折流是水分控制的首要原则和主要因素,其目的在于让雨水偏离建筑物表面,比较大限度地减少水分渗入围护结构的可能性。折流原则常见于许多建筑设计中,经历史证明可有效减少外墙雨水量。
折流防线包括:
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使建筑物背离主导风向
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在外墙顶部采用面积较大的屋面挑擔和集水装置,以及应用建筑细部设计使之利于排水。
设计中采用坡屋面以及较长的挑擔是保证轻型木结构房屋耐久性的独特设计要素。折流防线也可应用于小构件上,如突出窗台、防水板和滴水槽等。外挂板和密封层也被视为折流防线的组成部分。在多雨地区, 仅仅依靠折流抵御雨水渗透是不够的。
Girvin木屋—这座木结构工作室兼住宅位于美国华盛顿州的Decatur岛,采用了明显的挑檐设计,既有功能上的作用(可折流窗墙上的雨水),又体现了建筑商的风格(可适应周围环境)
排水
排水是控制雨水渗透的第二项设计原则,其控制雨水的能力仅次于折流。采用排水原则的建筑设计方法包括坡屋面以及水平构件的斜面设计。
在节点设计方面,排水是通过收集墙体构件中意外积聚的湿空气,并让其在重力作用下回到或流出外挂板的外表面而实现的。比较简单的形式是在构件中的外挂板和墙面板之间铺加一个排水面。在木结构建筑中,排水平面通常由防水层(防水紙、油毡或房屋包裹层)所构成,而比较重要的是这些部分与门窗防水板一起使用时的效果如何。在墙体构件中,排水通常是提供冗余的主要途径。
排水空腔是一种较为复杂的设计要素,它是外挂板和排水面/墙面板之间的空隙。空隙的作用是阻隔毛细管作用,防止水分使排水面过度潮湿。空隙也可以视为另一种折流,尤其是当其具有平衡压力的功能时,因为压力平衡可以抵消雨水渗透的主要驱动力 (空气压差),从而减少通过外挂板进入排水空腔的湿空气量。
通过干燥机制,墙体构件借助通风(空气运动)和蒸汽扩散来排出聚积的湿空气。必须考虑外挂板和墙面板/框架构件的干燥能力。用于排水目的空隙通过虹吸通风方式,也可以起到干燥外挂板材料的作用。墙面板和框架构件的干燥常常需要另加考虑,并在很大程度上受所选用的防潮层和蒸汽阻隔层材料的影响。外墙构件的设计,必须能使外部或内部得到充分干燥。外挂板、防潮层、蒸汽阻隔层和内装修材料的透气性会严重影响到墙体的总体干燥能力。目前,研究者正在这一领域进行研究工作。
腰线泛水板位于两层间的装饰腰线位置,它有助于将湿空气排向外部。
耐久材料
一切需要防潮的地方都要选用耐久性材料。如果折流、排水和干燥都不能有效地使木制构件的含水率保持在20%以下,就必须提高木材的防腐蚀性。对于木结构构件而言,这可以通过使用木材防腐剂对木材进行加压处理而实现。在地梁板与混凝土基础相接触的地方使用防腐木材是一种常见的节点设计,符合选用耐久性材料的原则。
建筑上具有特色的房屋设计方法应与长期耐久性这一因素相协调,也应该考虑防风雨和维护的要求。例如,铺于木结构墙体上的面砖必须标明暴露等级, 砖石墙系拉杆必须具有足够的防腐蚀性。直接暴露于风雨中的木制外挂板和饰线材料应具有天然防腐性,或采用经防腐处理的木材制成。
不列颠哥伦比亚省温哥华市邻近Choklit公园的Windgate联体式住宅,在层高处采用装饰性的外部封檐板,连同坡屋顶和挑檐一起成为湿空气控制方法的组成部分
外墙的雨水控制办法
用于轻型木结构房屋的外墙共有三种基本类型可供选择,每一种都是根据独特的雨水控制概念而设计的:
表面密封墙、隐蔽式屏障墙和防雨幕墙。在设计特定建筑物的外墙时,需要选用适当的外墙类型并在整个设计和节点设计阶段保持连贯性,而且要就外墙的节点设计与施工队伍进行良好的沟通(见表1)集为一体。
表面密封墙体的设计目的是为了使外挂板的表面具有水密性和气密性(见图7)。为保持连续性,外挂板的接缝处以及与其它墙体构件的接口处均需密封。外挂板的外表面是主要的而且是唯一的排水通道。这里没有冗余考虑,必须做到 “表面密封”并保持完好状态,才能有效地控制雨水渗透。然而,对于暴露在雨水中的墙体而言,这种对完好状态的依赖性是不可靠的。般来说,只有在到达外挂板表面的水分很有限的地方才使用表面密封墙体,如深悬挑件或拱腹下方的墙体区域,或用在潮气危险程度不高的地区。
隐蔽式屏障墙体的设计,其前提是承认一些水分会通过外挂板的表面(见图8)。这类墙体构件中含有一个排水平面,作为防止雨水渗透的第二道防线。外挂板表面仍然是主要排水通道,但是墙体中还有次要排水通道。隐蔽式屏障墙体的一个例子是,直接在呼吸纸防潮层和覆面板上安装木制外挂板。呼吸纸构成了排水平面,铺设在其上方的PVC外挂板和排水EIFS(外墙保温饰面系统)也应视为是隐蔽式屏障墙体,尽管这些外挂板系统的排水性能通过外挂板背后的空隙(虽然并不连续)得到了加强。隐蔽式屏障墙的设计方法适用于多种外墙,在低度到中度风雨暴露地区表现良好。然而,在高度至极度暴露条件下,其性能表现是无法保证的。无论如何,第二道防线的完整性在很多程度上取决于准确的节点设计和正确的施工安装。如果为了比较大限度地提高构件在高度暴露条件下的性能表现和使用寿命,应考虑使用防雨幕墙设计。
防雨幕墙可以更进一步地控制水分,它在组合墙体的外挂板背面和防潮纸之间形成一个排水空腔(宽度比较小为9.5毫米)。充当毛细现象隔层的排水空腔可以更好地防止水的侵入,从而避免大多数水分接触到防潮层。空隙同时为外挂板背面提供通风,这可加速拍墙板的干燥,并可防止水汽逆向流动时潮气在墙体框架中聚积。防雨幕墙的实例是:砖饰面(通常有1至2英寸的空隙)和铺设在垂直钉板条之上的粉饰灰泥外挂板(钉板条通常经加压处理,尺寸为19×64毫米,中心间距为400毫米)。防雨幕墙适用于所有可能高度暴露在风雨中的场合。
等压防雨幕墙是基本防雨幕墙设计的一大进步。为了改进性能,这些墙体对排水空腔进行分区并且提高了排水空腔的通风效果。由于风吹在墙体表面,因而空气能穿过排气口而进入外挂板背后的空隙。如果使用分隔密封层来分隔排水空洞,可以适当地限制空气,在整个外挂板中形成压力的平衡,这样可消除造成水分渗透的一种主要驱动力。虽然就概念而言,这一技术可提高任何防雨幕墙构件的性能,但它比较常用于砖饰面墙体。等压防雨幕墙适用于所有暴露程度,在水分控制方面具有比较佳的性能表现。
施工中的质量保证
长期耐久性取决于建筑物的设计、施工、使用及维护的质量。要实现耐久性,建筑物使用寿命周期内每一阶段的质量保证都是至关重要的。
质量保证的定义是:为了确保产品和服务能满足特定要求而须按计划采取的有系统行动。质量保证的一个基本原则是所有人员都应对各自的工作标准负责。为避免出现耐久性方面的问题,应规定一切有关人员的质量控制职责,这些适当而协调一致的职责应贯彻于建筑的设计、规划、建造、使用和维护的全过程直到建筑物的使用寿命结束为止(见表2)。
CSA(加拿大标准协会)S478-95—《建筑物耐久性的指导原则》(Guideline onDurability in Buildings)于1995年出版,全面概述了建筑物设计、施工、使用和维护中的质量保证程序。其他标准化组织,包括ISO(国家标准化组织)和ASTM(美国材料与试验学会), 都已开始在其各自的标准中制定有关耐久性问题的规定。
施工质量控制
仅有正确的设计并不能确保建筑物具有耐久性。因而,在施工过程中必须始终贯彻设计的意图。这切始于设计阶段的施工文献资料。
应向整个施工队伍明确说明建筑物围护结构的设计方案。可以用描述的方式或在制图封页上绘制概念图的方式说明各种湿空气控制方法。应向安装人员提供关键性细节,包括典型和非典型的条件。
应充分考虑到施工的可行性及墙体的总体水分控制方法的细节。需要提供节点详图(在某种情况下需提供三视图),以便能清楚地显示构件各组成部分之间的关系。尤其是必须在节点设计中清晰说明排水平面(防潮层及防水板)。如果设计意图及想法未得以清楚表达,安装人员在施工中很可能会误解设计的细节。
为控制施工质量,建造商应制定一套严格的程序。有必要对工作进行协调,以确保长期的性能表现。这对于建筑物的围护结构尤其如此,因为许多不同工种的承包商需要相互协调。提出建筑计划和施工图,召开安装前会议,这些都是施工阶段应采取的措施,以便说明、改进及核对建筑设计。
实体模型是另一种有用的工具,它使得设计师和建造商可以与负责围护结构施工的各工种承包商合作,共同解决与施工可行性及施工顺序有关的问题。一旦经过测试并认可,实体模型就可以用来为随后的工作确定一个明确的标准。
梁端部在挑檐的保护下避免受潮
材料处理
施工过程中的湿空气控制也很重要。即使购买及运抵工地的是干材,也有可能在施工前或施工中受潮。应该制定程序,以确保:
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存放在现场的木材应保持干燥
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比较大限度地减少已安装材料的受潮,以及借助通风、加热或去湿的方法,加速材料的干燥。
暴露于潮湿条件下的木制材料在封入构件之前,应进行干燥处理,使含水率降至19%或以下。对于在施工中严重受潮的建筑物, 应在施工进度计划中留出时间,让框架及覆面材料得到适当的干燥。在框架组装后随即安装的防潮层可用来减少材料在风雨中的暴露。机械性措施(如使用加热器和/或去湿器)也可以用来加快干燥过程。
结论
轻型木结构建筑经历史证明具有可靠的耐久性。木材具有环保优势,使用方便而且成本也具有竞争性,因此将继续为人们所青睐。若正确应用建筑物围护结构的设计原则,所有的材料在耐久性方面都会具有良好的性能表现。
耐久性建筑的必要性不仅仅在于建造健康的建筑物,而且还在于我们必须借助建筑的持久性来减少人类社会对环境的影响。事实上,从生命周期成本的角度考虑,木结构建筑的性能优于其它材料。生命周期成本涉及的因素包括温室气体排放、水污染指数、能源的使用、固态废料以及生态资源利用。然而,只有在设计和建造时考虑到建筑物的长期耐久性,木材的环保优势才能得以实现。
建筑师James Cutler曾激情洋溢地说过,要通过建筑设计和节点设计过程来 “礼待木材”,这包括了保护木材免受潮气侵蚀这一概念,即耐久性设计的根本所在。