浮動可旋玻璃幕墻系統(tǒng)的介紹

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01·理想

玻璃支承方案過于理想幕墻化

超級橢球的角度千變?nèi)f化，預(yù)制支承框架單元技術(shù)要求過于苛刻，難以滿足公差要求。根據(jù)模型實踐的結(jié)果，可能最終因為玻璃縫影響受到美觀，也造成玻璃安裝極端困難。

鋁框截面復(fù)雜、形狀不同，在交接位置難以拼接合框，嚴(yán)重影響加工周期。玻璃合框不牢靠，降低了防水性能和安全度。

振動、靜荷載以及材料的變形等因素均可使支承邊移位，玻璃容易失去支承，造成危害。

荷載傳遞路線過于復(fù)雜，對支承梁產(chǎn)生附加扭矩。

防水性能無法保證。第一道(濕)密封在玻璃外片與軌道之間，直接影響屋面防水性能；柔性連接的軌道忽略了大部分玻璃作為采光頂?shù)墓δ?，在承載往復(fù)荷載時將引起較大的振動和轉(zhuǎn)動位移，嚴(yán)重?fù)p傷濕式密封的粘接，造成密封被破壞，導(dǎo)致防水失效；相鄰玻璃不在同一平面內(nèi)，第三道密封只能采用中間開缺口的辦法調(diào)節(jié)角度，但中間開缺口影響膠條的受力性能，特別是溫度和變形難以承擔(dān)。

等壓設(shè)計不成立。第二、三道干式密封間采用等壓設(shè)計。玻璃的十字交接處，經(jīng)向緯向鋁合金框架、鋁合金壓板、蓋板不可能連續(xù)。而僅僅通過密封條的熱熔連續(xù)，不可能形成密封等壓倉。

按照原設(shè)計方案圖紙，我們開型材、做玻璃，嘗試安裝了幾個玻璃單元，結(jié)果由于無法合框成功，導(dǎo)致框架無法固定玻璃，單元制作失敗。

我們改進(jìn)了鋁型材，改善了合框辦法，合框成功，未鋼化的玻璃放進(jìn)做好的模型結(jié)構(gòu)后，玻璃大部分破裂……

改進(jìn)前的玻璃支承節(jié)點(diǎn)，橫料與豎料不統(tǒng)一，需將豎料的兩頭切成斜面，鋼管結(jié)構(gòu)向外支承著橫框，豎框基本不碰結(jié)構(gòu)，由于橫料受力會使結(jié)構(gòu)鋼管產(chǎn)生扭矩，鋼管的接合部又是一個活動的多方向關(guān)節(jié)，導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)、構(gòu)造上都有一些問題。

02·過程

在原方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，我們研究出一套新方案，解決了原設(shè)計中存在的受力不合理、防水難以保證的問題，但工藝仍然較復(fù)雜，制作工序也比較煩瑣。

鋁合金梁的下部通過腹板連接件將圓管與球體柔性連接在一起，它的作用是增加結(jié)構(gòu)的剛性，圓球連接件與鋁合金的圓管之間設(shè)計了彈性伸縮，用以調(diào)整安裝過程中腹板與球之間的距離，該部分沒有力的傳遞，又適應(yīng)了變形。

螺栓與十字連接件的柔性連接是通過球頭與十字連接件中有限制的、有方向性的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)，解決了主鋼架牛腿與玻璃外表面間夾角不斷變化的問題。從該系統(tǒng)來看，整個力的傳遞是由十字連接件通過球頭螺栓傳遞給牛腿，直接作用在主梁上，受力合理，安全可靠。十字連接件通過一對上下轉(zhuǎn)盤上的兩個支臂來調(diào)整三維夾角（即任何四塊玻璃十字交線的可變夾角）。通過鉸接及半鉸接十字連接件支承玻璃四邊框，以獲得各種不同的玻璃平面夾角和邊夾角。

鋁合金腹板（主梁）的方通與不銹鋼十字連接件的經(jīng)向支臂和緯向支臂相連，是該節(jié)點(diǎn)的重要承力部分。腹板的外部（平行于玻璃面）是與一個水平方向可以微調(diào)的墊塊鑲嵌在一起，而可調(diào)墊塊直接與玻璃粘接，它可以滿足兩塊玻璃之間的水平夾角要求，從而達(dá)到整個大劇院玻璃弧型的外觀。

安裝時，只要正確安裝好各支承邊，調(diào)整尺寸、角度，然后放上玻璃，按每500mm加一塊100mm長的壓塊。兩端壓住中空玻璃內(nèi)層，中間用螺栓與鋁合金腹板緊密連接。

整個玻璃便是一個“雙保險”的可調(diào)動安裝（即粘結(jié)及壓緊），無論在施工現(xiàn)場的安裝還是節(jié)點(diǎn)零件的加工，無論角度如何變化，均采用同一種零部件，同一種安裝方式，不受角度變化的影響，既節(jié)省了工藝成本，也簡化了施工難度。

玻璃框在各邊調(diào)好固定后，不會產(chǎn)生位移，比傳統(tǒng)的單一粘接方法牢固、安全可靠。玻璃的各邊可以平放在這個鋁合金承重平面上（微調(diào)塊），均勻受力。

整個玻璃系統(tǒng)的密封采用三級密封。中空玻璃內(nèi)層側(cè)面與鋁合金梁的側(cè)面之間的密封膠；在固定壓板上表面扣一密封蓋，密封蓋側(cè)面與中空玻璃外層側(cè)面之間以密封膠密封；在安裝好傳力裝置、清洗裝置后，在密封蓋上表面上扣一個裝飾密封蓋，兩側(cè)施以密封膠，兩層密封蓋的對接互相錯開并施密封膠，以防止接縫滲水。整體密封系統(tǒng)就完善了。

在壓緊塊與清洗支座間做一小通道，利用清洗軌道向外開一單向小孔，達(dá)到等壓目的。每條玻璃邊布置壓簧、拉簧各一件。

此方案出臺后，我們在模型上又做了一次，才發(fā)現(xiàn)這個方案的很多實質(zhì)材料變成了裝飾件，沒有功能，影響美觀，更覺得受力復(fù)雜及混亂。經(jīng)過各方佐證后又決定不予采用。

03·思想

在過程方案的基礎(chǔ)上，我們精心研究，詳細(xì)討論，還是沒有辦法把最好方案拿出來。想起多年前做北京植物園展覽溫室時的多爪鋼件，想起清華大學(xué)游泳館的6爪扣件，還有好多好多工程的我所創(chuàng)作過的爪扣配件，全部翻閱多遍，仍然沒有頭緒……

清華大學(xué)游泳館——莊惟敏

縱觀世界上做得好的項目，都有代表性的優(yōu)秀節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)，而這些節(jié)點(diǎn)又包含著多少智慧、多少辛勞，多大的毅力啊！它的創(chuàng)造者必須要有鍥而不舍的精神，勇于創(chuàng)新的膽識，不怕失敗的勇氣。

隱形索框結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的支承體系由橫豎向索組成，隱藏在鋁合金框架內(nèi)，由平面或曲面鋁框玻璃板塊形成索結(jié)構(gòu)框架玻璃幕墻。

節(jié)點(diǎn)作用：有限度約束索具——方向和受荷；受荷滑動或轉(zhuǎn)動；固定幕墻玻璃及其附件。

04·夢

鋼結(jié)構(gòu)伸出只有60mm厚的鋼板，寬150mm，如何利用好這個支承點(diǎn)？做一個有特色又耐看的節(jié)點(diǎn)，才可以讓國家大劇院的特殊價值顯現(xiàn)出來……天天思想節(jié)點(diǎn)，總是無法入睡。一個周末，我干脆與一群香港人去打了兩天高爾夫球，共打了90個洞，對于我這個運(yùn)動不多的人，很累很累了，晚上9點(diǎn)就睡著了，凌晨三點(diǎn)，我夢見一個小時候賣辣橄欖的大叔，手上拿著一個可以轉(zhuǎn)動的葫蘆向我走來，吹著喇叭，喊著：“辣!辣!辣!辣得有味”！兒時的記憶令我騰地躍起，坐定一想，霍然開朗，不就是一個可轉(zhuǎn)動的葫蘆嗎！于是，我起床提筆取紙，畫出一個節(jié)點(diǎn)來……源于夢中，得之夢中，實乃 “夢之節(jié)點(diǎn)”。

多功能萬向玻璃幕墻支撐結(jié)構(gòu)是由1054個方向可調(diào)的球頭連接轉(zhuǎn)盤，與鋼結(jié)構(gòu)上挑出的1054條牛腿相連，這樣，玻璃通過鉸接形式支承在鋁合金梁上，光滑擬合了橢球曲面。在節(jié)點(diǎn)的選材上，綜合考慮安全和美觀的要求，主受力件球頭螺栓采用高強(qiáng)合金鋼40Cr，型號為316的不銹鋼連接轉(zhuǎn)盤按不同角度分成12類。鋁合金梁采用6061T6，表面進(jìn)行氟碳噴涂處理。

開始，我把不銹鋼連接轉(zhuǎn)盤球形連接件分開兩件零件組成，以適應(yīng)橫向與豎向的角度變化，而且開模具做出了樣板，拿到大劇院屋面使用在模型上了。共要用1054套，有12種角度。又想了一兩周，為了結(jié)構(gòu)更安全，我把它分為13種，每種相差1度，雖然多花一點(diǎn)錢做模具，但這樣可以使構(gòu)件的構(gòu)造更堅固，效果更好。

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