1引言
在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中,建筑師追求建筑外觀的新、奇、特藝術(shù)效果，出現(xiàn)了不少三維自由曲面造型的建筑立面。其基本表現(xiàn)手法是利用異形玻璃幕墻,通過對面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供）曲面的變化形式來表現(xiàn)的，這給了幕墻公司的技術(shù)人員和科研研發(fā)，提出了不小的挑戰(zhàn)和巨大的契機(jī)。可以說，異形幕墻的出現(xiàn)和發(fā)展給了幕墻設(shè)計(jì)師們發(fā)揮其聰明才智的空間，促使建筑幕墻的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)向前發(fā)展。本文想通過對經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)的實(shí)際工程項(xiàng)目使用過的成熟節(jié)點(diǎn)的介紹和分析，進(jìn)一步提高我們對新的異形幕墻節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和理解能力。
北京天文館異形玻璃幕墻和玻璃旋體，是典型的雙曲面玻璃（詞條“雙曲面玻璃”由行業(yè)大百科提供）幕墻。從工程竣工到現(xiàn)在已有十多年的時(shí)間了。位于南、北立面的夾膠中空玻璃雙曲面幕墻和馬鞍形玻璃通道的異形夾膠玻璃面板，已經(jīng)經(jīng)受到了時(shí)間的考驗(yàn)。在該項(xiàng)目的異形幕墻中從玻璃幕墻到玻璃旋體造型。以及玻璃采光頂、屋頂玻璃體造型等相關(guān)于異形幕墻的特殊構(gòu)造節(jié)點(diǎn)有二十種之多。由于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的比較合理，針對性和可實(shí)施性強(qiáng)，對異形玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)安裝和面板安裝起到了決定性的作用。使得雙曲面的玻璃造型流暢順滑。
本文對在北京天文館項(xiàng)目中使用的幾種特殊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一下分析介紹。這些節(jié)點(diǎn)在近十多年中除本項(xiàng)目使用外，部分已經(jīng)大量應(yīng)用在其它的異形幕墻的項(xiàng)目中，成為通用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效果。有些節(jié)點(diǎn)已經(jīng)審請了專利，成為被國家認(rèn)可的專利技術(shù)并取得了相應(yīng)的專利證書，為幕墻行業(yè)技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。下面，結(jié)合實(shí)際工程案例作一些粗淺的解析。
1.1、異形幕墻項(xiàng)目北京天文館新館簡介
北京天文館新館的建筑位置位于北京市西直門外大街138號，總建筑面積22000平方米.是一個(gè)大型綜合性天文館。工程建筑設(shè)計(jì)由美國王弄極建筑師事物所和中國航天建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合承擔(dān)完成。玻璃工程分成三個(gè)主要部分：北立面幕墻以及采光頂、馬鞍形玻璃通道、四個(gè)空間鋼結(jié)構(gòu)玻璃旋體。無論從設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)難度都超乎想象。(如圖1.1-a、b、c、d)
建筑物由五層鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、玻璃幕墻及采光頂、馬鞍形玻璃通道和四個(gè)各具象征意義的玻璃旋體組合而成。在四個(gè)玻璃旋體內(nèi)部分別布置多功能廳、動(dòng)感影劇院、天文觀測臺(tái)等功能建筑。在建筑物中部設(shè)置了一個(gè)由異形玻璃拼接的馬鞍形玻璃通道貫穿整個(gè)建筑，將北立面的玻璃幕墻和南立面的石材幕墻連接。其建筑創(chuàng)意新穎、造型別致、層次分明，用玻璃與鋼結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合體現(xiàn)了過去與未來、藝術(shù)與自然的和諧統(tǒng)一。
1、2、北立面幕墻和采光頂、屋頂玻璃體的構(gòu)造
北立面玻璃幕墻由于建筑節(jié)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3000mmX1000mm。幕墻按橫明豎隱構(gòu)造。幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用了橫向由T型鋼龍骨支托，既作為外視橫線條也作為玻璃面板（詞條“玻璃面板”由行業(yè)大百科提供）的水平支承結(jié)構(gòu)。(如圖1.1-a)
在建筑物北立面幕墻與東、西立面幕墻的銜接過渡處的弧形面是由兩段不同半徑的弧面銜接過渡，避免通常情況下的直角銜接;在北立面玻璃幕墻的西側(cè)，局部為凹球型玻璃表面，而球面與平面銜接處為順滑過渡的空間三維曲面。其設(shè)計(jì)、加工及安裝難度，迄今為止均為國內(nèi)幕墻業(yè)所不多見。整個(gè)建筑物線條流暢合理，與周圍建筑物益顯和諧。(如圖1.1-b、c)
北立面幕墻結(jié)構(gòu)按9m跨度布置18根ф800mm直經(jīng)的鋼管柱,為適應(yīng)玻璃幕墻的藝術(shù)造型，在18根直徑為ф800mm、高度為30m，每根重量為9.9噸鋼立柱中就有8根為彎曲鋼柱。由于鋼管的直徑太大，彎曲孤線要求精度高，又是每根彎曲弧線不一致，給加工制作和現(xiàn)場安裝造成了很大的難度。經(jīng)技術(shù)人員、施工人員多次試驗(yàn)，克服了各種困難，最后采用方案是：在后場分級熱彎剪裁成型;在現(xiàn)場放樣逐級校正的辦法。(圖1.2-b)
為達(dá)到立面通透的效果，在柱與柱之間的支承結(jié)構(gòu)上我們采用了9m跨的變載面水平玻璃肋作為玻璃幕墻受風(fēng)荷載的主要支承結(jié)構(gòu)，用橫向玻璃肋與鋼方通的組合結(jié)構(gòu)支撐著有橫向線條的立面玻璃，用φ12mm的鋼拉桿來保證玻璃肋的平面處穩(wěn)定，這在國內(nèi)是首次使用的。為確保安全，玻璃肋采用25.52mm的雙鋼化夾膠玻璃，用不銹鋼夾板連接，并通過運(yùn)用ANSYS軟件作整體計(jì)算和幕墻三項(xiàng)性能實(shí)體試驗(yàn)證明，該結(jié)構(gòu)安全、合理。(如圖1.2-c)
采光頂采用隱框作法，玻璃為中空鋼化夾膠玻璃。排水坡度為3%。根據(jù)建筑物的功能要求設(shè)置13個(gè)電動(dòng)通風(fēng)排煙窗。為避免夏季陽光的過度照射，在采光頂?shù)氖覂?nèi)我們設(shè)置了玻璃遮陽百頁。合理的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和材料組合保證幕墻的功能要求。在屋面的頂部，球形天文望遠(yuǎn)鏡的周邊安裝了多個(gè)無使用功能的玻璃體造型，其結(jié)構(gòu)都是由鋼結(jié)構(gòu)支承的點(diǎn)支式玻璃幕墻，實(shí)現(xiàn)的效果是在室內(nèi)的玻璃旋體穿透屋面與天空相呼應(yīng)(如圖1.2-d、e)
2、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
2.1、馬鞍形玻璃通道與南北立面異形幕墻
在建筑物中部設(shè)置了一個(gè)由曲形鋼結(jié)構(gòu)支撐，用360片不同尺寸、不同規(guī)格的雙曲面熱彎夾膠玻璃拼接而成的馬鞍形玻璃通道，這個(gè)通道貫穿整個(gè)建筑。它將北立面的曲面玻璃幕墻和南立面的石材幕墻連接。它的特殊之處在于極具創(chuàng)造性的利用鋼結(jié)構(gòu)和雙曲面玻璃組成連續(xù)的馬鞍形空間雙曲面，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)富有想象力的夢幻空間。(如圖2.1-a、b、c)
在南、北立面的馬鞍通道入口處，由于外形和玻璃分割線所限，使鋼結(jié)構(gòu)龍骨的加工和玻璃的加工安裝碰到很大的難題。固定玻璃的次龍骨是曲線形，而固定玻璃的槽口又要與玻璃的邊緣對應(yīng)，這就出現(xiàn)了次龍骨為曲線扭曲形狀;異形邊雙曲面玻璃最大長度達(dá)3680mm×1200mm，這在國內(nèi)玻璃加工（詞條“玻璃加工”由行業(yè)大百科提供）業(yè)是從未遇到過的難題。經(jīng)多次論證和試驗(yàn)，確定了加工安裝方案。
鋼龍骨的制作分兩步進(jìn)行，首先將龍骨的外形按設(shè)計(jì)要求的曲線制作成形，保證將誤差控制在±1.5mm之內(nèi)，并預(yù)安裝到位，再按每隔100mm作一個(gè)與玻璃面的切線對應(yīng)點(diǎn)，確定扭曲度數(shù)并逐級校正成形，確保玻璃邊緣與龍骨槽口吻合。
在北立面玻璃幕墻和馬鞍形玻璃通道入口的玻璃幕墻，采用了橫明豎隱的玻璃幕墻形式。幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用了橫向由T型鋼龍骨支承，在外部增加了鋁合金裝飾扣條。使其既作為外視橫線條也作為玻璃面板的水平支承結(jié)構(gòu)。圖 2.1-d北立面異形玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)圖中所示的為大面的基本節(jié)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)角處和曲面幕墻處的節(jié)點(diǎn)是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了加強(qiáng)改造。(如圖2.1-d)
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建設(shè)單位：北京天文館新館建設(shè)工程業(yè)主委員會(huì)
設(shè)計(jì)單位：中國航天建筑設(shè)計(jì)研究院
建 筑 師：呂琢
幕墻形式：雙曲面玻璃幕墻
工程概況：位于北京西外大街，采用輕鋼結(jié)構(gòu)半
