轉自：中國建築金（jīn）屬結（jié）構雜誌
作者：王德勤
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1引言
在現代建築（zhù）設計中,建築師追求建（jiàn）築外（wài）觀的新、奇、特藝術效果，出現了不少三維自由曲（qǔ）麵造型的建（jiàn）築（zhù）立（lì）麵。其基本表現手法是利用異（yì）形玻（bō）璃幕牆（qiáng）,通過對麵板曲麵的變化（huà）形式來表現的，這給了幕牆公司的（de）技術人員和科研研發，提出（chū）了不小的挑戰和巨大的契機（jī）。可以說，異形幕牆的出現和發展給了幕牆設計師們發揮其聰明（míng）才（cái）智的空間，促使建築幕牆的（de）設計與施工技（jì）術向前發展。本文想通過對經過時間考驗的實際工程項目使用過的成熟節點的介紹和分析，進一步提高我們對新的異形幕牆節點的設計和理解能力。北京天文館異形玻璃（lí）幕牆和玻（bō）璃旋體，是（shì）典（diǎn）型的雙曲麵玻璃幕（mù）牆。從工程竣工到現（xiàn）在已有十多年的時間了。位於南、北立麵的夾（jiá）膠中空玻璃雙曲麵幕牆和馬鞍形玻璃通道的異形（xíng）夾膠玻璃麵板，已經經受到了時間的考驗。在該項目的異形（xíng）幕牆（qiáng）中從玻璃幕牆到玻璃旋體造型。以及玻璃采光頂、屋頂（dǐng）玻璃體造型等相關於異形幕牆的特殊構造節點（diǎn）有二十種之（zhī）多。由（yóu）於節點設（shè）計的（de）比較合理，針對性和可實施性強，對（duì）異形玻璃幕牆的結構安裝和（hé）麵板（bǎn）安裝起到了決定性的作用。使得雙曲麵的玻璃造型流暢順滑。本文對在北京天文館項目中使用的幾種特殊節點進行一下分析介紹。這些（xiē）節點在近十多年中除本（běn）項目使用（yòng）外，部分已經大（dà）量應用在其它的異形幕牆的項目（mù）中，成為通用的標準節（jiē）點，取得了良好的（de）經濟效益和社會（huì）效果。有些節點已經審請了（le）專（zhuān）利，成為被******認可的專（zhuān）利技術並（bìng）取（qǔ）得了相應的專利證書，為幕牆行業技術的發展做出了貢獻。下（xià）麵，結合實際工程案例作一些粗淺的解析。1.1、異形幕牆項目（mù）北京天文（wén）館新館簡介（jiè）北京天文館新館的（de）建築位（wèi）置位於北京市西直門外（wài）大街138號，總建築麵積22000平方米（mǐ）.是一個大（dà）型綜（zōng）合性天文館。工程建築（zhù）設計由美國王弄極建築師事物所（suǒ）和中國（guó）航天建築設計研究院聯合承擔完成。玻璃工程分成三（sān）個主（zhǔ）要部（bù）分：北立麵（miàn）幕（mù）牆以及采光頂、馬（mǎ）鞍形玻璃通道、四個空間鋼結（jié）構玻璃旋體。無（wú）論從設計和施工（gōng）的技術難度都超乎想象。(如圖1.1-a、b、c、d)
建（jiàn）築物由五層鋼筋混泥土結構、鋼（gāng）結構、玻璃幕牆（qiáng）及采光頂、馬鞍形玻璃通道和四個各具象征（zhēng）意義（yì）的玻璃旋體組合而成。在四個玻璃旋體內部（bù）分（fèn）別布置多功能廳、動感（gǎn）影劇院、天文觀測台等（děng）功能建築。在建築物中部（bù）設置（zhì）了一個由異形玻璃拚接的馬鞍形玻璃通道（dào）貫穿（chuān）整個建築，將北立麵的（de）玻璃幕牆和南立麵的石材幕牆連接。其建築創意新穎（yǐng）、造型別致、層次分明，用玻璃與鋼結構的有機結合（hé）體現了過（guò）去與未來、藝術與自然（rán）的和諧統一。
1、2、北立麵幕牆和采光（guāng）頂、屋頂玻璃（lí）體的構造
北立麵玻璃幕牆由於建築節能要求，玻璃采用8mm(鋼化)+12A(中空)+8mmLow-e(鋼化)玻璃，玻璃基本分割尺寸為（wéi）3000mmX1000mm。幕牆按橫明豎隱構造（zào）。幕（mù）牆結構係統采（cǎi）用了（le）橫向由（yóu）T型鋼龍骨支托，既作為外視橫線條也作為玻璃（lí）麵板的水平支（zhī）承結構。(如圖1.1-a)
在建築物北立麵幕牆與東、西立麵幕牆的銜接（jiē）過渡處的弧形麵是由兩段不同半徑的弧麵銜接過渡，避免通常情況下的直角銜接;在（zài）北（běi）立麵玻璃幕牆的西側，局部（bù）為（wéi）凹球型（xíng）玻（bō）璃表麵，而球麵與（yǔ）平麵銜接處為順滑過渡的空間三維曲（qǔ）麵。其設計、加工及安裝難度，迄今為止均為國內幕牆（qiáng）業所不多見（jiàn）。整個建築物線條流暢合理，與周圍建築物益顯和諧。(如圖1.1-b、c)
北立麵幕牆結構按9m跨度布置18根ф800mm直經的（de）鋼管柱,為適（shì）應玻璃幕牆的（de）藝術造型，在18根直徑為ф800mm、高（gāo）度為30m，每根重量為9.9噸鋼立柱中（zhōng）就有8根（gēn）為彎曲（qǔ）鋼柱。由於（yú）鋼管的直（zhí）徑太大，彎曲孤線要求精度高，又是每根彎曲弧線不一致，給加工製作和現場（chǎng）安裝造成了很大的難度。經（jīng）技術人員（yuán）、施工人（rén）員多次試驗，克服了各種困難，***後采用方案（àn）是：在後場分級熱彎剪裁成型;在現場放樣逐級校正的辦法（fǎ）。(圖1.2-b)
為達到立麵通透的效果，在柱與柱之間的支承結構上我們（men）采用（yòng）了9m跨的變（biàn）載麵水平玻璃肋作為玻璃幕牆受風荷載的主要支承結構，用（yòng）橫向玻（bō）璃肋與（yǔ）鋼方通的組合結構支撐著有（yǒu）橫向線（xiàn）條的立（lì）麵玻璃，用φ12mm的鋼拉杆來保證玻璃肋的平麵處穩定（dìng），這在國內是首次使用的。為確保安全，玻璃肋（lèi）采用25.52mm的雙（shuāng）鋼化夾膠玻璃，用不鏽鋼夾（jiá）板連接，並通過運用ANSYS軟件作整體計算和幕牆三項（xiàng）性能實體試驗（yàn）證明，該結構安全、合理。(如圖1.2-c)
采光頂（dǐng）采用隱框作法，玻璃為中空鋼（gāng）化夾膠玻璃。排水（shuǐ）坡度為3%。根據（jù）建築物的功能要求設置13個電動通風（fēng）排煙窗。為避免夏季陽光的過度照射，在采光頂的室內（nèi）我們設置了玻（bō）璃遮陽（yáng）百頁。合理的節點設計和材料組合（hé）保證幕牆的功能要求。在屋麵的（de）頂部，球形天文望遠鏡的周（zhōu）邊安裝了多個無使用功能的玻璃（lí）體造（zào）型，其結構都是由鋼結構支承的點支式玻璃幕牆，實現的效果是在室內的玻璃旋體穿透屋（wū）麵與天（tiān）空相呼應(如圖1.2-d、e)2、節點設計（jì）2.1、馬鞍形玻璃通道與南北立麵異形幕牆在（zài）建（jiàn）築（zhù）物中部設置了一個由（yóu）曲形鋼結構支撐，用360片不同尺寸、不同規格的雙曲麵熱彎夾膠玻璃拚接而成的馬（mǎ）鞍形（xíng）玻（bō）璃通道，這（zhè）個通道貫穿整個建築（zhù）。它將北立麵的曲麵玻璃幕牆和南立（lì）麵（miàn）的（de）石材幕牆連接。它（tā）的特殊（shū）之處在於極具創造性的利用鋼結構（gòu）和雙（shuāng）曲麵（miàn）玻璃組成連續的馬（mǎ）鞍形空間雙曲（qǔ）麵，實現了一（yī）個富（fù）有想象力的夢幻空間。(如圖（tú）2.1-a、b、c)
在南、北立麵的馬鞍通道入口處，由於外形和（hé）玻璃分割線所限，使鋼結構龍骨（gǔ）的加工和玻璃的加工安裝碰到很大的難題。固定玻璃的（de）次龍骨是曲線形，而固（gù）定（dìng）玻璃的槽口又要與玻璃的邊緣對應，這就出現了次龍骨為曲線扭曲形狀;異形邊雙曲麵玻（bō）璃***大長度達3680mm×1200mm，這在國內玻（bō）璃加工業是從未遇到過（guò）的難題。經多（duō）次論證和試（shì）驗，確定了加工安（ān）裝方（fāng）案。鋼龍骨的製作分（fèn）兩步進行，首先將龍骨（gǔ）的外形按設計要求的曲線製作成形，保證將（jiāng）誤差控製在±1.5mm之內，並預安裝到位，再按每隔100mm作一個與玻璃麵的切線對應點，確定扭曲度數（shù）並逐級校正成形，確保玻璃邊緣與龍骨槽口吻合。
在北立（lì）麵玻璃（lí）幕牆和馬鞍形玻璃通（tōng）道入口的玻璃幕（mù）牆，采用（yòng）了橫（héng）明豎隱的玻璃幕牆形式。幕牆結構係統采用了橫向由T型鋼龍骨支承，在外部（bù）增加了鋁（lǚ）合金裝飾扣條。使其既作為外視橫（héng）線（xiàn）條（tiáo）也作為玻璃麵（miàn）板的水平支承結構。圖2.1-d北立麵異形玻璃幕牆節點圖中所示的為大麵（miàn）的基本節點，在轉角處（chù）和曲麵幕牆處的節點是在此基礎上進行了加強改造。(如圖2.1-d)
異形雙曲（qǔ）麵（miàn）玻璃的加工采取每片玻璃對應一個鋼模具（jù）的（de）辦法。用（yòng）網格式空（kōng）間模形確定玻璃下料尺寸。在模具製作時按網格橫線條的曲（qǔ）度將鋼管彎曲成形。每隔（gé）100mm一根曲形鋼管（guǎn）並按網格的豎向線條曲（qǔ）度拚接成空間雙曲麵模具（jù），並預留出玻（bō）璃在燒製過程中回彈尺寸餘量，保證玻（bō）璃的曲麵偏差在±2.5mm之內，外形尺寸（cùn）偏（piān）差在±3mm之內。經過嚴格的對加工製作（zuò）、現場安（ān）裝每道工序控製，解決（jué）了（le）一個又一個的技術難題，一個由360個鋼（gāng）模具加工出來（lái）的尺寸各異、形狀不同的玻璃馬鞍體通道如期建成，******的達（dá）到了建築效果的要求。2.2、玻璃旋體異形幕牆四個各具特色（sè）空間玻璃旋體的共同特點是，在豎向坐標的一係列圓心隨著高度的變化在（zài）空間不斷飄移，每一層玻璃（lí）水平分割線的圓心坐標位置各不一（yī）樣，***大相（xiàng）差3670mm,並由半徑（jìng）不斷變化的圓弧在空間組（zǔ）合形成空間弧麵。旋體***高為38.5m並高出屋麵8.5m,異形玻璃的（de）基本分割（gē）為1000mmx1000mm。四（sì）個空間玻璃旋體的的玻璃麵板組合，都采用了上下玻璃板塊對接，左右片錯位搭接（jiē）的方案來實現獨特的（de）建築（zhù）藝術效果。(如圖2.2-a、b、c、d)1號玻璃旋體的***大直（zhí）徑（jìng）為24m，***小直徑為15.8m，總高度34m。玻（bō）璃（lí）為上下兩點支承，玻璃之間為開縫式（shì），上下（xià）玻（bō）璃板（bǎn）塊對接，左（zuǒ）右玻璃板塊錯位搭接的連接方式，玻璃安裝在（zài）旋體空間鋼結構的外側。(如圖2.2-a、)
公司由一群才華橫溢經驗豐富的熟練操作車、銑、磨、電火花、線（xiàn）切割、數控設備操作人員和經驗豐富的模具設計、裝配高級工程師組成的員（yuán）工隊伍，全（quán）麵實現（xiàn）計（jì）算機輔助設計（PRE/UG./SLIDWORK）及計算機製造加工係統（CAD/CAE/CAM），運用******的製造工藝和完善的質量（liàng）控製流程，北京鋁合金零件（jiàn）加（jiā）工,北京軍工零件加（jiā）工產品質量嚴格按照ISO9000質量體（tǐ）係標準執行。
2號玻璃旋（xuán）體的（de）***大直徑為25m，***小直徑為19.5m，總高度為34m，玻璃為上（shàng）下兩點支（zhī）承，玻璃之間為（wéi）開縫式，上下玻璃板塊（kuài）對接，左右玻（bō）璃板塊錯位搭接的連接方式。玻（bō）璃板塊安裝在旋體空間（jiān）鋼結構的內側。(如（rú）圖2.2-b)3號玻（bō）璃旋體的（de）截麵為大、小（xiǎo）兩個圓相交，並分為室內、室外兩個部分。大（dà）圓***大直徑18m，小（xiǎo）圓***小直徑13m，總高度為38.5m;玻璃（lí）板塊均為四點支承。玻璃板塊之間采用了上下玻璃板塊對接，左右玻璃板（bǎn）塊錯位搭接（jiē）的（de）連接方式，在板塊之間打膠處理使之形成閉縫式（shì）連接。在室內的玻璃采用鋼化夾膠玻璃，室外為中空鋼化玻璃。在（zài）3號旋體的（de）頂部也就是在屋麵的上麵設置了點（diǎn）支式斜（xié）麵玻璃（lí）采光頂。(如圖2.2-c)
4號旋體的（de）截麵（miàn）隨圓（yuán）形，豎（shù）向支承結構和（hé）豎（shù）向玻璃（lí）縫均為螺旋式，旋體總高度為32.8m，玻璃為上下（xià）兩點支承，玻璃（lí）之間為開縫式，上下玻（bō）璃板塊對接，左右玻璃板塊（kuài）錯位搭接的連接方式，玻璃安裝在旋體空間鋼結構的外側。(如圖2.2-d)空間玻璃旋體鋼結（jié）構的設計、施工難點在於結構空間組合的任意性.共計320根體形各異（yì）的鋼（gāng）管需要進行空間三維（wéi）加工,其中主管為φ159X6mm，次管為120X60X5mm矩形管，結構（gòu）與玻璃板麵是通過不鏽鋼爪件連接（jiē），安裝精度要求極高。在6200個玻璃安裝點（diǎn）上，每個點的尺寸（cùn）誤差都必須控製在±2mm之內。在3號旋體玻璃與結構連（lián）接節（jiē）點設計過程中，經過設計人員對（duì）多個方案的反複論證，並經多次實驗解決了玻璃板塊（kuài）之（zhī）間采用上下玻璃板塊對接，左右玻璃板塊錯位搭接的連接方式，在板塊之間打膠處理使之形成閉縫式連接的特殊雙層玻璃點駁接節點也叫雙頭連接駁（bó）接頭。解決了這（zhè）一難題，該節點還申請了******實（shí）用新型專利，為這類（lèi）連接形式找出了路子。(如（rú）圖2.2-e、f)
為解決技術難（nán）題，在設計中根據工程特點發明了新的節（jiē）點並（bìng）使用在（zài）本工程上：雙頭連（lián）接駁接頭、可調式（shì）轉角支承爪件、雙層玻璃定位夾等，都是針對本工（gōng）程設計的特殊節點（diǎn）。既解決了設計（jì）於施工難題又滿足了建築造型的要求。在（zài）結構設計上充分利用******的結構計算軟件（jiàn）建立四個旋體的空間模型，對旋體的每一條杆件都（dōu）進行靜力學和動力學的分析.確保結構的安全性。由於造型的（de）需要（yào）在1號、2號、4號玻璃旋體上玻璃板塊為上下兩點支（zhī）承（chéng），玻璃之間為開縫式，上下玻璃板（bǎn）塊對接，左右玻璃板塊錯（cuò）位搭接的連接方式來實現整個玻璃旋體的雙曲麵造型。由於玻璃（lí）板塊與旋體的空間鋼結構的連接是采用在玻璃（lí）板塊的中部固定（dìng）的,用玻璃板塊的上、下兩點來支承板塊所受的荷載。這種（zhǒng）連接方式（shì）雖然（rán）能解決了玻璃（lí）板塊（kuài）自重和水平荷載的傳（chuán）遞。(如圖2.2-h、i)但同（tóng）時又出現了板塊平麵外不穩定的問題。為了能在不增加結（jié）構連接件（jiàn）的情況下，解決玻璃板塊（kuài）平麵外固定的問題，我們專（zhuān）門為該項目設計了玻璃麵板（bǎn）卡扣式（shì）連接節點，也叫雙（shuāng）層玻璃定位夾（jiá）。(如圖2.2-g)
由於（yú）該結構體係為空（kōng）間（jiān）變（biàn）化，形（xíng）體複雜，一方麵要保證龍骨結構視覺造型（xíng）上的藝術性，另一方麵還要控製（zhì）鋼結構加工、安裝的誤差。在結構設計中采用專（zhuān）用3D建模（mó）軟件，準確確定弦體曲麵位置和結構的空間參數，以保證施工圖設（shè）計和加工工藝的（de）******度（dù）;工廠加工時采用了（le）三維剛性胎模控製、檢測幾何尺寸保證每根（gēn）鋼管的（de）空間彎（wān）曲度;現場（chǎng）安裝時將每根鋼管的電（diàn）腦定位座標用全站儀三維空間定位（wèi），再用激光經緯儀配（pèi）合跟蹤測量，以確保玻璃安裝時準確無誤。在北京天（tiān）文館新館玻璃幕牆（qiáng）和玻璃旋體施工中采用了多（duō）項新工藝、新材料、新技術，其難度之大精度之高為（wéi）國內鋼結構和幕牆的設計、安（ān）裝所不多（duō）見的，其中許多地方都打破了常規，為國內幕牆特殊異型鋼結構的安裝，積累了豐富的經驗。3、結（jié）束語近（jìn）年來，異形（xíng）建築和異形幕牆（qiáng）在國內有了（le）快（kuài）速的（de）發展，這就為這些特殊（shū）幕牆節點的使用提供了一個更大的空（kōng）間，對幕牆工（gōng）程師們在幕牆節點設計上提供了一（yī）個（gè）又一個（gè）的新的富有挑戰的課題。總結和介紹經過（guò）十年考驗北京天文（wén）新館項目（mù）的節點設計和使用情況，目的在於為（wéi）今天的幕牆工程師們在異形幕牆的（de）節點設計中提出一個借鑒的方案。參考文獻[1]《玻璃幕牆工程技（jì）術規範》，中華人民共和行業規（guī）範（fàn）,JGJ102-2003[2]王德勤，《北（běi）京天文館新館幕牆結構相關技術》，鋁門窗幕牆論文集，2005[3]王德勤，《北京天文館設計與施工技術》，建築技術，2005-9期[4]王德勤，《異型玻（bō）璃幕（mù）牆工（gōng）程施工測量技術探討》，中國建築裝飾裝（zhuāng）修，2005
來源:2014鋁門窗幕牆年（nián）會（huì）論文集
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