北京天文馆新馆玻璃幕墙及玻璃旋体设计与施工技术.doc

北京天文馆新馆玻璃幕墙及玻璃旋体设计与施工技术文章来源：中国幕墙工程网整理 作者： 日期：2008-08-29 11:47:35文章概括 ：本文对北京天文馆新馆异形玻璃幕墙及采光顶、马鞍形玻璃通道和四个体形各异的玻璃旋体，在设计和施工中碰到的技术难题及解决方案作了详细的介绍，特别是对异形钢结构和不规则双曲面玻璃的加工制作以及特殊节点的外观作了阐述。 为达到立面通道的效果，在柱与柱之间的支承结构上我们采用了9m跨的变载面水平玻璃肋作为玻璃幕墙受风荷载的主要支承结构，用横向玻璃肋与钢方通的组合结构支撑着有横向线条的立面玻璃，用12mm的钢拉杆来保证玻璃肋的平面外稳定，这在国内是首次使用的。为确保安全，玻璃肋采用2552mm的双钢化夹胶玻璃，用不锈钢夹板连接，并通过运用ANSYS软件作整体计算和幕墙三项性能实体试验证明，该结构安全、合理。图6 北立面横向玻璃肋采光顶采用隐框作法，玻璃为中空钢化夹胶玻璃。排水坡度为3。根据建筑物的功能要求设置13个电动通风排烟窗。为避免夏季阳光的过度照射，在采光顶的室内我们设置了玻璃遮阳百页。合理的节点设计和材料组合保证幕墙的功能要求。(见图7)2、马鞍形玻璃通道在建筑物中部设置了一个由曲形钢结构支撑，用360片不同尺寸规格的双曲面热弯夹胶玻璃拼接的马鞍形玻璃通道。贯穿整个建筑，将北立面的玻璃幕墙和南立面的石材幕墙连接。它的特殊之处在于极具创造性的利用钢结构和双曲面玻璃组成连续的马鞍形空间双曲面。(见图8)、(见图9)图7 采光顶外视图图8 双曲面马鞍形玻璃通道图9 双曲面马鞍形玻璃通道结构图在南、北立面的马鞍通道人口处，由于外形和玻璃分割线所限，使钢结构龙骨的加工和玻璃的加工安装碰到很大的难题。固定玻璃的次龙骨是曲线形，而固定玻璃的槽口又要与玻璃的边缘对应，这就出现了次龙骨为曲线扭曲形状；异形边双曲面玻璃最大长度达3680mmXl200mm，这在国内玻璃加工业是从未遇到过的难题。经多次论证和试验，确定了加工安装方案：钢龙骨的分两步进行，首先将龙骨的外形按设计要求的曲线制作成形，保证将误差控制在土15mm之内，并预安装到位，再按每隔lOOmm作一个与玻璃面的切线对应点，确定扭曲度数并逐级校正成形，确保玻璃边缘与龙骨槽口吻合。异形双曲面玻璃的加工采取每片玻璃对应一个钢模具的办法。用网格式空间模形确定玻璃下料尺寸。在模具制作时按网格横线条的曲度将钢管弯曲成形。每隔lOOmm一根曲形钢管并按网格的竖向线条曲度拼接成空间双曲面模具，并预留出玻璃在烧制过程中回弹尺寸余量，保证玻璃的曲面偏差在25mm之内，外形尺寸偏差在3mm之内。经过严格的对加工制作、现场安装每道工序控制，解决了一个又一个的技术难题，一个由360个钢模具加工出来的尺寸各异、形状不同的玻璃马鞍体通道如期建成，完美的达到了建筑效果的要求。3、玻璃旋体四个各具特色空间玻璃旋体的共同特点是在竖向坐标的一系列圆心随着高度的变化在空间不断飘移，每一层玻璃水平分割线的圆心坐标位置各不一样，最大相差3670mm，并由半径不断变化的圆弧在空间组合形成空间弧面。旋体最高为385m并高出屋面85m异形玻璃的基本分割为1000mmXl000mm。(如图)1号旋体的最大直径为24m，最小直径为158m，总高度34m。玻璃为上下两点支承，玻璃之间为搭接开缝式连接，安装在钢结构的外侧；2号旋体的最大直径为25m，最小直径为195m，总高度为34m，玻璃为上下两点支承，玻璃之间为搭接开缝式连接，安装在钢结构的内侧；3号旋体的截面为大、小圆相交，并分室内、室外两部分。大圆最大直径18m，小圆最小直径13m，总高度为385m；玻璃均为四点支承，玻璃之间为搭接闭缝式连接，室内为钢化夹胶玻璃，室外为中空钢化玻璃。在3号旋体的顶部设置了点支式斜面玻璃采光顶；4号旋体的截面随圆形，竖向支承结构和竖向玻璃缝均为螺旋式，旋体总高度为328m，玻璃为上、下两点支承，玻璃之间为搭接开缝式连接，玻璃安装在钢结构的外侧。(如图10)图10 空间玻璃旋体实拍图空间玻璃旋体钢结构的设计、施工难点在于结构空间组合的任意性共计320根体形各异的钢管需要进行空间三维加工，其中主管为q0159X 6mm，次管为120X 60X 5mm矩形管，结构与玻璃板面是通过不锈钢爪件连接，安装精度要求极高。在6200个玻璃安装点上，每个点的尺寸误差都必须控制在土2mm之内。为解决技术难题，在设计中根据工程特点发明了新的节点并使用在本工程上：“双头连接驳接头”、“可调式转角支承爪件”、“双层玻璃定位夹”等，都是针对本工程设计的特殊节点。既解决了设计于施工难题又满足了建筑造型的要求。在结构设计上充分利用先进的结构计算软件建立四个旋体的空间模型，对旋体的每一条杆件都进行静力学和动力学的分析。确保结构的安全性。由于该结构体系为空间变化，形体复杂，一方面要保证龙骨结构视觉造型上的艺术性，另一方面还要控制钢结构加工、安装的误差。在结构设计中采用专用3D建模软件，准确确定弦体曲面位置和结构的空间参数，以保证施工图设计和加工工艺的精确度；工厂加工时采用了三维刚性胎模控制、检测几何尺寸保证每根钢管的空间弯曲度；现场安装时将每根钢管的电脑定位座标用全站仪三维空间定位，再用激光经纬仪配合跟踪测量，以确保玻