轉（zhuǎn）自：中國（guó）建（jiàn）築金屬結構（gòu）雜誌
作者：王德勤
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1引言
在現代建築設計中,建築師追求建築外觀的新、奇、特（tè）藝術效果，出現了不少三維自由曲麵（miàn）造型的建（jiàn）築（zhù）立麵。其（qí）基本表現手（shǒu）法（fǎ）是利用異形玻璃（lí）幕牆,通過對麵板曲麵的（de）變化形式來表現的，這給了（le）幕牆公司的技術（shù）人員和科（kē）研研發，提出了不小的挑戰和巨大的契機。可以說，異形（xíng）幕牆（qiáng）的出現和（hé）發展給了幕牆設計師們發揮其聰明才智的空間（jiān），促使（shǐ）建築幕牆的設計與施工技術（shù）向前發展。本文想（xiǎng）通過對經過時間考驗的實際工程項目使用過（guò）的成熟節點的介紹和（hé）分析，進一步提高（gāo）我們對新的異（yì）形幕牆節點的設計和理解能力。北（běi）京（jīng）天文（wén）館異形玻璃幕牆和玻璃旋體，是典型的（de）雙曲麵玻璃幕牆。從工程竣工到現在已有十多年的時間了。位於南（nán）、北立麵的夾膠中空玻璃雙曲麵幕牆（qiáng）和馬鞍形玻璃通道（dào）的異形夾膠玻（bō）璃麵板，已經（jīng）經受到了時間的考驗。在該項目的（de）異形幕（mù）牆中從玻璃幕牆到玻璃旋體造型。以及玻璃采光頂、屋頂玻璃體造（zào）型等相關於異形幕牆的特殊構造節點有二十種之多。由於節點設計的比（bǐ）較合理，針對性和可（kě）實施性強，對異形玻（bō）璃幕牆的結構安裝和麵板安裝起（qǐ）到了決定性的作用。使得（dé）雙曲（qǔ）麵的玻璃（lí）造型（xíng）流暢（chàng）順滑。本文對在北京天文館項目中使用的幾種特殊（shū）節（jiē）點進行一（yī）下分析介紹。這些節（jiē）點在近十多年中除本項目使用外，部分（fèn）已經大量應用在其它（tā）的異形幕牆的項目（mù）中（zhōng），成為通用的標準節點，取得了良好的經濟效益和社（shè）會效果。有些節（jiē）點（diǎn）已（yǐ）經審請了專（zhuān）利，成為被******認可的專利技（jì）術並取得了相應的專利證書（shū），為幕牆行業技術的發展做出了貢獻。下麵，結合實際工程案例作（zuò）一些粗淺的解析（xī）。1.1、異形幕牆項目北京天文館新館簡介北京天文館新館的建築位置位於北京市西直（zhí）門外大（dà）街138號，總建築（zhù）麵積22000平方米.是一個大型綜（zōng）合性天文館。工程建築設計由美（měi）國王弄極建築師事物（wù）所和中國航天建築設計研究院聯合承擔完（wán）成。玻璃工程分成三個主要部分：北（běi）立麵幕牆以及采光頂、馬鞍形（xíng）玻（bō）璃通道、四個空間鋼結構玻（bō）璃旋體。無（wú）論從設計和施工的技術難度都超乎想象（xiàng）。(如圖1.1-a、b、c、d)
建築物（wù）由五層（céng）鋼筋混泥土（tǔ）結構、鋼結構、玻璃幕牆及采光頂、馬鞍形玻璃通道和四個（gè）各具象征意義的玻璃旋體組（zǔ）合而成。在四個玻璃旋體內部分別布置多（duō）功能廳、動感影劇院、天文觀（guān）測台等功能建築。在（zài）建築物中部設置了一個由異形玻璃拚接的馬鞍形玻璃通道貫（guàn）穿整個建築，將北立麵的玻璃幕（mù）牆（qiáng）和（hé）南立麵的石材幕牆連接。其建築（zhù）創意新穎、造型別致、層次（cì）分明，用（yòng）玻璃與鋼結構的有機結合（hé）體現了過（guò）去與未來、藝術與自然的和諧統一。
1、2、北立麵幕（mù）牆和采光（guāng）頂、屋頂玻璃（lí）體的（de）構造
北立麵玻璃幕牆由於建築節能要求（qiú），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3000mmX1000mm。幕牆按橫明（míng）豎隱構造。幕牆結構係統采用了橫（héng）向由T型鋼龍骨支托，既作為外視橫線條也作為玻（bō）璃麵板的水平支承結（jié）構。(如圖1.1-a)
在建築物北立麵幕牆與東、西立麵幕牆的銜接過渡處的弧形麵是由兩段不同（tóng）半徑（jìng）的弧（hú）麵銜接過渡，避免（miǎn）通常情況下的（de）直角銜接;在（zài）北立麵玻璃幕牆的西側，局部為（wéi）凹球型玻璃表麵，而球麵與平麵銜接處為順滑過渡的空間三維曲（qǔ）麵。其設（shè）計、加工及安裝難（nán）度，迄今為止均為國內幕牆業所不多見。整個建築物線條流暢合理，與周圍建築物益顯和諧（xié）。(如圖1.1-b、c)
北立（lì）麵（miàn）幕牆結構按（àn）9m跨度布（bù）置18根ф800mm直經的鋼管柱,為適應玻（bō）璃幕牆的藝術造型，在18根直徑為ф800mm、高度為30m，每根重量為9.9噸鋼立柱中就（jiù）有8根為彎曲鋼柱。由於（yú）鋼（gāng）管的直徑太大，彎曲孤線要（yào）求精度高，又（yòu）是每根彎曲弧線不（bú）一（yī）致，給加工製作和現場（chǎng）安裝造（zào）成（chéng）了很大的難度。經技（jì）術人員、施工人員（yuán）多次試驗，克服（fú）了各種困難，***後采用方案是：在後場分級熱彎剪裁成型;在現場（chǎng）放樣逐級校正的（de）辦法。(圖1.2-b)
為達到立麵通透的效（xiào）果，在柱與柱之間（jiān）的支承（chéng）結構上我們采用了9m跨的變載麵水平玻璃肋作為玻璃幕（mù）牆受風荷載的主要支承結構，用橫向玻璃（lí）肋與鋼方通的組合結（jié）構支撐著有橫向線條的立麵玻璃，用φ12mm的鋼拉杆來保證玻璃肋的平麵處穩定，這在國內是首次（cì）使用的。為確保安全，玻璃肋采用25.52mm的雙鋼化夾（jiá）膠玻璃，用（yòng）不鏽鋼夾板連接，並通過運用ANSYS軟件作（zuò）整體計算和幕牆三項性能實體試驗（yàn）證明，該結構安全、合理。(如圖1.2-c)
采光頂采用隱（yǐn）框作法（fǎ），玻璃為中空鋼化夾膠玻（bō）璃。排水坡度為3%。根據建築物的功能要求設置13個電動（dòng）通（tōng）風排煙窗。為避（bì）免夏季陽光的過度照射，在采光頂的室內我們設置（zhì）了玻璃遮陽（yáng）百頁（yè）。合理的節點設計和材料組合保（bǎo）證幕牆的功能要求。在屋麵的頂部（bù），球形天文望遠（yuǎn）鏡的（de）周邊安裝了多個無使用功能的玻璃體造型（xíng），其結構都是由鋼結構支承的點支式玻（bō）璃幕牆，實（shí）現的效果是在室內的玻璃旋體穿透屋麵與天（tiān）空相呼應(如圖1.2-d、e)2、節點設計2.1、馬鞍形玻璃通道與南北立麵異形幕牆在（zài）建築（zhù）物中部設置了一（yī）個（gè）由曲形鋼結構支撐，用360片不同尺（chǐ）寸、不同規格的（de）雙曲麵熱彎夾膠玻（bō）璃拚接而成的馬鞍形玻璃通道，這個通道貫穿整個建築。它將北立麵的曲麵玻璃幕牆（qiáng）和南立（lì）麵的石材幕牆連接。它的特殊之處在於極具創造性的利用鋼結構和雙曲（qǔ）麵玻璃組成連續的馬鞍形空間雙曲麵，實現了一個（gè）富有想象力的夢（mèng）幻空間。(如圖2.1-a、b、c)
在南、北立麵的馬（mǎ）鞍通道入口處，由於外形和玻璃分割線所（suǒ）限，使鋼結構龍骨的加工和玻璃的加工安裝碰（pèng）到很大（dà）的難題。固（gù）定玻（bō）璃的次龍骨是曲線形，而固定玻璃（lí）的槽口（kǒu）又要與玻璃的邊緣對應，這就出現了次（cì）龍骨為曲線扭曲形狀;異形邊雙曲麵玻璃***大長度達3680mm×1200mm，這在國內玻璃（lí）加工業是從未（wèi）遇到（dào）過的難題。經多次論證和試（shì）驗，確定了加工安裝方案。鋼龍骨的製作（zuò）分兩步進行，首（shǒu）先將（jiāng）龍骨的（de）外形按設（shè）計要求的曲線製作成形，保證將（jiāng）誤（wù）差控製在±1.5mm之內，並預（yù）安裝到位，再按每隔100mm作（zuò）一個與玻璃麵（miàn）的切線對應點，確定扭曲度數並逐級校正（zhèng）成（chéng）形，確保玻璃邊（biān）緣與龍骨槽口吻合。
在北立麵玻璃幕牆和馬鞍形玻璃（lí）通道入口（kǒu）的玻璃幕牆，采用了橫明（míng）豎隱的（de）玻璃幕牆形式。幕牆結構（gòu）係統采用了橫向（xiàng）由T型鋼龍骨支承，在外部增加了鋁合金裝飾扣條。使其既作（zuò）為外視橫線條也（yě）作為玻（bō）璃麵（miàn）板的水平支承結構。圖2.1-d北立麵異（yì）形玻璃幕牆節點圖中所示的為（wéi）大麵的基本節點，在轉角處和曲麵幕牆（qiáng）處的節（jiē）點是在此基礎上進（jìn）行（háng）了加強改造。(如圖（tú）2.1-d)
異形雙曲麵玻璃的（de）加工采取每片玻（bō）璃對應一個鋼模具的辦法。用網格式空間模形確定（dìng）玻璃（lí）下料尺寸。在模具製作時按網格（gé）橫線條的曲度將鋼管彎曲成（chéng）形。每隔100mm一根曲形鋼管（guǎn）並按網（wǎng）格的豎向線條曲度拚接成空間（jiān）雙曲麵（miàn）模具，並預留出玻璃在燒製過程中（zhōng）回（huí）彈（dàn）尺寸（cùn）餘量，保證玻（bō）璃的曲麵偏差（chà）在±2.5mm之（zhī）內，外形尺（chǐ）寸偏差在±3mm之內。經過（guò）嚴格的對加工（gōng）製作、現（xiàn）場安裝每道工序控製，解決了一個又一個（gè）的技術難題（tí），一個由360個鋼（gāng）模具加工出來的尺寸各異、形狀不同的玻（bō）璃馬鞍（ān）體通道如期（qī）建成，******的達到了建築效果的要求（qiú）。2.2、玻璃旋體異形幕牆四個各具特色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空間不斷飄移，每（měi）一層玻璃水平分割線的（de）圓心坐標位置各不（bú）一樣，***大相差3670mm,並由半徑不斷變化的圓弧在空（kōng）間組合形（xíng）成空間弧麵。旋體***高為38.5m並高出屋麵8.5m,異形玻璃的基本分（fèn）割為1000mmx1000mm。四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，左右片錯位搭接的方案來實現獨特的（de）建築藝術效果。(如圖2.2-a、b、c、d)1號玻璃旋體的（de）***大直徑（jìng）為24m，***小直徑為15.8m，總高度34m。玻璃為上下兩（liǎng）點支承，玻璃之間（jiān）為開縫式，上下玻璃板塊對接（jiē），左右玻璃板塊錯位搭接（jiē）的連接方式，玻璃安裝在旋體空間鋼結構的外（wài）側。(如（rú）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（diàn）火花、線（xiàn）切（qiē）割、數控設備操作人員和經驗豐富的模具設計、裝（zhuāng）配高級工程師組成（chéng）的員工隊伍（wǔ），全麵實現計算機輔助設計（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（shàn）的（de）質量（liàng）控製流程，北京鋁合金零件加工,北京軍工零件加工產品質量（liàng）嚴格按照ISO9000質量體係標準（zhǔn）執行。
2號玻璃旋體的***大（dà）直徑為（wéi）25m，***小直徑為19.5m，總高度為34m，玻（bō）璃為上下兩點支承，玻璃之間為開縫（féng）式，上下玻璃板塊對接，左右玻璃（lí）板塊錯位搭接的（de）連接方式。玻璃板塊安裝在旋體空間鋼結構的內（nèi）側。(如圖2.2-b)3號玻璃旋體的截麵為（wéi）大、小兩個圓相交，並分為室內、室外兩個部分。大圓***大直徑18m，小圓***小直（zhí）徑13m，總高度為38.5m;玻璃板（bǎn）塊均為（wéi）四（sì）點支承。玻璃板塊之間（jiān）采用了上下玻璃（lí）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（féng）式連（lián）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3號旋（xuán）體的頂（dǐng）部也就是在屋麵的上麵設置了點支式（shì）斜麵玻（bō）璃采光頂。(如圖2.2-c)
4號旋體的截麵隨圓形，豎向支承結構和豎向玻璃縫均為螺旋式，旋體總（zǒng）高度為32.8m，玻璃為上下兩點支承，玻璃之間為（wéi）開縫式，上下玻璃板塊對接，左右玻璃（lí）板塊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（kōng）間玻璃旋體鋼結（jié）構的設計（jì）、施工（gōng）難點（diǎn）在於（yú）結構空間組合（hé）的任意（yì）性.共計320根（gēn）體形各異的鋼管需要進行空間三維加工,其中主管為φ159X6mm，次（cì）管（guǎn）為120X60X5mm矩形管，結構與玻璃板麵是通過不鏽鋼（gāng）爪件連接，安裝精度要求（qiú）極高。在6200個（gè）玻璃安裝點上，每個點的尺寸誤差都必須控製在±2mm之（zhī）內。在3號旋體玻璃與結構連接節點設計過（guò）程中（zhōng），經過設計（jì）人員對多個方案的反複論證，並經多次實驗解決（jué）了玻璃板塊之間采用上下玻璃（lí）板塊對接，左右玻璃（lí）板塊錯位搭（dā）接的（de）連（lián）接方式，在板塊之間打（dǎ）膠處理使之形成閉縫式連接的（de）特殊雙層玻璃點駁接（jiē）節點也叫雙頭連接駁接頭。解（jiě）決了這一難題，該（gāi）節點（diǎn）還申（shēn）請了******實用新型專利，為這類連接形式找出了路子。(如圖2.2-e、f)
為解決技術難題，在設計中根據工程特點發明了（le）新的節點並使用在本工程上：雙頭連接駁接頭、可調式（shì）轉角支承爪件、雙層玻璃定位夾等，都是針對本工程設（shè）計（jì）的特殊（shū）節點（diǎn）。既（jì）解決了設計於施工難題（tí）又滿足了建築造型的要求。在結構設計（jì）上充分利用******的結構計算軟件建立（lì）四個旋體（tǐ）的空間模型，對旋體的（de）每一條杆件都進行靜力學和動力學的分析.確保結構的安全（quán）性。由於造型的需要在1號、2號、4號玻（bō）璃旋體上玻璃板塊為上下兩點支承，玻璃之（zhī）間為開（kāi）縫式，上下玻璃板塊對接，左右玻璃板塊錯位搭接的連接方式來實現整個玻璃旋體的雙（shuāng）曲麵造型。由於玻璃板塊與旋體的空（kōng）間（jiān）鋼（gāng）結構的連接是（shì）采用在玻璃板塊的中部（bù）固定的,用玻璃板（bǎn）塊（kuài）的（de）上、下兩點來支承板塊所受（shòu）的荷載。這種連接方式雖然能解決了玻璃板塊自重和（hé）水平荷載的傳遞。(如（rú）圖2.2-h、i)但同時又出現了板塊平麵外不穩定的問題。為了能在不增（zēng）加結（jié）構連接件的情況下，解決玻璃板塊平麵（miàn）外固定的問題（tí），我們專門為該項目（mù）設計了玻璃麵板卡扣式連接節點，也叫雙（shuāng）層玻璃定位夾。(如圖2.2-g)
由於該結構體係為空間變化，形體複雜，一方麵要保證（zhèng）龍（lóng）骨結構視覺造型上的藝術性，另一方麵還要控製鋼結構加工、安裝的誤差。在結構設計中采用（yòng）專用3D建模軟件，準確確定弦體曲麵位置和結構的空（kōng）間（jiān）參數，以保證施工圖設計和加工工藝的******度;工廠加工時（shí）采用了三維剛性胎模控製、檢測幾何尺寸保證（zhèng）每根鋼管的空（kōng）間彎曲度;現場安裝時將每（měi）根鋼管的電腦定位座標用全站儀三維空間定位，再用激光經緯儀配（pèi）合跟蹤測量，以（yǐ）確保玻璃安裝時（shí）準確無誤。在北京天（tiān）文館新館玻璃（lí）幕牆和玻璃旋體施工中采用了多項（xiàng）新工藝（yì）、新材料、新技術，其難（nán）度之大精（jīng）度之高（gāo）為國內鋼結構和幕牆的設計（jì）、安裝所不多見的，其中許多地方都（dōu）打破了常規，為國（guó）內幕牆特殊異型鋼結構的安裝，積累了豐富的經驗。3、結束語近年來，異形建築和異形幕牆（qiáng）在國內（nèi）有了快速（sù）的發展，這就為（wéi）這（zhè）些（xiē）特殊幕牆節點的使用提供了一個更大的空間，對（duì）幕牆工程師們在幕牆（qiáng）節點設計上提供了一個又一個的新的富有挑戰的課（kè）題。總結（jié）和介紹經過十年考驗北京天（tiān）文新館項目的節點設計和使（shǐ）用情況，目的在於為今天（tiān）的幕牆工程（chéng）師們在異形幕（mù）牆的節點設計中提出一個借鑒的方案。參（cān）考文獻[1]《玻璃幕（mù）牆工（gōng）程技術規範》，中華人（rén）民共和行業規範,JGJ102-2003[2]王德勤，《北京天文館新館幕（mù）牆（qiáng）結構相關技術》，鋁門窗幕牆（qiáng）論文（wén）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（dé）勤（qín），《異型玻璃幕牆工程施工測（cè）量技術探討》，中國建（jiàn）築裝飾裝修，2005
來源:2014鋁門窗幕牆年會（huì）論文集
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