摘要：在采光頂位置做覆水處理，讓采光頂不僅具備了采光的功能，同時還能降低能耗、讓室內的投影效果更有動感。但是，持續水壓的存在，增加了采光頂發生滲漏和玻璃自爆的風險。本文以廈門萬象城項目為實例，分析了覆水采光頂的技術處理，重點介紹其防水設計。
關鍵詞：玻璃采光頂；覆水；防水設計；密封膠；多道密封；疏堵結合
作者：章一峰，程智鑫，張光智，王建嬌，連成曉，歐陽本文

導語
如何讓原本平淡無奇的采光頂增加更多細節和看點，建筑師們做過很多嘗試。通過覆水的方式讓采光頂不僅具備了采光的功能，同時還能降低能耗、讓室內的投影效果更有動感，但也給幕墻設計和施工提出了不少難題。本文以廈門萬象城項目為實例，分析了覆水采光頂的技術處理，重點介紹其防水設計。
1 項目概況
廈門萬象城項目位于廈門市思明區，幕墻面積約55460m＾2，覆水采光頂位于商業裙房中庭位置，玻璃
完成面標高為 24.55 m，覆水深度10cm，面積約390m＾2，設計基本風壓為 0.8kN/m＾2，抗震設防烈度為 7.5度。圖 1 所示為總承包單位移交的工作面。

2 鋼結構設計
作為整個覆水采光頂支撐系統最基礎的部分，鋼結構的安全性顯得尤為重要。考慮到覆水采光頂的自重因素，在鋼結構設計時恒載取值為 1.5 kN/m＾2，活載取值為 2.0 kN/m＾2，經軟件模擬計算，決定鋼構主梁采用 50×200×10×24的 Q235B 焊接 H 型鋼，次梁為 200×100b 的 Q235B熱軋 H 型鋼，表面采用熱浸鍍鋅處理，鍍鋅層厚度不小于 85 μm。本工程跨度較大，主梁通過高強螺栓與埋件連接，埋件采用對穿錨筋與主體結構相連 （圖2）。

3采光頂設計
   在解決了采光頂的生根問題后，采光頂設計時還需克服以下問題:
1）避免玻璃在水壓下的自爆;
2）采光頂系統的安全性;
3）采光頂系統的防滲漏。
3.1玻璃的自爆問題
   玻璃自爆已然是玻璃幕墻中飽受垢病的話題。一般情況下，玻璃分割越大，自爆率越高。此外，玻璃的自爆與安裝間隙也有密切關系。如果安裝間隙過小，在外力作用下，極易產生自爆。覆水采光頂的玻璃，由于水壓的持續作用，玻璃與結構面之間的間隙幾乎可以忽略不計。因此，普通玻璃無法承擔覆水采光頂的面板功能。本工程的優勢在于，水下玻璃不會因夏季日照與室內形成太大的溫差。
   經過多方論證和計算之后，本工程覆水采光頂最終采用了10+1.52SGP+8 ( Low-e) +12A+10+1.52SGP+8雙夾膠超白中空玻璃作為面板，這種玻璃包含了4片超白玻璃，而非常見的僅外片玻璃采用超白工藝。超白玻璃良好的透光率能使覆水層的景觀透射到室內時沒有過多衰減；其低于鋼化玻璃的自爆率也能最大程度的降低風險；同時，采用 SGP 膠片能有效結合兩片玻璃的整體剛度共同發揮作用，保證采光頂面板的平整性。
3.2 采光頂系統的安全性措施
采光頂系統的安全性由鋼結構、幕墻龍骨、幕墻面板等共同發揮作用來實現，任何一個環節出現問題都將導致不可估量的后果。幕墻龍骨生根于鋼結構上。采光頂圓心區域撓度最大，為防止其變形，中心部位做預起拱處理，以正圓中軸一分為二向兩側圓弧邊形成 1%的高差。
在進行玻璃采光頂設計時，建筑師往往追求更通透的效果，采用更大的玻璃分割尺寸，這必然會增加玻璃的自爆率。同時考慮上述兩方面的需求，計算得出本工程最大玻璃分割為 3854 mm×1928 mm （圖3）。

同時，與玻璃面板相匹配的龍骨，也需要結合各項工況計算其是否滿足受力要求。部分荷載值無法直接獲取，如覆水層，通過分析 120 mm 深水的密度與自重提取數據。表 1 為采光頂部位荷載組合情況，可以算出荷載組合作用標準值為 Wkw=3.42 kPa；荷載組合作用設計值為：Wkw=4.58 kPa。

鋼梁需同時兼顧排水設計，因此造型設置成枝椏狀（圖 4），經驗算，其水平荷載作用下的彎矩為 1.11kN·m，橫梁抗彎強度達 150 MPa。

幕墻龍骨荷載核算時，必須同時考慮采光頂上部清洗、維護等上人集中活荷載的情況。
除了計算面板與龍骨等主要材料的結構安全性外，對壓塊集中力作用下的應力，單個螺釘的抗拉、抗剪以及結構膠的寬度、厚度等，也要進行仔細驗算，為以上輔材的選擇提供依據。
3.3 采光頂的防滲漏措施
對于普通采光頂來說，雨水的侵襲并不是持續的，且在自身排水坡的作用下水勢呈動態流動，不易長時間在某個點積壓，即使有漏水點也不至于存在太大的壓力差導致大量滲漏，也不易由于水壓將小型漏水點擴大。
但是，對于覆水采光頂來說，積水是長期而持續施壓的，所以其最大的隱患就是滲漏問題。且一旦出現滲漏，即使是非常微小的點，也會在持續不斷的水壓作用下進一步擴大，節點設計時應充分考慮各個漏水點的處理，以及后續施工過程中可能產生的疏忽。
本工程的防水遵循“疏堵結合、多道密封、有序引導”的原則。防水構造示意見圖 5。

如圖 5 所示，利用雙層夾膠中空玻璃“內大外小”的飛邊處理，將裝飾扣蓋處理成與玻璃完成面齊平的形式；同時，為了提升中空玻璃的剛度以及提升螺釘的接觸面，在其后方增加了 1 根過橋料。裝飾扣蓋的頂端設置成凹字形，一方面為螺釘留出精準的空間，另一方面由連續的密封膠（寬度 15 mm）形成密閉的第 1 道防水。
扣蓋兩側與第 1 片夾膠玻璃相連的位置均由泡沫棒填充，并填滿密封膠（寬度 8 mm）；扣蓋兩側與第2 片夾膠玻璃相連的位置由三元乙丙膠條密封，形成第 2 道防水。
第 2 片夾膠玻璃與枝椏狀幕墻龍骨之間以泡沫棒+密封膠密封，形成第 3 道防水。為避免泡沫棒滑落導致密封膠的移動，在枝椏狀幕墻龍骨相應位置增加了 1 條橫向的筋，用以承托泡沫棒與密封膠，提升密封效果。
枝椏狀幕墻龍骨與第 2 片夾膠玻璃的底口采用三元乙丙膠條密封，形成第 4 道防水。
此外，所有的螺釘孔均抹密封膠密封處理。
本工程通過兩道密封膠、兩道密封膠條的組合，形成“內外結合、固定與非固定相結合”的工藝，完成了對頂面覆水層的封堵工作。由于外部水壓的持續存在，采光頂的排水只能通過內部集水槽集中排水至落水管。根據水量可以將入侵水分為微量水、中量水和大量水，排水處理也有針對性地設置了 3 種排水渠道。
利用枝椏狀幕墻龍骨的造型，在第 3 道防水與第4 道防水之間設置 2 個集水槽，水槽深度為 42 mm、寬度為 32 mm。由于采光頂已預起拱 1%的坡度，該水槽在漏水初期可利用高差將室外水有組織地排放至指定位置。
在第 4 道防水的兩側，同樣利用枝椏狀幕墻龍骨設置了 2 個小型集水槽，水槽深度為 15 mm、寬度為12 mm。該水槽負責將室內側微量的冷凝水輸送至落水管。
此外，在鋼結構與幕墻龍骨相連的位置設有 1 個由 2 mm 厚鋁單板折彎形成的大型水槽，用于引導排放大量水，水槽深度為 50 mm、寬度為 230 mm。此處部分由螺釘相連的位置，均在螺釘上抹密封膠密封，整體還鋪有一層防水硅膠片（圖 6）。

采光頂四周采用 1.5 mm 厚彎弧擋水鋼板收口，此處的裝飾扣蓋也同樣為彎弧型材，在提單下料時應充分分析二者的半徑與弧度，形成嚴絲合縫的銜接，避免縫隙過大導致密封性不夠或縫隙過小導致密封膠的延展性不佳。扣蓋與鋼板相連部位采用泡沫棒+密封膠密封，并同時在第 3 道防水位置增加 1 塊 1.5mm 厚的擋水鋼板（圖 7）。鋁板內側依然延續主體結構的防水層。

4 小結
與普通采光頂相比，覆水采光頂的設計還需注意以下幾點：1）水壓持續存在，防水要求更高；2）表面恒荷載應考慮水的自重，且不能僅限于圖紙上示意的深度，應留有一定的余量；3）玻璃的防自爆要求更高；4）室內通透性如何保證；5）考慮上人維護清洗時的集中活荷載時，還需要額外增加部分機械設備的集中活荷載。
在采光頂位置做覆水處理，目前在國內應用中還不是太普遍，因此許多經驗還是建立在普通采光頂安裝的基礎上進一步深化的。本工程案采用 4 道封堵、3道排水、1 道擋水結合主體結構防水的工藝，利用設計上的冗余嘗試徹底解決覆水采光頂的滲漏水的問題。在實際施工與使用、維護的過程中，必然還會存在出人意料的狀況。本工程目前尚處在施工階段，后續的經驗另撰文總結。