采光顶工程设计中存在的问题及解决对策分析

　　1 引言

　　采光顶以其通透、轻灵、造型丰富等特点，受到建筑设计师的普遍青睐，广泛使用于公共建筑。然而，近几年采光顶的施工质量，特别是雨水渗漏（词条“渗漏”由行业大百科提供）问题是用户投诉的重点，这是由于采光顶一般位于大堂、大会议室等重点部位的屋面，一旦发生雨水渗漏，轻则室内墙壁、吊顶（词条“吊顶”由行业大百科提供）残留水渍，影响美观，重则将整个精装修破坏，甚至引起电器损坏，影响到使用功能。例如2009年夏天，一场不大的暴雨让北京某部委办公楼的采光顶相形见绌，雨水透过采光顶，使室内成了“水帘洞”，内装修全部“泡”坏，造成的社会影响极其恶劣。这不是个案，有时甚至是普遍现象。有人说采光顶是“十顶九漏”，看起来并非危言耸听，只不过严重程度不同而已。因此，提高采光顶的施工质量，特别是防雨水渗漏的质量刻不容缓。本文试图从采光顶的验收标准、设计和施工控制等多个方面，研究探讨采光顶存在雨水渗漏质量问题的主观和客观原因，并提出了相应的对策，以供各位同仁参考。

　　2 验收标准严重滞后

　　根据采光顶的定义，玻璃完成面与水平面的夹角小于75o属于采光顶，大于75o则属于幕墙，故很多人都把采光顶称之为“躺着的幕墙”。因此，采光顶设计和施工时一般参考《玻璃幕墙设计和施工技术规程》(JGJ102)，验收时则参考《玻璃幕墙验收标准》(JGJ113)，然而采光顶不能简单认为是“躺着的幕墙”，它和幕墙有着本质的区别。一、起主要作用的荷载不同。玻璃幕墙的主要作用荷载是风荷载，自重荷载则处于次要位置。而采光顶的主要作用荷载是自重荷载，当然，有时雪荷载（词条“雪荷载”由行业大百科提供）也不能忽略，风荷载则处于次要位置。二、对玻璃的要求不同。虽然学术界目前还有所争议，但采光顶必须采用夹胶玻璃，以防玻璃破坏后伤人，而玻璃幕墙则无此强制的规定。三、主要的构件不同。排水槽或天沟是采光顶特有的构件，而且此构件对采光顶的排水功能起着关键重要。而玻璃幕墙则无此构件。四、对冷凝结水的重视程度不同。玻璃幕墙是站立构件，冷凝结水顺着玻璃和框架流动，不会产生较大影响;而采光顶是平躺构件，玻璃上聚积冷凝水后，在重力作用下会随时滴落，影响到使用功能。因此，采光顶应采取措施，降低冷凝水的不利影响。

　　也有很多人将采光顶完全归属于屋面的范畴，这也是不正确的。与普通屋面不同，采光顶很重要一个功能是采光，因此很多应用于普通屋面的防水材料、防水构造都不能使用在采光顶中。另外，采光顶采用的玻璃、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，都有易碎或易破坏的缺点，因此须采取一定措施进行保护，这也是采光顶和屋面有着不同之处。因此，在设计和施工时完全参考《屋面工程质量验收规范》(GB50207)，也是不科学的。

　　由此可见，采光顶既不同于幕墙又不同于普通屋面，有其特殊性，玻璃幕墙和建筑屋面的规范和标准都不完全适用，为以中国建筑科学研究院于2006年就开始组织编写《采光顶与金属屋面技术规程》，本人也有幸参加了此规程的编写。现已通过专家审查，正报住房与城乡建设部审批。除此之外，目前还没有一本有关采光顶的技术规程或验收标准正式颁布，这显然严重滞后于采光顶施工生产的实际。在此之前和将来较长一段时间内，采光顶工程都将没有统一的技术规程和验收标准指导设计和施工，似乎处于“群龙无首”的局面，这是造成国内采光顶的施工质量整体不高的重要原因之一。就比如天沟是采光顶排水和防水的重要环节，但在《玻璃幕墙工程质量检验标准》(JGJ/T139)中却只字未提，施工和验收时也常常将其忽视，造成了采光顶天沟的施工质量普遍较差。又比如说GB21086和JGJ102都对玻璃的最大挠度值?max做了规定，即?max≤L/60(L为玻璃短边的跨度)，此规定对采光顶而言，显然过松。原因是采光顶处于平躺状态，若挠度过大，则易在玻璃板块或采光顶的中央积水，久而久之便引起采光顶的渗漏。

　　3 采光顶设计中存在的问题

　　采光顶出现雨水渗漏现象，很大原因是由建筑设计不科学、结构计算不完整以及构造节点不合理引起的，而这种不合理是先天的，几乎无法修复，对采光顶施工质量的“贡献”是巨大的，差不多占到80%。因此采光顶设计时存在的问题必须在设计时解决，否则后患无穷。

　　3.1 建筑设计不科学

　　3.1.1 采光顶或天沟设计的排水坡度过小，甚至没有坡度。

　　按照“防排结合”的防水理论，排水坡度对采光顶的防水性能至关重要，但很多建筑师为了追求美观的效果，把采光顶的排水坡度留置很小，甚至不留，而采光顶设计师为了减少玻璃下料难度，又人为地降低采光顶的坡度。《屋面工程设计规范》(GB50207)要求屋面的坡度不小于2%，是针对刚性较大的混凝土（词条“混凝土”由行业大百科提供）屋面而言的，但对于刚性相对较差的钢结构采光顶，特别是索网结构的采光顶，显然不太合理，应该更加严格一些，建议提高到3%。这是因为钢结构或索网结构本身对允许挠度[ max]的取值就较大，再加上玻璃的挠度，两挠度允许值叠加有可能比坡度还大，怎么能起到排水的功能?另外天沟的排水坡度问题也常常被设计师忽略，特别是如图1和图2所示，是雨水管间距较大，达到10m，玻璃与结构间距又较小，只有200mm，如果按最小坡度2%设计，则水槽最浅的位置不足100mm，显然不能满足排水槽最小深度150mm的要求。

　　图1 水槽平面图

　　图2(a)雨水管处剖面图 　　图2(b)水槽脊线处剖面图

　　解决此类问题的办法有三条：一是增大玻璃至结构的距离。当然，由于排水槽位置一般为采光顶的最低点，也即坡起点，如果增加玻璃至结构面的距离，会导致整个采光顶的高度全部增加，有时建筑师是不允许的。二是减小雨水管的间距，也即增加雨水管的数量。此法对降低排水槽的起坡的绝对值有较大效果，但过多的雨水管会影响视觉效果，特别是通过钢柱等隐藏的雨水管，建筑师更是不允许。三是将排水槽放置在钢梁底下，也即悬挂式水槽，对室内效果有一定影响。四是采用虹吸式排水系统，其排水坡度可以降到1%，这也是国内比较流行的做法，但是成本比较高。因此应当将以上综合考虑，反复比较，以达到最佳的方案。

　　3.1.2 雨水管的数量少，管径太小，排水槽或天沟的截面尺寸过小。

　　雨水管的数量、间距、管径以及排水槽或天沟的截面尺寸等，都可以通过计算得到并加以采用。但由于采光顶坡度大，汇水急，再加上采光顶通常只有一层薄薄的密封胶防水，而不像混凝土屋面有刚性或柔性多道防水层，因此，在采光顶的雨水量计算时取值应趋于保守些。通常这些内容的计算由建筑给排水工程师完成，但国内时常将此项工作交给采光顶设计师，而采光顶设计师又往往不善于此，所以有时就不经计算，随便取值，这是采光顶出现排水不畅，排水槽中积水过多，甚至发生雨水渗漏的一个重要原因。就比如重庆万达广场的地铁入口采光顶，原设计为自由排水，没有排水槽，后改为有组织排水，采光顶设计师增加了一根UPVC雨落管，直径只有80mm。如图3所示，该采光顶汇水面积为160㎡，显然雨水管数量偏少，管径也太小，所以每次下大雨，都几乎要将地铁口“泡”成水帘洞，业主非常不满意。后经过返修，并再增加一根直径为150㎜的雨水管，很好地解决了漏雨的“痼疾”。

　　图3 重庆万达广场采光顶平面图

　　3.1.3 造型过于复杂，与土建结构衔接不合理。

　　有些建筑师为了追求新奇的视觉效果，将采光顶设计得十分复杂。不仅给施工带来极大的困难，同时由于交叉线条多，应力（词条“应力”由行业大百科提供）易集中，密封胶的施工质量难以保证，极易产生拉裂破坏，引起雨水渗漏。北京某民主党派办公楼的采光顶，玻璃全部为弧形造型，有正弧、有反弧，局部位置则有五条弧线相交，其平整度和光滑度以及密封胶的施工质量都难以保证。再加上只有一道密封胶防水层，在热胀冷缩的温度应力作用下极易开裂，几乎每年都要维修一次。

　　有些采光顶与土建结构的衔接极为不合理，如中央统战部办公楼的采光顶，面积不大，施工困难却不小。如图4所示其截面造型为半圆形，西面紧挨着一道混凝土墙，由于靠墙的排水槽只有200mm宽，操作空间极其狭窄，打胶质量很难保证，每次下雨，都因水槽积水过多，雨水从缝隙渗入到室内。后经多次返修才解决该质量难题。如果当初将采光顶的截面由半圆改为四分之一圆，取消内侧排水槽，就没有类似的施工难题。

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