同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司上海200092
摘要：展望了采光顶的发展前景，分析了积灰、漏水、坠落的原因，结合实际项目提出了解决措施
关键词：积灰漏水结构性防水
采光顶是从上世纪50年代玻璃天窗的延伸，起初其作用主要为遮风挡雨的同时可以透光。随着我国国力的逐渐提高和城市用地的紧张及技术的发展，大跨度、大进深的建筑空间逐渐成为了建筑的常态，采光顶则又是建筑大空间与室外的最直接的交互界面，因而被赋予了更多的建筑功能要求与建筑艺术的表达。而玻璃采光顶因为其通透型和耐久性备受建筑师的青睐，往往是幕墙项目中的“点睛之笔”，被寄予了很高的厚望。
然而走进现实中，却发现太多项目的玻璃采光顶漏水、漏风、结露、积灰、玻璃自爆、玻璃脱落等现象比比皆是，非但不能成为建筑的“点睛之笔”，反而成为了建筑的“污点”和“痛点”。所以如何实现玻璃采光顶在建筑中的真正定位，成为人与大自然最亲近的空间是作为幕墙设计师值得深思的问题。
首先我们看一下采光顶的定义：采光顶与金属屋面技术规程JGJ255-2012中的规定，“由透光面板与支撑结构组成，不承担主体结构荷载且与水平方向小于75度的建外筑围护结构”[1]。根据定义分析下采光顶的特点：
采光顶材料自身不具备吸水性。玻璃采光顶的基本构成主要为：玻璃（或其他透光材料）、钢龙骨、铝合金龙骨、硅酮耐候密封胶、硅酮结构胶、螺栓螺钉等辅材组成。材料本身在不发生变形破坏情的况下一般不会发生渗漏；
防水构造处理措施的空间限制要求很高。建筑师一般要求采光顶轻盈通透，这就意味着要采用轻质高强的材料去实现，防水构造只能在较小的空间内实现；
屋顶面材为与水平面夹角小于75度的玻璃或其他透光材料面层,所以过水的面积比立面幕墙大，被风雨侵蚀造成的强度更大更直接；
采光顶表面并不能认为类似玻璃表面那么平整。玻璃表面的板面挠度会造成积水和积灰，特别是接缝处的胶缝和扣板造型都会带来积水和积垢，这部分非常容易带来渗水和美观的不良后果；
平放（微倾斜）的面材直接接收阳光的照射，包括热量和紫外线，更容易导致采光顶材料产生各种变形。密封胶材料的抗紫外线能力和抗热老化性是保证采光顶防水性的重要环节[4]；
面板与面板的胶缝是采光顶渗漏的主要通道口。而采光顶胶缝往往会存在于不同材料之间的拼接处，胶缝要适应各项材料的异项变形。
根据上述采光顶的特点，结合实际案例，仅从设计角度下探讨下玻璃采光顶的漏水、结露、脱落等的原因：
1：泛水坡度不够《采光顶与金属屋面技术规程JGJ255-2012》中规定：排水坡度应根据工程实际情况确定采光顶、金属平板屋面和直立锁边金属屋面的坡度不应小于3％[1]。
常规平面屋顶的找坡一般有两种方法：通过材料找坡或者结构找坡。对于平面玻璃采光顶而言，结构找坡是由采光顶支撑结构与建筑主体屋面结构，如屋面梁或结构墙结合而形成的排水坡度；玻璃材料找坡主要是考虑玻璃中心挠度形成的“凹面”和积水积灰的排水坡度，而在实际设计时，幕墙专业对给排水规范和计算不熟悉，往往直接套用规范中的3%；但其实规范中的3%坡度为最小值，且应该为按照计算结果扣除玻璃自身的挠度变形后的泛水坡度值；
2：计算荷载加载荷载不全、边界不清晰，玻璃是脆性材料，玻璃表面存在着大量的微裂纹，在永久荷载作用下，微裂纹会不断扩展，使其承载力明显下降。采光顶玻璃长期受重力，因此计算时强度设计值应采用玻璃中部强度设计值；在采光顶计算时，其实结构计算在荷载组合时内心往往时不踏实的，组合挠度=结构梁的挠度+玻璃的挠度，只有当组合挠度小于坡度绝对值才能通畅排水。《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102—2003）规定，“在风荷载标准值作用下，4边支撑玻璃的挠度限值df，lim宜取其短跨的1/60”[2]，采光顶玻璃一般为中空夹胶玻璃，但是夹胶玻璃和中空玻璃的各片厚度不宜过大，否则玻璃受力大小过于悬殊，容易因受力不均匀而发生破裂；这些往往容易被忽略。
3：恶劣环境的叠加一旦未注意上述2点，极容易造成局部或者大面玻璃积灰/积水，而玻璃与玻璃之间的耐候密封胶在经过水浸泡、强烈的紫外线照射等因素，导致密封胶本身的防水性能减弱、密封胶相邻的材料热变形，从而导致采光顶漏水；
4：构造措施缺失采光顶的节点构造种类很多，如标准节点、檐口节点、边缘节点、排水沟节点、开启扇节点……，不同的连接材料构造差异较大。玻璃采光顶则需要重点考虑结露、自爆等玻璃自身带来的问题，为了防止在玻璃室内产生令凝水向下流淌，宜设置冷凝水收集和排放系统；设置多道防水措施和排水构造；防止硅酮结构胶长期承受荷载；清洗装置穿过玻璃面板胶缝时，在穿透面板的节点部位应采用可靠的防水措施；采光顶的边缘与屋面之间应有过渡连接，为保证采光顶在使用过程中的各项物理性能，采光顶玻璃宜高出屋面80mm以上。
如何解决上述问题，下面结合实际项目案例再给出一些建议：
通过严格的计算根据积水的情况适当增加安全系数，对挠度不应大于计算边长的1/80，绝对挠度宜不大于20mm，尽可能将泛水坡度做到5%，这样即使局部玻璃板块有挠曲变形，但因整体泛水坡度的高差远大于玻璃的变形，玻璃表面的雨水能迅速排走，玻璃表面的灰尘也随之冲刷干净，可以大大降低“黑锅底”和漏水的概率。排水路径简单直接为宜，所以屋面坡度大对防止渗漏的效果是显著的；
玻璃采光顶在与主体结构相连时，其收口的处理十分关键。平接过渡方式对设计对施工而言都比较简单，不易出错，但对密封胶的施工质量要求比较严格。搭接是顺着水流方向，一种界面压住另一种界面，这是一种古老的过渡方式，但遇到新材料时，却不断出现设计和施工问题[3]。
对于混凝土、砂浆、面砖等界面，由于其稳定性较差，容易出现空鼓、脱皮等现象，而且与密封胶的相容性也比较差，因此在采光顶与这些界面相接处常出现雨水渗透的现象。为此，如图所示，应在两种界面之间增加铝合金压条过渡，既能将防水层紧紧压住，又能起到美观作用[3]
顺着斜率方向的玻璃，在玻璃的低端应设置玻璃托块，长度100mm，置于玻璃边长的四分之一处，防止结构胶/耐候密封胶在承受永久荷载作用下加速老化，失去原有的粘结密封能力；
玻璃采光顶有开启要求时，开启扇的设置宜高出相邻的固定玻璃，以便于快速排水；防水宜采用结构性防水+系统排水相结合的方式；对可能进入节点内部的水必须加以控制，并使其按重力方向有组织的流出室外。特别是针对扣板内侧和玻璃镶嵌槽的进水，尽量将进水和系统的内层密封适当隔离[4]，如玻璃外扣盖处增加泄水孔，并设置好排水路线。
对于一些防水性能要求极高的项目，如：大型高铁站候车厅上方、精密仪器设备的屋顶等项目，可以考虑双层防水措施：在玻璃与玻璃之间的胶缝下方增加倒水槽，如图所示
设计思路是，一旦玻璃采光顶的耐候密封胶发生渗漏，雨水将通过内部的铝合金型材的开孔流入导水槽(b)，因为顺着泛水方向的导水槽(下图B方向)的高度低于A方向的导水槽，因此在与B方向相接时便会顺势流入B方向，继而排出室外；此外，采光顶玻璃往往是接收太阳光照时间最长、强度最大的区域，室内外的温差较大，容易出现结露的现象。在设计采光顶玻璃龙骨时，宜将铝合金龙骨的四周挑出一圈U槽，作为收集冷凝水的冷凝水集水槽(c)，同理，冷凝水通过集水槽(c)流入导水槽(b)导出到室外。同时，铝合金付框两侧的U槽(a)还能起到一共的防坠措施的作用，一旦采光顶玻璃破环，即使有加胶片的粘结，夹层玻璃虽未飞散散落，但夹层玻璃破碎后在重物作用上过度挠曲，从镶嵌槽中整体脱落下坠，而此时的铝合金U槽(a)可以阻止玻璃副框的滑出起到防坠落的作用。
玻璃采光顶幕墙出了上述问题外，防雷、防火也是采光顶类项目中容易忽视或者理解上容易出现偏差的项
玻璃采光顶设计时除了上述主要注意事项外，还应该注意采光顶设计的防火性能（采光顶承重构件通常应设置自动灭火设备或喷涂防火材料，使其耐火极限达到1h的要求）、防雷性能设计、气密性设计、节能设计、隔声性能设计等等方面。
总结：
通过以上的分析和研究，我们可以清楚地看出，采光顶的雨水渗漏难题并非“洪水猛兽”，难以克服。重点要做好以下几点：
1、尽快完善有关采光顶的技术规程和验收标准，彻底改变在采光顶设计、施工、验收过程中模糊不清的局面。
2、主体设计（土建结构）和幕墙采光顶设计师应理清工作界限。主体结构设计师的职责是提供幕墙采光顶的支撑平台，并对幕墙采光顶设计提资的荷载进行复核，而采光顶设计师则应充分考虑重力荷载长期作用对采光顶性能的影响，特别注意节点构造的合理性[3]。
3、项目施工前做好技术交底，明确项目施工的重难点，“先打样后批量”，重点检查施工盲点的安装质量。
希望通过科学严谨的设计和一丝不苟的施工，让玻璃采光顶这片明亮的空间回归到它原本璀璨的地位，让建筑师们更有信心和胆量尝试不同的创意。
参考文献：
[1]《采光顶与金属屋面技术规程》JGJ255-2012
[2]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
[3]《建设科技》期刊论文李基顺
[4]《世界家苑》期刊论文潘守振
[5]《城市建设理论研究（电子版）》期刊论文孙明树等