本文摘自：《建筑幕墙创新与发展》未经许可不得转载
一、引言
随着国内建筑业的高速发展，为体现建筑的艺术效果与建筑功能的实现，建筑幕墙得到大量的运用。幕墙作为建筑的外围护结构，不但实现了丰富的建筑效果，并且，作为外围护结构，在外墙结构的水密性、气密性、保温节能、通风开启、抗震（词条“抗震”由行业大百科提供）变形等优越的性能使之在建筑上得到广泛的运用。
研究幕墙在建筑上的运用，首先需研究建筑所在地的气候特征，建筑外围护结构的各种性能特点，比如水密性、气密性、保温性都与建筑形态与建筑气候密切相关;中国幅员辽阔，不同地区气候变化很大，所以在研究幕墙性能特点时，须与建筑气候一起统筹考虑;在这样的设计思路指导设计出来的幕墙结构将非常符合建筑特征的针对性，并各种幕墙性能均具有较好的保障。
常见的幕墙防水设计思路有两种，第一种是被动防水，即完全依靠外墙接缝的打胶（词条“打胶”由行业大百科提供）进行密封封堵的防水。第二种是主动防水，通过优越的幕墙结构设计进行等压腔体的布置，进行消除风压对幕墙缝隙的影响，并进行合理的导排水路的布置进行主动导排水考虑，最终实现优越的幕墙水密性能。
通常认为，幕墙实现漏水的三个要素：1、有水存在，2、外墙表面有接缝存在，3、有能使水通过接缝进入室内的压力存在。分析这三个要素，幕墙水密性的设计的重点即是如何消除使水通过接缝进入室内的压力。一般情况下，对于单元体幕墙系统，幕墙技术是考虑通过设置等压腔体进行消除压力。国内幕墙行业设计人员、各种技术会议及各种招投标会议处处充满了幕墙等压腔体的讲述，但事实上，在暴风雨下漏水的幕墙比比皆是，在严格的幕墙性能试验过程中，能够在一次性通过水密检测的幕墙却非常的少。幕墙水密性的考虑不应当仅仅停留在口头理论阶段，而应该深入分析理解设计原理，并通过工程经验的不断总结，理论联系实际，并通过幕墙设计生产施工的实践验证，方可真实实现可靠幕墙的水密性能。
在实际的自然环境中，风压是随时变化的，雨水在变化的风压下对幕墙的密封性能影响极大，并且，因为建筑的外表面的接缝非常繁多，要能够保证所有的接缝均完好的有效密封几乎是不可能的，上述第一种被动防水设计，即是将所有外露表面的各种接缝打胶密封，此密封胶缝隙将时刻处在风压的作用下，无数的幕墙案例表明，按照这种思路完成的幕墙项目水密性能很差。在某些情况下(比如隐框构件式幕墙)，当不得不使用被动防水设计施工时，建议根据建筑的形态、变形、密封胶的性能特点，对密封缝隙进行专门的处理。本文研究的重点是第二种主动防水方式，利用幕墙结构设计与等压腔体导排水布置，消除与降低等压腔内外的气压差，最大可能的阻挡水到达腔体的接缝，并将进入幕墙腔体的雨水尽快的排出室外;实际工程经验表明，按照这种思路设计的幕墙水密性均能达到理想的指标。下面我们通过实际工程案例进行幕墙防水的分析。
二、苏州中信金融港项目的幕墙概述
图一 苏州中信金融港项目效果图
苏州中信金融港商务中心项目由美国GP建筑设计公司与苏州设计研究院股份有限公司进行设计，现代幕墙系统技术(苏州)有限公司承担幕墙系统设计顾问工作;项目位于苏州工业园区南施街与现代大道交叉口，分为东楼与西楼。其中西楼为苏州中信银行办公用楼，包括一栋112米高的22层塔楼和一栋3层裙楼建筑。东楼包括一栋156.8米高的42层服务式公寓塔楼，以及15米高的3层裙楼建筑。
苏州中信金融港商务中心项目建筑外立面的设计概念是力求增强每栋塔楼的纵向高度感并与周围较为沉稳的建筑群体形成对比，这一效果是通过3层楼高的带角度的玻璃的纵向交错排列来实现。这些复杂的带角度的外墙变化给幕墙的设计带来非常大的技术挑战。
首先，我们对此项目进行气候性能特征分析，苏州地区位于北亚热带湿润季风气候区，年均降水量达1100毫米，温暖潮湿多雨，季风明显，四季分明，雨量充沛。苏州地区时常遭受热带风暴(台风)的暴风雨袭击，每年在暴风雨水的袭击下，许多的建筑幕墙出现漏水等破坏情况。针对此地区复杂的气候特点，及分析本项目建筑外墙的特征，本项目的幕墙有较高的水密性要求，并须保证在台风暴雨作用下的性能。
根据《建筑幕墙》GB/T 21086-2007，幕墙的雨水渗透性能以发生严重渗漏现象的前级压力差值P作为分级依据，经过分析计算，固定部分值计算P=1370Pa，开启部分值计算P=648Pa，根据规范，本项目幕墙的水密性性能分级为3级，此性能等级则为幕墙系统设计的水密性能目标。
三、幕墙系统防水设计
进行幕墙设计前，我们先对项目的外墙系统进行分类，本项目因为建筑造型复杂，外墙变化形式多样，幕墙系统繁多，大致上可以分为塔楼凹凸结构单元体幕墙系统、垂直线条结构单元体幕墙系统、外挑玻璃肋结构单元体幕墙系统、裙楼采光顶幕墙结构、内平开窗（词条“平开窗”由行业大百科提供）结构、裙楼构件式幕墙系统等等。本文通过典型的单元体幕墙系统进行防水设计的介绍。
单元体幕墙系统防水设计介绍：
图二 幕墙典型分割大样图
首先我们在建筑外立面设计的基础上对幕墙进行单元划分，按照横向标准分割尺寸1690mm与1310mm，竖向一个楼层高度作为一个单元体板块(见图二)。图三为本项目标准位置的单元体幕墙竖向节点，反映的是标准单元体左右竖向接缝密封处理方式，通过设置多个腔体，形成铝合金公立柱与铝合金母立柱，安装时进行单元体公母立柱插接。图四为本项目标准位置的单元体幕墙横向节点，表达的是幕墙横向接缝密封处理方式，通过单元板块的安装插接，完成幕墙等压腔的实现及幕墙安装的完成。
图三 标准位置单元体幕墙竖向节点
图四 标准位置单元体幕墙横向节点
因幕墙系统要实现建筑的保温节能性能，并要综合防水排水的设计，在项目的系统设计时，综合考虑了各个腔体的结构等压腔的实现、胶条的合理布置、合理的导排水路径、各类密封材料及生产装配工艺的综合运用而进行幕墙防水及节能的实现。
因本幕墙外观为竖向明框横向隐框，为了保证幕墙节能的完善，在幕墙节点设计中，框料采用美国亚松注胶节能进行设计，并在插接缝隙位置使用了专门设计的三元乙丙节能密封条（词条“密封条”由行业大百科提供）与亚松隔热（词条“隔热”由行业大百科提供）注胶节能型材及节能玻璃共同形成完善的节能体系。并为了考虑室外开敞接缝的堵水作用，通过接缝布置特殊形状的胶条进行挤压搭接，阻挡了下雨时大量雨水进入等压腔的可能，并通过胶条隔断室了外空气与等压腔空气，避免风雨时气压引起的气流流速过快对等压腔的破坏作用。并因为横竖向胶条的阻断作用，避免的热空气的对流与热量的辐射作用，大大提高了节能性能。
整个幕墙系统的设计均按照等压结构排水及密封连续性的原则设计，以确保单元式铝框架、窗间墙等各类综合系统的整体水密性能。并且，在所有铝框架构件之间的接缝，螺丝和螺栓，交接点挡水板，及其他所有配件均需按照技术要求进行密封胶密封处理，以组成一个严密连续的防水幕墙构件和要素。
前面我们介绍了项目所在地苏州的气候特征，苏州地方雨水量大，并在台风作用下的暴风雨袭击对幕墙水密性影响与破坏非常之大。幕墙防水的理念之一就是保证等压腔体的风压与室外相等，但是，在室外随时变化的风压与雨水同时作用下，即使是完全密封的幕墙及门窗也会出现缝隙而漏水。当雨水在风压作用下，超过等压腔体的导排水设计限值时幕墙就会发生渗漏，所以幕墙的防水设计必须考虑这些动态可变的风压影响的情况。
幕墙作为建筑的外围护结构，还必须具备幕墙节能及变形承受的功能，需对于插接深度进行研究，考虑幕墙的变形位移，确保在发生幕墙变形时同样能满足幕墙的水密气密功能。
在幕墙系统设计时，需考虑以下的位移对幕墙性能产生的影响，包括：设计荷载造成的翘曲，设计风荷载重复周期作用下造成的翘曲，建筑位移造成的尺寸和形状改变：包括沉降、收缩（词条“收缩”由行业大百科提供）、弹性（词条“弹性”由行业大百科提供）压缩、楼板梁挠度、裂缝、风造成的摇摆、地震活动、扭曲、倾斜、温差和潮湿引起的位移。
图五 单元幕墙（词条“单元幕墙”由行业大百科提供）伸缩缝（词条“伸缩缝”由行业大百科提供）设置示意
图五表达的是单元体幕墙板块之间的伸缩缝的设置与变形情况。根据伸缩缝的分析结果，确定标准位的插接伸缩缝尺寸为A。在变形时单元体板块相对位移时，拉伸状态下最大缝隙尺寸为B。在压缩状态下最小缝隙尺寸为C。幕墙系统设计的要求需保证在无论是在拉伸状态还是在压缩状态下，均需保证幕墙的基本性能，并依旧能够实现幕墙性能的保证。
图六 幕墙节能计算云图
图六表达的是此幕墙系统节能计算的温度图，经过节能玻璃、注胶隔热、密封胶条的合理设计，实现了较好的节能保温性能，本项目的幕墙整体U值经过分析计算为2.2 W/(m2˙K)，满足了本项目节能的要求。
图七 平面转折变化的幕墙系统节点
在本项目中，因为建筑特征的特殊性，外幕墙不是一个连续完整的平面，而是具有很多各种角度的幕墙体系，对此，幕墙系统设计进行专门的分析考虑，使幕墙系统的密封性能保证连续完整。图七为平面各种角度转折变化的单元体幕墙系统做法。无论幕墙外观是如何变化，均是按照等压结构导排水及密封连续性的原则来进行复杂的系统考虑及细节设计，并在设计中同时考虑生产制造的可行性。图八是各种角度转折变化完成后面的幕墙实际照片。图九是单元体幕墙在横向前后进退交换的节点，通过上横料的前后进退变化，实现建筑外立面的特殊效果，在进退变化中，依然维持防水密封的可靠连续过度关系。
图八 角度转折变化幕墙完成后现场照片
图九 单元体幕墙横向前后进退交换节点
作为单元体幕墙系统，底部收口也是防水设计的重点，一方面需保证幕墙与建筑底部防水的有效结合，另一方面要保证由单元接缝进到等压腔体的雨水外排顺畅。将铝合金单元底横料与土建结构的接缝进行可靠密封，并在密封胶外使用防水膜将底横铝合金料及结构表面有效防水覆盖，最后在底横料外面再安装铝合金板作为排水板，确保进入等压腔的雨水及单元竖向缝隙进来的雨水可靠的外排，保证幕墙与建筑的整体水密性能，图十是本项目的单元体幕墙底部收口设计。
图十 单元体幕墙底部收口节点
四、幕墙模型性能试验
在设计过程中，所有的幕墙系统设计与细节的考虑均是基于理论情况与过去的项目经验而进行，但自然界复杂的气候条件及建筑的不同特征与特点决定了每个项目的幕墙系统独特性。所以，在进行幕墙大批量生产制造前需进行幕墙模型性能试验的检验，并且根据试验情况进行可能的设计与制造工艺的调整。
为了在试验过程中准确模拟自然界的恶劣天气，本模型的试验采用了中国标准与美标动态水密性试验相结合的试验。按照美标AAMA 501.1-05，用飞机头螺旋桨产生的最大风速对幕墙形成风压，结合外雨水喷淋的做法，准确模拟狂风暴雨的状态来测试幕墙系统的水密性能。
本项目试验在江苏省建筑工程质量检测中心有限公司苏州检测基地进行，按照以下试验流程进行：
(1)打开、关闭开启窗50次。
(2)预加压测试。
(3)国标气密性测试(GB/T 15227)。
(4)美标气密性测试(ASTM E283)。
(5)静态水密性测试(ASTM E331)。
(6)动态水密性测试(AAMA501.1)。
(7)静态水密性测试(GB/T 15227)。
(8)抗风压性能试验(GB/T15227)。
(9)抗风压性能试验(ASTM E330)。
(10)重复水密性试验 (ASTME331)。
(11)平面内变形性能-竖直方向。AAMA501.4
(12)重复水密性试验 (ASTME331)。
(13) 平面内变形性能-水平方向。AAMA501.4
(14) 平面内变形性能-水平方向。GB/T 18250
(15)重复水密性试验 (ASTME331)。
(16)垂直于幕墙平面方向变形性能 AAMA501.4
(17)重复水密性试验 (ASTME331)。
(18)擦窗机销座荷载试验。
(19)重复美标气密性测试(ASTM E283)。
(20)重复水密性试验 (ASTME331)。
(21) 1.5倍设计风压测试(ASTME330)。
试验将国标规范与美国规范进行了整合，对水密性试验进行了强化，进行了动态水密性试验与多次的重复水密性试验，确保在试验中能够发现幕墙系统设计与生产制造上的不足。
图十一 实体幕墙模型试验过程中
图十二 模型试验的出现的部分漏水
图十三 模型试验的开启窗部位漏水
在动态水密性测试(AAMA501.1)过程中，由飞机头螺旋桨产生的最大风速对幕墙形成风压，在15S 内施加至1000Pa的压力，在该压力下以3.4 L/(m2·min)的淋水速度，持续淋水15 分钟，淋水装置为外喷淋，在此条件下检查幕墙固定部分接缝是否有渗漏。在解除压力情况下，关闭淋水装置，待模型状态稳定，进行检查试验过程出现的部分漏水，根据渗漏情况，进行检查分析渗漏的原因，改进幕墙系统生产制造工艺。
在本项目试验过程中，有多次重复性的水密性试验。在进行抗风压试验与变形位移试验后面再进行多次重复水密性试验，这样能够检测幕墙在经过狂风暴雨及位移变形后需继续保持幕墙水密性的功能。
在检测过程中，幕墙模型发生了开启窗漏水及多点固定玻璃漏水的情况。在对照生产装配图纸与现场样板情况，发现漏水的部分原因如下：
1， 部分单元体板块装配工艺不合格，应密封处理的地方没有进行有效密封。
2， 部分单元体排水孔没按图生产，导致雨水导排不畅。
3， 模型单元体样板封边料没完全按图施工，导致模型封边处漏水。
4，开启窗胶条设置有误，导致密封性差。
针对模型检测中发生的问题，查找原因，分析问题，进行改进幕墙工艺制造，并提出更高的质量标准，这些修订工艺文件同时作为批量生产幕墙的工艺依据与检查文件。
五 现场质量检查
在幕墙进行生产施工过程中，作为本项目的幕墙设计方与幕墙顾问工程师，对幕墙生产制造过程中每一个工艺环节进行质量的检查工作。对照项目施工图生产图技术要求及规范，在幕墙承包商生产工厂进行全面的质量检查工作，对于影响防水方面的工艺是检查中的重点。在检查中，也发现了若干的质量问题，包括：打胶不合格、铝材铣切错误、胶条密封情况、型材装配拼接等各种各样的问题。通过检查结果，要求幕墙承包商进行改进生产工艺施工工艺，并制定有效的质量管理方式。
图十四 质量检查典型问题照片
图十五 质量检查典型问题照片
图十四与图十五，是在幕墙承包商生产工厂进行质量检查时发现质量问题的典型照片。这些问题反映了工厂对技术质量要求的不足，细节装配拼缝密封不能够满足技术要求，在工艺孔加工时破坏单元体幕墙插接翅，这样的单元体幕墙将不可避免的带来漏水的出现。对于这些工艺水平不满足技术要求与规范的，立即停止生产作业，进行工艺整改，重新制定可行的工艺文件与质量检查文件，经过建筑师、顾问、监理、业主代表联合审批认为可以达到质量要求方可继续进行生产工作。
在现场安装过程中，为验证现场幕墙安装完成后的水密情况，根据AAMA501.2-03及其描述的设备，进行现场的幕墙淋水试验。选取现场的已完工的幕墙单元，分别按照确定的测试阶段与板块分别进行测试。按照AAMA501.2-3，选择满足要求的喷嘴，确定试水水压，在距离玻璃表面305mm左右，对着幕墙垂直接缝与横向接缝及开启接缝进行现场喷淋，并进行缓慢的来回移动，以观察幕墙的密封情况。如果在试验中发生漏水情况的，必须及时检查分析原因，改进问题所在，降低以后产生幕墙漏水的机会。并在现场幕墙问题修改完成后再次进行现场淋水试验，确保最终幕墙的水密性能。
六 幕墙防水的总结
建筑幕墙的防水是一个系统工程，本文也仅仅介绍了典型的设计思路与水密性试验方式。但是，针对具体某一个幕墙项目而言，防水的考虑必须针对项目的每一个外墙技术环节，每一个工艺过程，分析考虑外幕墙的各种标准系统的导排水设计，各类转角的设计，及不同幕墙之间的防水考虑，女儿墙收口位置，景观地面收口位置，都是幕墙防水的重点考虑环节。
几乎所有的图纸的设计都仅仅是表达理想状态，性能试验的检测也仅仅是对来样负责，在具体幕墙项目的实施过程中，工程师必须针对每一个工艺环节进行质量的检查工作。事实上，国内的幕墙承包商技术能力参差不齐，幕墙专业的技术工人也非常的缺乏，在很多时候，能够将图纸表达的幕墙系统变成理想状态的幕墙产品，其道路非常的漫长。
只有对幕墙系统设计、幕墙制造工艺、幕墙质量品质、现场质量检查等各工作阶段的全面的有效控制，在生产施工中遇到问题能够及时落实，研究问题的原因并有效解决问题，最终才能够实现比较完美的幕墙产品与可靠的幕墙水密性保证。
参考文献：
[1]《建筑幕墙》GB/T 21086-2007
[2]《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》 GB/T 15227-2007
[3] AAMA501.1-05 Standard Test Method For Water Penetration Of Windows, Curtain Walls And Doors UsingDynamic Pressure
[4] AAMA501.2-03 Quality assurance and diagnostic water leakage field check of installed storefronts, curtain walls, and sloped glazing systems
[5] 苏州中信金融港商务中心幕墙项目施工图
