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摘要：为实现空间双曲建筑表皮效果，实现手法不断创新。对空间双曲建筑物实行个性化设计，满足幕墙结构安全的同时还要满足建筑外观和性能要求，这对幕墙的支撑结构和连接系统提出了更高的挑战。本文以两个实施案例作为借鉴资料，详述多维可调支座在适应主体结构位移变形及偏差的同时，还能达到较高的观感质量。
关键词：空间双曲表皮;多维可调支座;Grasshopper技术
1 引言
目前空间双曲建筑日益增多，幕墙实现手法也层出不穷，但是精品案例凤毛麟角。本文通过介绍两个成功实施案例，详细叙述空间双曲表皮的具体实施过程。两个案例的双曲天幕顺利实施得益于应用了多维可调支座、连接旋转龙骨、防侧滑可转动玻璃副框的专利技术，下面围绕这个方面进行阐述。
案例一是澳门美高梅酒店，位于澳门金光大道，毗邻金沙城中心及澳门东亚运动会体育馆。酒店裙楼玻璃天幕为动感波浪空间双曲造型，其中钢结构为澳门首例马鞍形曲面双向斜交斜放单层大跨度网壳结构（词条“网壳结构”由行业大百科提供）形式，最大跨度接近140米，钢结构玻璃采光顶已获得吉尼斯世界记录，是澳门标志性特色高档酒店建筑之一。
案例二是东莞第一高楼国贸中心项目，项目位于东莞大道和鸿福路路口,毗邻展览中心，项目集甲级写字楼、商业、观光等功能于一体，标志塔楼幕墙高度440米。建筑外立面（词条“建筑外立面”由行业大百科提供）形成玉兰花造型，以昂扬挺拔、积极蓬勃的八边形切体造型，为东莞城市天际线增添新的巅峰。裙楼三层为两千余平方 “荷叶”状双曲天幕，空间双曲表皮由六块三角形交汇网状划分的六棱柱结构，如下图。
2 玻璃表皮和钢结构特点
2.1 玻璃表皮
双曲玻璃表皮采用六片交汇三角形网格划分，每个三角形玻璃内角各不相同，且相邻两片三角形玻璃空间夹角各不相同。玻璃边线在主体钢结构的垂直投影线，基本与钢结构杆件中心线重合。玻璃边线交点到六棱柱表面的垂直投影点与六棱柱中心重合，同一条玻璃边线两端交点到主体六棱柱的垂线不平行。其中，案例一采用中空双夹胶Low-E玻璃、玻璃边长2.7m左右;案例二采用夹胶镀膜玻璃、玻璃边长2.1m左右。
2.2 钢结构特点
钢结构的变形量很大，在不同的荷载组合作用下，每个主体钢结构节点的位移量和位移方向不同。同时，钢结构有三次变形会影响到理论模型与实际安装位置的偏差，第一次是钢结构定位安装偏差，第二次是钢结构支撑胎架卸载变形偏差，第三次是幕墙安装后变形偏差。三次位移和偏差叠加后高度偏差将近40mm，平面定位偏差接近30mm，钢构旋转角度偏差接近3.6°，这就要求幕墙支座空间可调设计必须适应钢结构的六维变形。
3 空间双曲幕墙设计
玻璃幕墙基本是由面板、龙骨、与主体结构支座等部分组成。所以，下面从主体结构支座、连接龙骨、玻璃副框三方面进行分析设计。
3.1 多维可调支座设计
根据钢结构特点和偏差变形要求，幕墙支座在整个系统中起到连接玻璃天幕与钢结构的关键作用。支座除了要支撑起玻璃采光顶和承受采光顶传递的荷载，还要能适应各种荷载组合工况下主体钢结构和天幕玻璃系统的相对位移、以及适应主体钢结构的加工和施工安装偏差。
支座由三部分组成：底部调高度圆管、上部可旋转角度套管、带销轴的耳板三者组合一体为万向可调变角度专利支座。按理论分析，支座位于主体六角棱柱的中心，并垂直于六棱柱上表面。实际安装时，支座也是按照模型理论位置安装。但钢结构施工总会存在偏差，这时需要根据测量数据将圆管底部按实际角度处理，圆管底部的中心也会与六棱柱上表面中心不再重合。支座就是通过这种做法来适应主体钢结构的平面位置偏差及角度偏差。
3.2组合旋转横梁（词条“横梁”由行业大百科提供）设计
玻璃的荷载需要通过横梁龙骨传递到支座。由于相邻的两个六角棱柱上表面不共面，所以横梁两端的立柱其实也不是平行的，而是存在空间夹角的。另外，横梁与支座之间的连接还要能适应钢结构和采光顶的各种相对位移和转动。
通过横梁两端设置两种不同的插芯：其中一端是可固定铝（词条“铝”由行业大百科提供）插芯，插芯的的另一头连接在支座耳板的销轴上;另外一端的插芯由两部组成，一个是可旋转插芯，同样用两颗螺栓穿过横梁固定，一个是可固定插芯，一头连接在支座耳板的销轴上，另一头插进可旋转插芯中间，利用可旋转插芯实现钢结构和采光顶玻璃幕墙龙骨的转动和伸缩。
3.3 玻璃副框设计
由于任何两片相邻的玻璃均有大小不同的空间夹角，传统做法是采用玻璃飞边的做法，即内外片玻璃尺寸不一样，但由于每片玻璃的大小和角度均不同，玻璃和铝副框的加工难度极大。经软件模拟结合Grasshopper技术分析并汇总玻璃的夹角，最终采用玻璃齐边设计，开模三款不同宽度规格铝副框实现组框设计。铝副框设计成带球头可转动的分离式副框，可满足工程中所需的各种角度。同时，副框和压块之间通过齿纹咬合，还可承受和传递玻璃的自重，防止玻璃产生侧滑。
4 施工技术要点
4.1测量放线
现场使用测量放线仪器定位支座实际安装中心点，根据理论模型的定位坐标找玻璃交点理论位置。将贴有反光贴的工装放置在钢结构节点表面，测量员在全站仪调出支座中心点坐标值，测量员指导操作人员挪动工装，通过平面内测点法在工装上找到支座中心点并用硬性专用记号笔标示。
通过辅助工装确定玻璃分格交点、支座中心点后，确定支座中心线，点焊固定底座。用记号笔刻画辅助工装与底座的旋合高度，安装支座，并旋合到标记位置。钢结构满焊并卸载后，需要对支座位置进行复测，复测无误后进行支座焊接。
测量定位BIM放样机器人：目前新项目引进BIM放样机器人，利用其快速、精准、操作简单、测量员需求少的优势，将模型中的测量数据直接转变为现场精确定位点，且操作过程可视化，初步取得了良好的成果。
4.2玻璃、铝材下单
使用结构计算软件对各种工况下的钢结构进行模拟，将各种工况的模型进行对比分析，发现主体钢结构节点虽然会发生大小不同和方向各异的位移，但整个钢结构是连续变形的，钢结构中心区域的相邻支座的相对位移和转动并不大，玻璃的边长和内角也变化不大，因此中心区域的玻璃和支座可按理论下单，仅边缘局部位置根据实际测量下单加工，大大缩短了下单时间。
另外，由于表皮复杂，玻璃、型材尺寸过多，下单采用grasshopper技术，可以方便地提取玻璃的内角、相邻玻璃的夹角、横梁长度和支座的高度等，也可以自动通过分析角度，直接生成玻璃、副框、横梁的轮廓，实现玻璃、龙骨、支座的放样。
4.3 玻璃组框质量控制要点
由于每片玻璃尺寸和内角均不相同，同一片玻璃三条边的副框可能不同，玻璃副框的组装要保证框的刚度，采用局部加强措施防止角部开裂。同时重点控制三角形玻璃边部磨边工艺，不得崩角或崩边。通过以上技术要点控制三角形玻璃组框质量，并做为玻璃板块质量品控资料进行严格质量控制。
5 结语
本项目设计施工技术通过多维可调支座、连接龙骨和可转动玻璃副框高品质呈现空间双曲建筑效果。通过Grasshopper插件建模下单，大大缩短了设计下单周期，提高工作效率，降低人为因素的错误率。另外，通过结构计算软件对钢结构安装偏差、钢结构胎架卸载变形和幕墙安装三种工况下的钢结构进行模拟分析对比，理论结构分析与实际卸载变形量对比，研究得出整个钢结构连续变形的具体情况，分析安装完成后玻璃的边长和内角变化基本和理论研究相差不大，因此中心区域的玻璃和支座大胆的按理论下单，结合现场测量放线、运输吊装具体措施，保证了项目按期完工。
本多维可调支座新技术包括：装配式施工、BIM技术应用、测量放线、精致建造等。从设计方案、加工组框、现场施工情况都得到项目各方的一致认可，为社会和业主呈现美观、高品质的复杂建筑幕墙产品。
参考文献
[1]建筑幕墙 GB/T 21086-2007
[2]玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-2003
作者单位：深圳市三鑫科技发展有限公司
