻璃幕墻的主要作用荷載是風荷載，自重荷載則處于次要位置。而采光頂的主要作用荷載是自重荷載，當然，有時雪荷載（詞條“雪荷載”由行業大百科提供）也不能忽略，風荷載則處于次要位置。二、對玻璃的要求不同。雖然學術界目前還有所爭議，但采光頂必須采用夾膠玻璃，以防玻璃破壞后傷人，而玻璃幕墻則無此強制的規定。三、主要的構件不同。排水槽或天溝是采光頂特有的構件，而且此構件對采光頂的排水功能起著關鍵重要。而玻璃幕墻則無此構件。四、對冷凝結水的重視程度不同。玻璃幕墻是站立構件，冷凝結水順著玻璃和框架流動，不會產生較大影響;而采光頂是平躺構件，玻璃上聚積冷凝水后，在重力作用下會隨時滴落，影響到使用功能。因此，采光頂應采取措施，降低冷凝水的不利影響。

　　也有很多人將采光頂完全歸屬于屋面的范疇，這也是不正確的。與普通屋面不同，采光頂很重要一個功能是采光，因此很多應用于普通屋面的防水材料、防水構造都不能使用在采光頂中。另外，采光頂采用的玻璃、聚碳酸酯板、ETFE(乙烯和四氟乙烯的改性共聚物)膜等透明材料，都有易碎或易破壞的缺點，因此須采取一定措施進行保護，這也是采光頂和屋面有著不同之處。因此，在設計和施工時完全參考《屋面工程質量驗收規范》(GB50207)，也是不科學的。

　　由此可見，采光頂既不同于幕墻又不同于普通屋面，有其特殊性，玻璃幕墻和建筑屋面的規范和標準都不完全適用，為以中國建筑科學研究院于2006年就開始組織編寫《采光頂與金屬屋面技術規程》，本人也有幸參加了此規程的編寫。現已通過專家審查，正報住房與城鄉建設部審批。除此之外，目前還沒有一本有關采光頂的技術規程或驗收標準正式頒布，這顯然嚴重滯后于采光頂施工生產的實際。在此之前和將來較長一段時間內，采光頂工程都將沒有統一的技術規程和驗收標準指導設計和施工，似乎處于“群龍無首”的局面，這是造成國內采光頂的施工質量整體不高的重要原因之一。就比如天溝是采光頂排水和防水的重要環節，但在《玻璃幕墻工程質量檢驗標準》(JGJ/T139)中卻只字未提，施工和驗收時也常常將其忽視，造成了采光頂天溝的施工質量普遍較差。又比如說GB21086和JGJ102都對玻璃的最大撓度值?max做了規定，即?max≤L/60(L為玻璃短邊的跨度)，此規定對采光頂而言，顯然過松。原因是采光頂處于平躺狀態，若撓度過大，則易在玻璃板塊或采光頂的中央積水，久而久之便引起采光頂的滲漏。

　　3 采光頂設計中存在的問題

　　采光頂出現雨水滲漏現象，很大原因是由建筑設計不科學、結構計算不完整以及構造節點不合理引起的，而這種不合理是先天的，幾乎無法修復，對采光頂施工質量的“貢獻”是巨大的，差不多占到80%。因此采光頂設計時存在的問題必須在設計時解決，否則后患無窮。

　　3.1 建筑設計不科學

　　3.1.1 采光頂或天溝設計的排水坡度過小，甚至沒有坡度。

　　按照“防排結合”的防水理論，排水坡度對采光頂的防水性能至關重要，但很多建筑師為了追求美觀的效果，把采光頂的排水坡度留置很小，甚至不留，而采光頂設計師為了減少玻璃下料難度，又人為地降低采光頂的坡度。《屋面工程設計規范》(GB50207)要求屋面的坡度不小于2%，是針對剛性較大的混凝土（詞條“混凝土”由行業大百科提供）屋面而言的，但對于剛性相對較差的鋼結構采光頂，特別是索網結構的采光頂，顯然不太合理，應該更加嚴格一些，建議提高到3%。這是因為鋼結構或索網結構本身對允許撓度[ max]的取值就較大，再加上玻璃的撓度，兩撓度允許值疊加有可能比坡度還大，怎么能起到排水的功能?另外天溝的排水坡度問題也常常被設計師忽略，特別是如圖1和圖2所示，是雨水管間距較大，達到10m，玻璃與結構間距又較小，只有200mm，如果按最小坡度2%設計，則水槽最淺的位置不足100mm，顯然不能滿足排水槽最小深度150mm的要求。

　　圖1 水槽平面圖

　　圖2(a)雨水管處剖面圖 　　圖2(b)水槽脊線處剖面圖

　　解決此類問題的辦法有三條：一是增大玻璃至結構的距離。當然，由于排水槽位置一般為采光頂的最低點，也即坡起點，如果增加玻璃至結構面的距離，會導致整個采光頂的高度全部增加，有時建筑師是不允許的。二是減小雨水管的間距，也即增加雨水管的數量。此法對降低排水槽的起坡的絕對值有較大效果，但過多的雨水管會影響視覺效果，特別是通過鋼柱等隱藏的雨水管，建筑師更是不允許。三是將排水槽放置在鋼梁底下，也即懸掛式水槽，對室內效果有一定影響。四是采用虹吸式排水系統，其排水坡度可以降到1%，這也是國內比較流行的做法，但是成本比較高。因此應當將以上綜合考慮，反復比較，以達到最佳的方案。

　　3.1.2 雨水管的數量少，管徑太小，排水槽或天溝的截面尺寸過小。

　　雨水管的數量、間距、管徑以及排水槽或天溝的截面尺寸等，都可以通過計算得到并加以采用。但由于采光頂坡度大，匯水急，再加上采光頂通常只有一層薄薄的密封膠防水，而不像混凝土屋面有剛性或柔性多道防水層，因此，在采光頂的雨水量計算時取值應趨于保守些。通常這些內容的計算由建筑給排水工程師完成，但國內時常將此項工作交給采光頂設計師，而采光頂設計師又往往不善于此，所以有時就不經計算，隨便取值，這是采光頂出現排水不暢，排水槽中積水過多，甚至發生雨水滲漏的一個重要原因。就比如重慶萬達廣場的地鐵入口采光頂，原設計為自由排水，沒有排水槽，后改為有組織排水，采光頂設計師增加了一根UPVC雨落管，直徑只有80mm。如圖3所示，該采光頂匯水面積為160㎡，顯然雨水管數量偏少，管徑也太小，所以每次下大雨，都幾乎要將地鐵口“泡”成水簾洞，業主非常不滿意。后經過返修，并再增加一根直徑為150㎜的雨水管，很好地解決了漏雨的“痼疾”。

　　圖3 重慶萬達廣場采光頂平面圖

　　3.1.3 造型過于復雜，與土建結構銜接不合理。

　　有些建筑師為了追求新奇的視覺效果，將采光頂設計得十分復雜。不僅給施工帶來極大的困難，同時由于交叉線條多，應力（詞條“應力”由行業大百科提供）易集中，密封膠的施工質量難以保證，極易產生拉裂破壞，引起雨水滲漏。北京某民主黨派辦公樓的采光頂，玻璃全部為弧形造型，有正弧、有反弧，局部位置則有五條弧線相交，其平整度和光滑度以及密封膠的施工質量都難以保證。再加上只有一道密封膠防水層，在熱脹冷縮的溫度應力作用下極易開裂，幾乎每年都要維修一次。

　　有些采光頂與土建結構的銜接極為不合理，如中央統戰部辦公樓的采光頂，面積不大，施工困難卻不小。如圖4所示其截面造型為半圓形，西面緊挨著一道混凝土墻，由于靠墻的排水槽只有200mm寬，操作空間極其狹窄，打膠質量很難保證，每次下雨，都因水槽積水過多，雨水從縫隙滲入到室內。后經多次返修才解決該質量難題。如果當初將采光頂的截面由半圓改為四分之一圓，取消內側排水槽，就沒有類似的施工難題。

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