隨著節(jié)能與環(huán)保的社會化大趨勢，建筑日益多樣化，以人居舒適性為核心的建筑追求更加關(guān)注建筑本身與自然的關(guān)系。建筑采光頂在眾多建筑中被廣泛采用，充分利用自然光，增加建筑與環(huán)境的親和力等就體現(xiàn)了這種關(guān)系。 采光頂除了安全性和熱工性能以外，在實際使用過程中，漏水是能夠最直接感受到和最日常煩惱的質(zhì)量問題，多年來已成為采光頂中最常見的建筑弊病之一。2004年8月剛啟用的廣州新白云機場僅僅啟用半個月，在8月20號的一場暴雨中，機場航站樓B區(qū)國內(nèi)航班出發(fā)廳屋頂漏水，其室內(nèi)漏水程度類似小雨，機場工作人員和百余名旅客衣服被漏水淋的“濕漉漉的”，可見其漏水程度。據(jù)初步調(diào)查結(jié)果，“雨水主要是從屋頂?shù)奶鞙侠餄B進來的。……漏水應(yīng)該是屋頂連接處不夠密封?！保ā赌戏蕉际袌蟆罚?。 “根據(jù)歷次全國屋面滲漏調(diào)查資料分析，細(xì)部構(gòu)造的滲漏占全部滲漏面積的80%以上”（《屋面工程技術(shù)規(guī)范》GB50345——2004） 　　1． 玻璃采光頂?shù)奶攸c： 　　玻璃采光頂形式十分豐富，根據(jù)其造型、外型、構(gòu)造，以及與立面關(guān)系、數(shù)量關(guān)系等分為若干類。為分析漏水和防水問題方便，以面層形式分為坡度平面、折線平面，單曲面、雙曲面、組合面等形式。 討論防水問題必須了解作為防水主體的玻璃采光頂?shù)姆浪嘘P(guān)基本特點。 　?。?）組成采光頂材料本身不具有吸水性。玻璃采光頂主要由玻璃、鋼材、鋁材、密封膠、襯材組成。材料本身在非破壞情況下不會發(fā)生滲漏。 　　（2）防水措施處理空間有限。高強輕質(zhì)材料組成，空間占有體積相比其它材質(zhì)較小，尤其是縫隙處厚度非常有限，也就意味著對防水構(gòu)造形式的要求和難度更高。 　?。?）屋面玻璃是位于建筑物頂端與水平面夾角小于75度的玻璃面層。所以匯水面積比較垂直玻璃幕墻大，包括風(fēng)雨造成的強擊水更直接。 　　（4）陽光作用更直接照射采光頂表面，包括熱量和紫外線。更容易產(chǎn)生采光頂?shù)母鞣N材料熱變形。密封材料的抗紫外線能力和抗熱老化性是保證采光頂防水性的重要因素。 　?。?）采光頂表面并不能認(rèn)為類似玻璃表面那么平整。玻璃表面的板面撓度會造成積水和積灰，特別是接縫處的膠縫和扣板造型都會帶來積水和積垢，這部分非常容易帶來滲水和美觀的不良后果。 　?。?）縫隙是采光頂滲漏的主要通道。而縫隙是由相同材料之間和異質(zhì)材料之間拼接和連接所形成的。 　　2． 相關(guān)概念和原理 　　2．1 關(guān)于水： 　　采光頂所涉及的水來自于自然界的雨水、雪水、冰以及溫濕空氣，理論上既水的三種形態(tài)：氣態(tài)（水蒸氣）、液態(tài)（液態(tài)水）、固態(tài)（冰和雪）。水的遷移分為重力遷移、材料或構(gòu)造內(nèi)部遷移，內(nèi)部遷移只有兩種相態(tài)，一種是以氣態(tài)的擴散方式遷移（又稱水蒸氣滲透）；一種是以液態(tài)水分的毛細(xì)滲透方式遷移。 　　水作為液體不能承受拉力，但可承受壓力。液體受壓后體積可以縮小，稱為水的壓縮性。水體積相對壓縮量值約為1/20000，即在20℃時，彈性系數(shù)E≈2．１×10 5N/㎝2 。在工程上可忽略水的壓縮性。 　　水的表面張力作用是產(chǎn)生毛管現(xiàn)象的原因。毛細(xì)滲透對構(gòu)造和縫隙防水的影響不容忽略。 　　實際中自然界的降水和滲透到建筑物內(nèi)部的水是一種渾濁水，在降水和滲流過程中夾雜了大量灰塵和雜物。渾濁水增加了水流體的粘度，稱之為粘滯性。其流動時的特點是靠近壁面流速較小，遠(yuǎn)離壁面處流速較大。在實際工程中，往往造成排水不暢，而且容易導(dǎo)致排水通道和導(dǎo)水孔的堵塞，破壞排水系統(tǒng)的通常而導(dǎo)致防水失效。 　　2．2 滲流： 　　為說明問題，引入滲流力學(xué)的原理，水在空隙、裂隙、縫隙中的運動可以說是毫無規(guī)律的，所以以統(tǒng)計學(xué)的觀點設(shè)定這種水流體的規(guī)律。一方面認(rèn)為它是連續(xù)地充滿整個介質(zhì)空間（包括空隙空間和骨架空間），另一方面認(rèn)為它通過過水?dāng)嗝娴牧髁颗c真實水流通過該斷面的流量相同，它在斷面上的水頭和壓力與真實水流的水頭和壓力相等，它在空隙介質(zhì)中運動時所受的阻力等于真實水流所受的阻力。滿足上述條件的情況稱之為滲流。 　　2．3 匯水面積： 　　根據(jù)有關(guān)資料，屋面排水的有關(guān)計算可以根據(jù)日本的有關(guān)資料進行，也可根據(jù)建設(shè)部有并設(shè)計院給定的匯水面積表進行查表設(shè)計。 　　上式中標(biāo)準(zhǔn)降雨強度a的選擇是很重要的，但卻又是很困難的。在雨水排水設(shè)計中，最關(guān)心的是若干頻率的小時最大降雨強度，甚至10～30min內(nèi)的最大降雨強度，但這個頻率取多少，目前還沒有相應(yīng)的規(guī)定。無疑，頻率越小，則排水設(shè)計越安全，但卻越不經(jīng)濟。因此，標(biāo)準(zhǔn)降雨強度的取值應(yīng)該考慮到建筑物的重要性，也就是應(yīng)該考慮其防水等級，防水等級越高，其頻率就應(yīng)該取的越小。 　　考慮天溝（檐溝）的排水量，即考慮了天溝（檐溝）在暴雨、大暴雨時的緩沖作用，也就是在暴雨、大暴雨時，水落管一進不能立即將水排完，而暫時將水匯集到天溝（檐溝）里。 　　考慮所有水落管的排水量與天溝排水量的總和，在標(biāo)準(zhǔn)降雨強度時應(yīng)大于屋面及出屋面高墻的降雨時，綜合其他因素，即可確定天溝大小，水落管直徑及數(shù)量。 　　2．4 排水坡度： 　　屋面坡度大對防止?jié)B漏的效果是顯著的。 　　傳統(tǒng)平面屋頂找坡一般有兩種方法：結(jié)構(gòu)找坡和材料找坡。對于平面玻璃采光頂，結(jié)構(gòu)找坡是由采光頂支撐結(jié)構(gòu)與建筑主體屋面結(jié)構(gòu)，如屋面梁或結(jié)構(gòu)墻結(jié)合而形成的排水坡度；玻璃材料找坡主要是考慮玻璃中心撓度形成的“水洼”和積聚泥水的排水坡度。 　　采光頂結(jié)構(gòu)找坡時，坡度應(yīng)不小于3%； 　　當(dāng)由玻璃材料找坡時，坡度應(yīng)以保證由于單片玻璃撓度形成的積水可以排除為原則，參考《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102—2003）規(guī)定，“在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，4邊支撐玻璃的撓度限值DF，LIM宜按其短邊邊長的1/60采用”，“點支撐玻璃面板的撓度限值DF，LIM宜按其支撐點間長邊邊長的1/60采用”，“斜玻璃幕墻計算承載力時，應(yīng)計入永久荷載、雪荷載、雨水荷載等重力荷載及施工荷載在垂直于玻璃平面方向作用所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力“。因此，為抵消單片玻璃撓度所產(chǎn)生的積水，一般單片玻璃的傾斜坡度不小于2%； 　　另外，玻璃采光頂周邊與結(jié)構(gòu)的水平交接處的天溝、檐溝的縱向坡度不應(yīng)小于是1%。 　　玻璃采光頂找坡應(yīng)以采光頂支撐結(jié)構(gòu)找坡為主。 實踐中，采光頂支撐大多以其特有的傾斜屋面效果滿足建筑物使用功能和美觀要求。 　　2．5 達西定律： 　　1 856年法國工程師H.Darcy在裝滿砂的圓筒中進行滲透實驗。從實驗中得到通過橫截面A的滲流量Q（單位時間的水體積）與橫截面A及水頭差（H1—H2）成正比，與滲透路徑L成反比，稱為Darcy定律。它指出滲透速度V與水力坡度J或滲透阻力成線性關(guān)系，故又稱線性滲透定律。 容易看出，H1、H2是相對于某個任意水平基準(zhǔn)面的水柱高度，稱為測壓水頭，從前述可知，它應(yīng)是壓力水頭和位置水頭之和，公式表明，滲流流動是由高水頭向低水頭，而不是從高壓向低壓。這一點很重要，說明外界壓力對水的作用可忽略不計。 　　2．6 縫隙通道和“死穴” 　　采光頂中有大量縫隙、裂隙和孔洞，所形成的孔隙有兩種，一種是有效孔隙，液體可以通過或排出，還有一種是死端孔隙或滯流孔隙，對液體是無效的。如圖1所示。這一點對于采光頂防水中節(jié)點設(shè)計、密封設(shè)計以及安裝時的縫隙密封具有實際意義。 　　3 漏水水源： 　　水的來源無非是自然界的雨水、積雪融化水、結(jié)露冷凝水。雨水的特點是單位時間內(nèi)的水量容易掌握，直接作用在采光頂外部，加上風(fēng)力作用于采光頂表面的水擊強度大。結(jié)露是由于濕空氣在介質(zhì)兩側(cè)的溫差達到一定差別時的介質(zhì)表面凝水現(xiàn)象。對于采光頂來說，結(jié)露帶來兩個問題：一是結(jié)露冷凝水容易出現(xiàn)在室內(nèi)一側(cè)，當(dāng)結(jié)露冷凝水積到一定量時，形成滴水落水；二是采光頂節(jié)點構(gòu)造內(nèi)的結(jié)露冷凝水，特別是采光頂支撐結(jié)構(gòu)的金屬材料空腔或內(nèi)壁形成的冷凝水，如不及時排出，將會長期腐蝕周邊材料，使材料的功能性失效，導(dǎo)致漏水或滲水。 　　采光頂屋面的設(shè)計、材料、施工安裝等任何一個環(huán)節(jié)的疏忽或輕視，都將導(dǎo)致堵不嚴(yán)、疏不暢的排水組織失效，通過采光頂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)漏下的水可侵蝕結(jié)構(gòu)周邊接縫，腐蝕屋頂材料，損壞屋頂結(jié)構(gòu)，污染和破壞內(nèi)部環(huán)境。泄漏的水會順著結(jié)構(gòu)件流至建筑物內(nèi)不同的地方，由于漏水長期侵蝕，采光頂系統(tǒng)的各構(gòu)件的安全隱患將對室內(nèi)的人居環(huán)境的安全造成嚴(yán)重威脅。 　　4 防水構(gòu)造： 　　4．1 防水設(shè)計： 　　4．1．1 設(shè)計原則 　　《屋面工程技術(shù)規(guī)范》（GB50345—2004）中規(guī)定了屋面工程防水設(shè)計應(yīng)遵循“合理設(shè)防、防排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則。玻璃采光頂防水節(jié)點設(shè)計體現(xiàn)和隱藏在采光頂結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計之中，同時與建筑主體結(jié)構(gòu)的結(jié)合部位也都是防水設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，玻璃采光頂防水設(shè)計是一個防水系統(tǒng)設(shè)計，是作為玻璃采光頂整體設(shè)計的子系統(tǒng)的重要組成部分。防水系統(tǒng)主要包括排水和防水。排水包括利用重力作用的面排水、槽排水、管排水。采光頂一個重要特征就是傾斜式玻璃面層，根據(jù)傾斜式玻璃裝配結(jié)構(gòu)的定義：裝配玻璃面偏離垂直位置15O以上。將水排出室外的方式?jīng)Q定著傾斜系統(tǒng)的排水性能；防水則包括密封、設(shè)防道次和密封材料選擇。 　　4．1．2 設(shè)計原理 　　對于如何完成使用性能良好的系統(tǒng)所必需的密封和排水等所有細(xì)節(jié)的設(shè)計，核心問題是如何建立對“堵”與“疏”關(guān)系的理解和認(rèn)識。 　　對于玻璃采光頂傳統(tǒng)的方法是以“堵”為主，既依靠密封各構(gòu)件之間的外部接縫來防止水的進入，這種裝配系統(tǒng)中玻璃板塊之間、玻璃板塊與支撐桿構(gòu)件之間的外部和內(nèi)部接縫進行某種程度的密封。但是，它往往忽視真正構(gòu)件內(nèi)部接合處的防水密封的重要性。這種方法存在著各種難于解決的弊端，如外部密封材料暴露在室外，密封膠承受著紫外線輻射、熱應(yīng)力、污染物以及粗劣的施工質(zhì)量的影響，使外部密封難以達到預(yù)期的效果，另外強調(diào)內(nèi)部密封的同時，往往忽略了滲漏水和構(gòu)造內(nèi)部冷凝水的排出。 　　良好的設(shè)計應(yīng)該是“堵”和“疏”相結(jié)合，既堵也疏。無論是內(nèi)部或外部，以最大限度的避免了密封處與水的接觸；同時確保滲漏水或冷凝水有組織的排出。 　　值得注意的是一些用于幕墻上的做法在采光頂上并不見效。首先，根據(jù)前述的達西定律，由于重力或其它壓力進入縫隙的水，在縫隙內(nèi)壓力的影響已微乎其微，內(nèi)部滲流水只和水頭有關(guān)。因此將雨幕等壓腔設(shè)計套用于采光頂通常是失敗的。其次，幕墻上常用的外部排水孔設(shè)計，在采光頂中水通過壓條的外表面和外扣蓋向外排出時，會被截留在各種內(nèi)部接頭處。 　　截留住的水要么通過一個孔排出，要么就一直積存下來侵蝕密封膠，直到這里形成一個漏洞讓水排出為止。由于重力方向的原因，水很難“溢出”。 等壓設(shè)計在垂直的幕墻系統(tǒng)中起到不同程度的作用，在幕墻系統(tǒng)內(nèi)保持防漏氣隔離層仍然是極其重要的，如果沒有這道屏障將內(nèi)外分開，建筑外圍護系統(tǒng)將是不完整的，會造成一個空氣和水通過外圍護進入室內(nèi)的通道。冬季冷空氣的滲透會使內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表面溫度下降到露點溫度，從而出現(xiàn)冷凝水。建筑內(nèi)部管道凍結(jié)、人感到不舒服，以及外界污染物刮進樓內(nèi)，都可能是空氣未受控制滲漏進建筑物內(nèi)的結(jié)果。等壓設(shè)計實際上是形成一個空氣隔離層，由于分隔空氣達到防漏氣隔離層起到防水層的作用，在采光頂?shù)膬A斜系統(tǒng)中，只有系統(tǒng)中水平構(gòu)件的底部呈水平面，而且與外界形成能夠外傾的水流通道時等壓原理才能實現(xiàn)排水，而做到這一點技術(shù)和經(jīng)濟上并不現(xiàn)實。