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摘要：為實(shí)現(xiàn)空間雙曲建筑表皮效果，實(shí)現(xiàn)手法不斷創(chuàng)新。對(duì)空間雙曲建筑物實(shí)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，滿足幕墻結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)還要滿足建筑外觀和性能要求，這對(duì)幕墻的支撐結(jié)構(gòu)和連接系統(tǒng)提出了更高的挑戰(zhàn)。本文以兩個(gè)實(shí)施案例作為借鑒資料，詳述多維可調(diào)支座在適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)位移變形及偏差的同時(shí)，還能達(dá)到較高的觀感質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：空間雙曲表皮;多維可調(diào)支座;Grasshopper技術(shù)
1 引言
目前空間雙曲建筑日益增多，幕墻實(shí)現(xiàn)手法也層出不窮，但是精品案例鳳毛麟角。本文通過(guò)介紹兩個(gè)成功實(shí)施案例，詳細(xì)敘述空間雙曲表皮的具體實(shí)施過(guò)程。兩個(gè)案例的雙曲天幕順利實(shí)施得益于應(yīng)用了多維可調(diào)支座、連接旋轉(zhuǎn)龍骨、防側(cè)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃副框的專(zhuān)利技術(shù)，下面圍繞這個(gè)方面進(jìn)行闡述。
案例一是澳門(mén)美高梅酒店，位于澳門(mén)金光大道，毗鄰金沙城中心及澳門(mén)東亞運(yùn)動(dòng)會(huì)體育館。酒店裙樓玻璃天幕為動(dòng)感波浪空間雙曲造型，其中鋼結(jié)構(gòu)為澳門(mén)首例馬鞍形曲面雙向斜交斜放單層大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)（詞條“網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）形式，最大跨度接近140米，鋼結(jié)構(gòu)玻璃采光頂已獲得吉尼斯世界記錄，是澳門(mén)標(biāo)志性特色高檔酒店建筑之一。
案例二是東莞第一高樓國(guó)貿(mào)中心項(xiàng)目，項(xiàng)目位于東莞大道和鴻福路路口,毗鄰展覽中心，項(xiàng)目集甲級(jí)寫(xiě)字樓、商業(yè)、觀光等功能于一體，標(biāo)志塔樓幕墻高度440米。建筑外立面（詞條“建筑外立面”由行業(yè)大百科提供）形成玉蘭花造型，以昂揚(yáng)挺拔、積極蓬勃的八邊形切體造型，為東莞城市天際線增添新的巔峰。裙樓三層為兩千余平方 “荷葉”狀雙曲天幕，空間雙曲表皮由六塊三角形交匯網(wǎng)狀劃分的六棱柱結(jié)構(gòu)，如下圖。
2 玻璃表皮和鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.1 玻璃表皮
雙曲玻璃表皮采用六片交匯三角形網(wǎng)格劃分，每個(gè)三角形玻璃內(nèi)角各不相同，且相鄰兩片三角形玻璃空間夾角各不相同。玻璃邊線在主體鋼結(jié)構(gòu)的垂直投影線，基本與鋼結(jié)構(gòu)桿件中心線重合。玻璃邊線交點(diǎn)到六棱柱表面的垂直投影點(diǎn)與六棱柱中心重合，同一條玻璃邊線兩端交點(diǎn)到主體六棱柱的垂線不平行。其中，案例一采用中空雙夾膠Low-E玻璃、玻璃邊長(zhǎng)2.7m左右;案例二采用夾膠鍍膜玻璃、玻璃邊長(zhǎng)2.1m左右。
2.2 鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
鋼結(jié)構(gòu)的變形量很大，在不同的荷載組合作用下，每個(gè)主體鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的位移量和位移方向不同。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)有三次變形會(huì)影響到理論模型與實(shí)際安裝位置的偏差，第一次是鋼結(jié)構(gòu)定位安裝偏差，第二次是鋼結(jié)構(gòu)支撐胎架卸載變形偏差，第三次是幕墻安裝后變形偏差。三次位移和偏差疊加后高度偏差將近40mm，平面定位偏差接近30mm，鋼構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度偏差接近3.6°，這就要求幕墻支座空間可調(diào)設(shè)計(jì)必須適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)的六維變形。
3 空間雙曲幕墻設(shè)計(jì)
玻璃幕墻基本是由面板、龍骨、與主體結(jié)構(gòu)支座等部分組成。所以，下面從主體結(jié)構(gòu)支座、連接龍骨、玻璃副框三方面進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。
3.1 多維可調(diào)支座設(shè)計(jì)
根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和偏差變形要求，幕墻支座在整個(gè)系統(tǒng)中起到連接玻璃天幕與鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用。支座除了要支撐起玻璃采光頂和承受采光頂傳遞的荷載，還要能適應(yīng)各種荷載組合工況下主體鋼結(jié)構(gòu)和天幕玻璃系統(tǒng)的相對(duì)位移、以及適應(yīng)主體鋼結(jié)構(gòu)的加工和施工安裝偏差。
支座由三部分組成：底部調(diào)高度圓管、上部可旋轉(zhuǎn)角度套管、帶銷(xiāo)軸的耳板三者組合一體為萬(wàn)向可調(diào)變角度專(zhuān)利支座。按理論分析，支座位于主體六角棱柱的中心，并垂直于六棱柱上表面。實(shí)際安裝時(shí)，支座也是按照模型理論位置安裝。但鋼結(jié)構(gòu)施工總會(huì)存在偏差，這時(shí)需要根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)將圓管底部按實(shí)際角度處理，圓管底部的中心也會(huì)與六棱柱上表面中心不再重合。支座就是通過(guò)這種做法來(lái)適應(yīng)主體鋼結(jié)構(gòu)的平面位置偏差及角度偏差。
3.2組合旋轉(zhuǎn)橫梁（詞條“橫梁”由行業(yè)大百科提供）設(shè)計(jì)
玻璃的荷載需要通過(guò)橫梁龍骨傳遞到支座。由于相鄰的兩個(gè)六角棱柱上表面不共面，所以橫梁兩端的立柱其實(shí)也不是平行的，而是存在空間夾角的。另外，橫梁與支座之間的連接還要能適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)和采光頂?shù)母鞣N相對(duì)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)。
通過(guò)橫梁兩端設(shè)置兩種不同的插芯：其中一端是可固定鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）插芯，插芯的的另一頭連接在支座耳板的銷(xiāo)軸上;另外一端的插芯由兩部組成，一個(gè)是可旋轉(zhuǎn)插芯，同樣用兩顆螺栓穿過(guò)橫梁固定，一個(gè)是可固定插芯，一頭連接在支座耳板的銷(xiāo)軸上，另一頭插進(jìn)可旋轉(zhuǎn)插芯中間，利用可旋轉(zhuǎn)插芯實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)和采光頂玻璃幕墻龍骨的轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮。
3.3 玻璃副框設(shè)計(jì)
由于任何兩片相鄰的玻璃均有大小不同的空間夾角，傳統(tǒng)做法是采用玻璃飛邊的做法，即內(nèi)外片玻璃尺寸不一樣，但由于每片玻璃的大小和角度均不同，玻璃和鋁副框的加工難度極大。經(jīng)軟件模擬結(jié)合Grasshopper技術(shù)分析并匯總玻璃的夾角，最終采用玻璃齊邊設(shè)計(jì)，開(kāi)模三款不同寬度規(guī)格鋁副框?qū)崿F(xiàn)組框設(shè)計(jì)。鋁副框設(shè)計(jì)成帶球頭可轉(zhuǎn)動(dòng)的分離式副框，可滿足工程中所需的各種角度。同時(shí)，副框和壓塊之間通過(guò)齒紋咬合，還可承受和傳遞玻璃的自重，防止玻璃產(chǎn)生側(cè)滑。
4 施工技術(shù)要點(diǎn)
4.1測(cè)量放線
現(xiàn)場(chǎng)使用測(cè)量放線儀器定位支座實(shí)際安裝中心點(diǎn)，根據(jù)理論模型的定位坐標(biāo)找玻璃交點(diǎn)理論位置。將貼有反光貼的工裝放置在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)表面，測(cè)量員在全站儀調(diào)出支座中心點(diǎn)坐標(biāo)值，測(cè)量員指導(dǎo)操作人員挪動(dòng)工裝，通過(guò)平面內(nèi)測(cè)點(diǎn)法在工裝上找到支座中心點(diǎn)并用硬性專(zhuān)用記號(hào)筆標(biāo)示。
通過(guò)輔助工裝確定玻璃分格交點(diǎn)、支座中心點(diǎn)后，確定支座中心線，點(diǎn)焊固定底座。用記號(hào)筆刻畫(huà)輔助工裝與底座的旋合高度，安裝支座，并旋合到標(biāo)記位置。鋼結(jié)構(gòu)滿焊并卸載后，需要對(duì)支座位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)無(wú)誤后進(jìn)行支座焊接。
測(cè)量定位BIM放樣機(jī)器人：目前新項(xiàng)目引進(jìn)BIM放樣機(jī)器人，利用其快速、精準(zhǔn)、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量員需求少的優(yōu)勢(shì)，將模型中的測(cè)量數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)精確定位點(diǎn)，且操作過(guò)程可視化，初步取得了良好的成果。
4.2玻璃、鋁材下單
使用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)各種工況下的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，將各種工況的模型進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)主體鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)雖然會(huì)發(fā)生大小不同和方向各異的位移，但整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)是連續(xù)變形的，鋼結(jié)構(gòu)中心區(qū)域的相鄰支座的相對(duì)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)并不大，玻璃的邊長(zhǎng)和內(nèi)角也變化不大，因此中心區(qū)域的玻璃和支座可按理論下單，僅邊緣局部位置根據(jù)實(shí)際測(cè)量下單加工，大大縮短了下單時(shí)間。
另外，由于表皮復(fù)雜，玻璃、型材尺寸過(guò)多，下單采用grasshopper技術(shù)，可以方便地提取玻璃的內(nèi)角、相鄰玻璃的夾角、橫梁長(zhǎng)度和支座的高度等，也可以自動(dòng)通過(guò)分析角度，直接生成玻璃、副框、橫梁的輪廓，實(shí)現(xiàn)玻璃、龍骨、支座的放樣。
4.3 玻璃組框質(zhì)量控制要點(diǎn)
由于每片玻璃尺寸和內(nèi)角均不相同，同一片玻璃三條邊的副框可能不同，玻璃副框的組裝要保證框的剛度，采用局部加強(qiáng)措施防止角部開(kāi)裂。同時(shí)重點(diǎn)控制三角形玻璃邊部磨邊工藝，不得崩角或崩邊。通過(guò)以上技術(shù)要點(diǎn)控制三角形玻璃組框質(zhì)量，并做為玻璃板塊質(zhì)量品控資料進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制。
5 結(jié)語(yǔ)
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工技術(shù)通過(guò)多維可調(diào)支座、連接龍骨和可轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃副框高品質(zhì)呈現(xiàn)空間雙曲建筑效果。通過(guò)Grasshopper插件建模下單，大大縮短了設(shè)計(jì)下單周期，提高工作效率，降低人為因素的錯(cuò)誤率。另外，通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差、鋼結(jié)構(gòu)胎架卸載變形和幕墻安裝三種工況下的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析對(duì)比，理論結(jié)構(gòu)分析與實(shí)際卸載變形量對(duì)比，研究得出整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)變形的具體情況，分析安裝完成后玻璃的邊長(zhǎng)和內(nèi)角變化基本和理論研究相差不大，因此中心區(qū)域的玻璃和支座大膽的按理論下單，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線、運(yùn)輸吊裝具體措施，保證了項(xiàng)目按期完工。
本多維可調(diào)支座新技術(shù)包括：裝配式施工、BIM技術(shù)應(yīng)用、測(cè)量放線、精致建造等。從設(shè)計(jì)方案、加工組框、現(xiàn)場(chǎng)施工情況都得到項(xiàng)目各方的一致認(rèn)可，為社會(huì)和業(yè)主呈現(xiàn)美觀、高品質(zhì)的復(fù)雜建筑幕墻產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn)
[1]建筑幕墻 GB/T 21086-2007
[2]玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范 JGJ 102-2003
作者單位：深圳市三鑫科技發(fā)展有限公司
