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、ETLE（聚氟乙烯）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ƒmax做了规定，即ƒmax≤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

   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。

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。

图4(a) 中央统战部采光顶剖面图

图4(b) 节点A详图

   3.2 结构设计不合理

   3.2.1 结构体系选择不当，挠度控制不够严格。

   采光顶的结构体系如果选择不当，会使结构体系甚至是整个采光顶都处于不稳定的状态。例如单层索网体系，如果不经过严格地论证，盲目地采用，再加上预应力施加不正确，极有可能在结构验算时，变形都满足要求，但在长期温度应力作用下，使采光顶的结构在平面内产生过大的变形，导致密封胶开裂，最后出现渗漏现象。所以说在结构体系选择时，尽量不要选择变形不够稳定的单层索网结构。如果必须选用，那么应加大胶缝的宽度到30mm，并采用可承受更大变形的（压缩模量大）的密封胶。

   对采光顶的挠度控制不够严格是指：一、指上文提到的标准要求不够严格；二、对在恒载长期作用产生的挠度估计不足。很多采光顶设计师经常会忽略组合挠度ƒ的问题（ƒ=ƒ₁+ƒ₂，其中ƒ₁为结构梁的挠度，ƒ₂为玻璃的挠度）。只有当ƒ₁+ƒ₂<Δ（Δ为起坡绝对值）时，排水才会通畅，玻璃表面才不会积水。因此，除通过修订规范从严规定ƒ₁和ƒ₂自身的允许挠度值外，设计师还应根据积水的情况适当增加安全系数。例如在采光顶的汇水位置，因为瞬间会积水很高，所以计算强度和挠度时只考虑板块和支撑体系的自重作用显然是不恰当的。

   3.2.2采光顶结构不设变形缝，预应力构件跨越结构变形缝。

   一般来说，采光顶采用的结构（如钢结构、铝结构等）体系，吸收变形的能力都很强，其自身可不设变形缝。只有当主体结构设有变形缝，采光顶的整体结构才随着主体结构设置变形缝。

图5 采光顶变形缝处做法

图6 不同建筑物采光顶剖面

   如图5为跨越Ⅰ、Ⅱ两段结构间的变形缝的采光顶，此处的采光顶的支撑结构应增设一根钢梁或钢柱，同时玻璃面板应完全分离，其缝隙不得小于25mm，同一块玻璃严禁跨越变形缝。如图6所示，工程中经常在两建筑物之间增加采光顶，这两建筑物有可能相互完全独立，由基础沉降、温度变形或地震等因素引起的变形角则可能不同。因此横跨于两楼之上的采光顶，必须具有较强的自变形能力，以适应两楼不完全一致的变形。通常的做法是支撑结构采用铰支座或滑动支座，其变形角能吸收建筑物的变形差异；此处的面板应尽量采用金属板，而不是玻璃。

   对于采光顶的预应力构件跨越结构变形缝的问题，非常棘手且不易解决。如图7为青岛某工程的采光顶，整个采用索杆结构，即南北向为张弦梁，东西向为预应力索，位于结构Ⅰ段和Ⅱ段之间，中间跨过一个伸缩缝。由于温度变形的不确定性，施加的预应力损伤也难以确定，从而使结构处于不稳定状态。玻璃面板发生渗漏现象，也就不可避免了。实际施工时，只能将温度变形的预应力损失考虑到最大，但也存在过强拉的问题。因此，在土建结构设计时要尽量避免出现类似问题。

图7 预应力索的采光顶跨伸缩缝

图8 采光顶与铝镁锰合金板连接的错误做法

   3.3.3 不同结构体系混用，土建结构设计不到位。

   同一个采光顶由不同结构组成，也许由混凝土结构和钢结构组成，或者由桁架梁结构，和索网结构组成，或者由钢网壳结构和铝网壳结构组成。由于各种结构体系自身刚度不同，对同样荷载产生的变形也不同，有可能造成两者的变形不协调。这种变形不协调在不同结构接触位置，极有可能引起玻璃面板破坏，密封胶开裂。就比如郑州某大学的教学楼采光顶工程，同一采光顶由双层网壳和单层索网两部分构成，外形非常漂亮。由于双层网壳刚度非常大，而单层索网则相对较弱，两者交接处，变形不一致，常常出现胶缝开裂并发生雨水渗漏。所以，同一采光顶尽量采用同一种结构形式，不可多种结构形式混用。当不可避免地采用多种结构形式时，应当增设变形过渡区，使不同结构类型的变形能逐渐地协调一致。

   土建结构工程师有时设计不到位，比如某穹顶采光顶工程采用单层网壳结构，将其部分支座放在一层地面上，既没有基础又不与主体结构连成一个整体，土建结构的设计工作显然没有完成，却把此难题推给采光顶设计师。采光顶设计师也一定束手无策，还得采取增设混凝土环形基础等方法解决此难题。因此，采光顶在设计前，首先要看土建设计是否完成，是否已提供一个结构稳定、可靠的承重体系。

   3.3 节点构造设计不合理

   3.3.1 不同界面的连接做法不合理

   与采光顶接触的界面可以有很多，如石材、面砖、砂浆抹灰（外刷涂料）、清水混凝土、铝板、铝镁锰合金板、钢板（排水槽处）、太阳能光电板等；其过渡交接的方式则有平接、搭接、插接等几种方式。平接是两种界面分别固定在框上，通过密封胶或密封胶条过渡，其特点是顺着流水坡度方向平滑顺畅。平接过渡方式对设计和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。如图8所示本人参与审查的某工程采光顶的节点图。该采光顶的玻璃与金属屋面板的下层镀锌铁皮搭接，玻璃在上层，且顺着水流方向，似乎没错。然而设计师却未考虑到在镀锌铁皮上还有保温层和铝镁锰合金面板，反而玻璃在下面，成为倒排水。所以搭接应遵守的原则是“水往谁流，谁就在下”。并且压住的面一定是与水接触的面，切不可中间过度面。而插接方式一般使用在有较大结构应力位置，比如变形缝处，外侧仍采用密封胶密封。

   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9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。

图9 采光顶与面砖等连接做法

图10(a) 采光顶阳角脊线无盖板式做法

图10(b) 采光顶阳角脊线有盖板式做法

图11 采光顶阴角脊线做法

   3.3.2 采光顶脊线处节点做法不合理

图12 采光顶开启窗做法

图13(a) 采光顶檐口做法一

   开启扇或检修口是采光顶设计和施工的难点，也是易发生雨水渗漏的地方。首先，开启窗或检修口都不能设置在汇水较多的位置。其次，如图12所示，需高出玻璃完全面100-200mm，避免水流直接流入室内。如果开启窗不凸出于玻璃面，并且采用普通的开启窗节点，则隐患很多。此时应采用汽车专用的密封胶条，四周连续并压紧密贴。施工难度较大，成本也较高，一般情况下不采用。

   3.3.4 外伸结构的节点构造不合理

   实际工程中，有时会在采光顶的外面设计避雷带、广告牌、遮阳百叶、景观照明灯等各种外伸构件。这些结构一般不是由采光顶设计师统一设计，施工人员也不尽相同，因此容易衔接不畅，出现质量盲点。所以，一方面，采光顶设计师应对采光顶的外伸构件进行统一管理，并对其节点做法统一审查。另一方面，采光顶的施工单位应将外伸构件的预埋构件施工完成，并做有效的密封处理，其他单位应在预埋构件上施工，切不可私自割胶、电焊、甚至拆除玻璃。另外，外伸构件预埋件如避雷带等应从胶缝处伸出，当预埋构件较大时，可将玻璃开孔，但需做好中空玻璃的密封。

图13(b) 采光顶檐口做法二

图13(c) 采光顶檐口做法三