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在建筑外圍護結構中，玻璃采光頂一直建筑的點睛之筆，因為其通透、清逸、造型輕巧而受到很多建筑的厚愛，在很多的建筑中，在大堂位置、公共空間頂部，很多選用的玻璃采光頂及采光天窗，但是其質量問題卻屢屢發生，包括玻璃自爆、雨水滲漏等等，行業中也有“十個采光頂九個漏”的調侃說法。雨水滲漏問題成了玻璃采光頂系統結構中最常見最麻煩的問題。
本文就常見的玻璃采光頂系統設計的防水問題進行研究，并就如何設計高水密性能的玻璃采光頂系統進行系統分析。
一、建立在理想狀態下的采光頂密封封堵技術
長期以來，解決建筑外圍護結構及玻璃采光頂滲漏問題的方式均是通過打膠實現，通過對玻璃接縫縫隙進行密封封堵(圖一)。但是大量的項目案例我們發現，通過打膠封堵的方式只是暫時可靠，隨著時間的推移，大部分此種構造的采光頂均會出現的不同程度雨水滲漏。
圖一
在理論上，在理想情況下，通過密封膠將暴露室外的所有接縫完全密封是實現外圍護結構密封性能的可靠方式。并隨著密封技術的不斷進步，密封性能也是在不斷的提高。但這些均是建立在“理想狀態”下，這些“理想狀態”大概包括以下幾點：
1， 理想的密封打膠狀態，包括打膠的環境及密封膠寬厚比的控制。
2， 理想的生產施工工藝質量控制;
3， 建筑采光頂系統要一直處于靜止狀態，或采光頂的變形位移均是在密封膠允許變形范圍之內。
4， 一直維持溫和的天氣環境，而不受到室內外壓力差、風壓變形、及暴風雨的影響。
經過對這些理想狀態的條件分析，很明顯，這些理想狀態，在目前的客觀條件下幾乎是不可能實現。通過大量的完全依賴密封膠的采光頂滲漏的實際案例，進行歸納得知：完全依賴外露縫隙密封封堵是采光頂滲漏的主要原因。
二、等壓腔壓力平衡技術的理論假設
通常，建筑外圍護結構發送滲漏的原因有以下幾個方面：密封失效、室內外氣壓差、大量水分聚集。當這三種情況同時發生時，沿著建筑表皮流下的水被大風帶來的室內外氣壓差壓進失效的密封縫隙內而造成滲漏。所以，要解決建筑外圍護結構的滲漏，就得在系統設計及生產施工中考慮“如何消除室內外的氣壓差”。于是等壓腔壓力平衡技術在外圍護結構系統技術中得到迅速的發展。
所謂“等壓腔壓力平衡技術”，就是要在系統墻體內部制造一個空間，讓這個空間能與室外空氣相通，若這個空間的壓力能與室外氣壓相等，即實現了等壓，而這個空間就稱之為等壓腔體。等壓原理在建筑力學上的解釋為，建筑物表面所受壓力與室外壓力(Pi)越接近相等時，表示建筑物表面所受壓力越小，也就是越近似于等壓。
因為室外自然環境的復雜性，空氣壓力是隨時波動變化，要保存等壓腔體于室外氣壓完全相等還需要取決于等壓通道的大小、空氣的流速及等壓腔的體積大小，故所謂等壓也只是一個技術上的假設，實際上的等壓腔并不能達到完全等壓，仍會因為外部氣壓的變化及等壓通道布置等原因而有壓力差的產生，因此等壓腔體事實上是為不完全等壓，故如果在系統設計與生產施工如果不考慮這些理想與實踐的差距，往往就無法實現通過等壓腔的設計而達到防水作用，并可能會因環境的氣壓波動而造成大量雨水的侵入，這也是大量的單元體幕墻系統采光頂系統等使用等壓腔技術但卻實際工程卻大量出現滲漏的主要原因。
圖二
圖二是建立在理想狀態下的密封封堵技術，因為室內外開啟壓力差始終存在Po>Pi，并且所有的接縫縫隙均依靠打膠實現密封，密封膠縫始終處在壓力之下，當在惡劣天氣的情況下水密性很難得到可靠保證。
3
圖三
圖三是依據等壓腔原理進行設計的外圍護系統結構示意，通過布置雙道密封形成等壓腔體，通過恰當的等壓通道布置而實現室外氣壓大約等于等壓腔氣壓Po≈Pa>Pi，只有極少量的氣流能夠進入室內，室外的雨水因為壓力大致相等平衡而失去向室內滲漏的動力，此原理稱為等壓腔壓力平衡技術。
雖然很多的外墻圍護結構系統是按照等壓腔壓力平衡技術進行布置等壓腔體，但因為等壓腔的實現只是一個技術上的假設，要實現這個假設還需有很多的制約條件，如果不進行可靠的設計與生產施工，那么雖然是按照等壓腔壓力平衡技術進行考慮，但實際上依然達不到等壓的條件，導致Po>Pa>Pi，故當在惡劣天氣情況下水密性依舊很難得到可靠保證。
按照等壓腔壓力平衡技術原理，我們再來分析圖一的設計，雖然看圖紙上玻璃與玻璃的接縫通過硅酮密封膠與襯墊材料進行密封處理，如果從靜態情況分析，這樣的密封是可靠的合理的，但是，所有的建筑外圍護及玻璃采光頂均處于動態的自然之中，時時刻刻承受著室內外壓力差的因素，并要承受著風壓下變形與位移的影響，所以考慮這些綜合因素，此系統的水密性能并不靠譜。
三、玻璃采光頂防水系統設計要點
上述的等壓腔壓力平衡技術在垂直的幕墻系統中的運用比比皆是，常見的單元體幕墻系統防水設計皆源于此，不過根據具體的項目進行一些形式的變化而已。但是對于玻璃采光頂系統，問題將更加復雜，雖然在理論上，等壓腔壓力平衡技術有助于提高水密性能，但是對于幾乎是平面的玻璃采光頂，要順利的實現等壓腔與室外空氣壓力平衡將是非常的困難，所有的板塊接縫密封層朝天而設，如果簡單的進行等壓氣孔的開設無疑是為雨水滲漏提供通道。
對于玻璃采光頂，還有一個結構位移的考慮，當在結構平面變形位移時，需依舊維持接縫密封的可靠性能，這就要求密封的位移性能能夠滿足結構位移的要求。
基于以上的分析，要實現可靠的玻璃采光頂系統的防水性能，需解決以下的技術問題：
1， 采光頂結構變形位移需滿足結構位移變形的要求。
2， 采光頂桿件的變形與板塊的變形除了滿足規范要求外，還需滿足不能因為變形而出現面板或者接縫積水情況的出現。
3， 板塊接縫的密封需滿足變形位移，在位移變形后依舊能夠實現密封有效。
4， 盡量布置等壓腔體，通過隱蔽的布置等壓通道實現等壓，并防止雨水倒流倒灌。
圖四
圖四表示的是使用等壓腔平衡技術的采光頂雙層皮系統，通過側面隱蔽的空氣等壓孔實現等壓腔內的壓力與室外氣壓大致相等Po≈Pa>Pi。
四、玻璃采光頂防水系統的技術實現
玻璃采光頂的設計原則按照 “保證功能、構造合理、防排結合、優選用材、美觀耐用”進行，并根據實際情況確定防水等級與設防要求，合理確定玻璃采光頂防水使用年限，綜合考慮排水坡度、排水組織及積水積雪等因素。良好的采光頂系統設計應該是“堵”“疏”結合，無論外部還是內部，均最大限度的避免密封處于水的結合，同時確保滲漏水及冷凝水能夠有組織的排出。
通常情況下，國內常見的都是如圖一所示的全隱框結構構造，但是其密封膠縫通過上述的分析在惡劣天氣環境下很難保證水密性能，為了保證水密的有效可靠，我們進行以下的系統設計。
采光頂系統密封層分為第一密封層與第二密封層，兩個密封層中間的部分為等壓腔體，在進一步技術考慮之前，綜合前文的技術考慮，進行以下幾個技術條件假設：
1，假設室外氣壓Po≈等壓腔氣壓Pa>室內氣壓Pi。
2，假設第一密封層為柔性密封連接，能夠適應結構變形位移的變化。
3，為實現以上所述的技術考慮，假設第二密封層為連續有效的密封層。
在技術假設基礎上，進行設計的采光頂系統，見圖五、圖六、圖七。
圖五
圖六
圖七
圖五、圖六、圖七分別表述了設計的采光頂主受力桿件與次受力桿件的系統構法，系統采用明框系統，通過鋁合金壓板固定中空夾膠鋼化玻璃，在鋁合金壓板內設置有柔性密封材料（詞條“密封材料”由行業大百科提供），鋁合金壓板通過螺釘連接在主受力桿件上。
在系統設計中，連貫的等壓腔通過封邊的排水通道實現等壓腔體氣壓與室外氣壓的大致平衡Po≈Pa>Pi，斷絕雨水侵占接縫的壓力，通過柔性密封材料及密封膠的作用實現在第一密封層的完全密封，第二密封層通過玻璃與膠條的壓力擠壓而實現。
系統構成的前提之一是采光頂系統的防水是有限度的防水，在進行大型采光屋面設計時，實現要根據規范進行技術采光頂的水密性能指標分級，再考慮所在地區的雨水量，進行適當的防水單元劃分，通過布置組合水溝進行對采光頂表面雨水的分流導排。
系統構成的前提之二是需要保證第一密封層的完全可靠的密封，因為采光頂系統是幾乎平面的玻璃頂，需盡量避免出現朝天膠縫，系統通過明框的設計將縫隙轉換為側面密封，并在明框下部布置有柔性的密封層，因明框壓板是通過螺釘直接與受力框料進行連接，也能保證第一層密封層與框料能夠維持同樣的變形位移，減少第一密封層在位移下破壞的可能。
系統構成的前提之三是第二密封層的密封考慮，因為第二密封層在安裝玻璃后無法進行濕法打膠施工，實際上就需要在玻璃安裝前密封完所有的縫隙，包括次受力梁與主受力梁的搭接縫隙，需保證作為等壓腔的排水通道在導排局部滲漏雨水時能維持密封狀態。
系統構成的前提之四是在進行玻璃安裝時，需考慮玻璃在結構變形位移的情況下的躥動可能，一般情況下，采光頂為了排水順利便捷，均按照規范及經驗進行布置采光頂的斜面角度，這就需要在玻璃周邊布置定位卡件，給予玻璃在位移允許范圍內的躥動能力。
系統構成的前提之五是當偶然情況下發生雨水滲漏時，作為等壓腔的排水通道需能夠迅疾的將滲漏雨水排出。
系統構成的前提之六是關于冷凝水的收集與排水，冷凝水的出現是由于濕空氣在室內外的溫差達到一定差別時在室內表面出現的凝水現象，在主次受力桿件下部均設置有冷凝水收集槽，并次受力桿件的冷凝水排至主受力桿件的，再通過端部引流排至室外;
系統構成的前提之七是在采光頂端部密封位置進行等壓的實現，在采光頂端部，通過布置等壓孔洞實現等壓腔體與室外的氣壓相等，等壓孔洞同時作為排水通道，將可能的滲水排至室外。
五、后記：
因為建筑效果的豐富多彩，建筑外圍護結構日趨復雜，玻璃采光頂的形式也復雜多變，氣候變化、施工質量影響、系統結構設計、節能的提高、接縫形式的變化、材料耐久性（詞條“耐久性”由行業大百科提供）能，這些都對采光頂的水密性能產生極大的影響。但無論如何，對于建筑玻璃采光頂來說，防水的重要性都是處于第一位，對于系統防水技術的考量必須基于理論研究與實踐經驗進行技術結合考慮。
所有的技術研究及系統圖紙的設計均屬于技術的理論假設，而所有的理論假設的實現均必須依靠技術工人的工藝實現作為保證。
參考文獻：
《屋面工程技術規范》 GB50345-2012中國建筑工業出版社
《采光頂與金屬屋面技術規程》 JGJ255-2012 中國建筑工業出版社
