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提要：本文对异形玻璃幕墙及采光顶、自由曲面玻璃体等具有双曲面玻璃造型的外围护结构项目，在节点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，特别是对特殊节点在实际工程中的处理作了阐述。这些节点在二十多年的使用和运行中已经经受了考验，状态良好。部分节点已经应用在各种的异形幕墙的项目中，对异形玻璃幕墙的结构制作和面板安装起到了重要的作用。使得双曲面的玻璃造型流畅顺滑，很好的实现了异形曲面的建筑效果。
关键词：异形玻璃幕墙，平板拟双曲，单曲板拟双曲面， 双曲面异形玻璃。
1引言
建筑外观的新、奇、特艺术效果，出现了不少三维自由曲面造型的建筑立面。其基本表现手法是利用通透的异形玻璃这种媒介,通过对玻璃面板曲面的变化形式来表现的，这就给了建筑幕墙（词条“建筑幕墙”由行业大百科提供）的技术人员和科研研发提出了不小的挑战和巨大的契机。可以说，异形幕墙的出现和发展给了幕墙设计师们发挥其聪明才智的空间，促使建筑幕墙的设计与施工技术向前发展。
本文想通过对实际工程项目使用过，经过时间考验的成熟节点的介绍和分析，进一步提高我们对异形玻璃幕墙节点的设计和理解能力。
1.1、 双曲面异形幕墙工程案例(多块双曲面玻璃组拼而成的自由曲面)
异形曲面玻璃幕墙的形式很多，有由多块双曲面玻璃组拼而成的自由曲面玻璃幕墙，如北京长安中心的索结构双曲面玻璃体。北京天新文馆南北立面入口处的双曲面玻璃洞口，和马鞍体玻璃通道的异形自由曲面夹胶玻璃等。
1.1.A、本文所要提到的第一个项目是北京长安中心的索结构双曲面玻璃体。该案例是我在2005年完成的一项预应力索结构支承自由曲面玻璃幕墙的探索。其支承结构是利用水平布设的反向预应力（词条“应力”由行业大百科提供）支承索桁架结构与单向单索结构组合形成自由曲面玻璃幕墙。其水平跨度为24m。竖向为单向单索支承最大垂直跨度为8m ，幕墙结构的受力特征为竖向单索首先承受水平风荷载，再传递给横向水平钢索桁架，由横向水平钢索桁架交给钢结构，最后传递到地面或者建筑主体结构。
在实际工程中，空间曲面玻璃面板的支承结构系统，除异型钢结构外也可以通过索、杆的空间合理布设，将钢索布置出个性鲜明的造型，形成合理的受力体系。通过点支式玻璃连接系统来支承双曲面玻璃面板，形成建筑造型中理想的自由曲面。(如图1.1A-a、b、c、)
1.1.B、北京天新文馆南北立面入口处和马鞍体玻璃通道，是典型的双曲面玻璃幕墙。从工程竣工到现在已有近二十年的时间了。位于南、北立面的夹胶中空玻璃双曲面幕墙和马鞍形玻璃通道的异形夹胶玻璃面板，已经经受到了时间的考验。
在该项目的异形幕墙中从玻璃幕墙到玻璃旋体造型。以及玻璃采光顶（词条“玻璃采光顶”由行业大百科提供）、屋顶玻璃体造型等相关于异形幕墙的特殊构造节点有二十种之多。由于节点设计的比较合理，针对性和可实施性强，对异形玻璃幕墙的结构安装和面板安装起到了决定性的作用。使得双曲面的玻璃造型流畅顺滑。(如图1.1B-a、b、c、)
1.1.C、寿光文化中心玻璃椭球形剧场(由单曲板拟合双曲面玻璃幕墙的典型项目)的长轴是60米短轴为40米 由多根相互平行的立柱支撑在8米高的空中。球形剧场的一端是通过通道与大堂连接，球形剧场的结构是由钢管通过经纬线的布置形成的球壳。外层的玻璃是中空彩釉夹胶热弯玻璃，是典型的“单曲板拟双曲面”的做法。(如图1.1C照片)
整个椭球体外饰面的双曲面玻璃是通过彩釉点密度的变化实现透光率（词条“透光率”由行业大百科提供）的变化。玻璃与钢结构的连接节点是通过玻璃之间的空隙将内片玻璃固定在结构上，实现了机械连接的隐框效果。
1.2、异形幕墙项目平板拟双曲面(采取平板拟双曲面的做法)
北京天文馆新馆内的四个空间钢结构玻璃旋体。无论从设计和施工的技术难度都超乎想象，采用了上下玻璃板块对接，左右玻璃板块错位搭接的连接方式。其曲率半径变化不同，都是典型的平板拟双曲面的工程案例。(如图1.2A-a、b、c、d)
北京天文馆新馆的整体建筑物由五层钢筋混泥土结构、钢结构、玻璃幕墙及采光顶、马鞍形玻璃通道和四个各具象征意义的玻璃旋体组合而成。四个玻璃旋体的最大直径为25m，最小直径为13米，总高度为38.5m;旋体的玻璃为上下两点支承和边部四点支承，玻璃之间为开缝式，上下玻璃板块对接，左右玻璃板块错位搭接的连接方式。其建筑创意新颖、造型别致、层次分明，用玻璃与钢结构的有机结合体现了过去与未来、艺术与自然的和谐统一。
哈尔滨大剧院是哈尔滨标志性建筑，剧院的设计力图从剧院、景观、广场和立体平台多方位给市民及游人提供不同的空间感受。考虑到观演和观光的需要， 大剧场采用了世界首创的将自然光引入剧场的方式，丰富了非演出时段的照明方式，创造了节能环保新模式;
剧场中部采光顶的流线造型与建筑外造型的整体风格相统一。其群锥式玻璃采光顶的玻璃完全采用了平板玻璃（词条“平板玻璃”由行业大百科提供）折线拼接的方式塑造出高低起伏群体堆积大流线的视觉效果。(如图1.2B)
更为典型的采取平板拟双曲面玻璃幕墙是凤凰卫视北京总部大楼。屹立在朝阳公圆旁，外型有些奇特，有人说造型像个‘窝’，建筑的大小线条都是螺旋立体双曲线。这个整体双曲面的建筑幕墙，是采用了铝合金框架型材支承，平板玻璃折线安装的工艺方案成型的，是典型的“平板拟双曲面”玻璃幕墙。建筑具有极强的视觉震撼效果。(如图1.2C、D、E)
2、异形玻璃幕墙节点设计
这类玻璃幕墙的节点可以说在每个项目都会由于外形的变化而有所不同，都需要进行具体分析对连接节点的功能适应性作单独设计。其设计的基本原则是，有效的传递荷载，将面板与支承结构之间有机的结合，使得支承体系在稳定的同时能适应多角度的荷载变化对幕墙曲面带来的影响。还要充分考虑到其视觉效果，造型美观有一定的观赏性。
2.1、双曲面异形幕墙节点应用案例
2.1.1、北京天文馆在南、北立面的马鞍通道入口处，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3680mm×1200mm，这在当时国内的玻璃加工业是从未遇到过的难题。突破难题的方案是在异形双曲面玻璃的加工时采用网格式空间模形确定玻璃下料尺寸。在模具（词条“模具”由行业大百科提供）制作时按网格横竖向线条的曲度将钢管加工弯曲（词条“弯曲”由行业大百科提供）成形并组拼成型。(如图2.1.1-a、b)
幕墙结构系统采用了横向由T型钢龙骨支承，在外部增加了铝（词条“铝”由行业大百科提供）合金装饰扣条。使其既作为外视横线条也作为玻璃面板的水平支承结构。北立面异形玻璃幕墙节点图中所示的为大面的基本节点，在转角处和曲面幕墙处的节点是在此基础上进行了加强改造。(如图2.1.1-c、d)
在旋体玻璃与结构连接节点设计过程中，玻璃板块之间采用上下玻璃板块对接，左右玻璃板块错位搭接的连接方式，在板块之间打胶处理使之形成闭缝式连接的特殊双层玻璃点驳接节点也叫“双头连接驳接头”解决了这一难题。该节点还申请了国家实用新型专利，为这类连接形式找出了路子。(如图2.1.1-e、f)
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。
由于造型的需要在玻璃旋体上也有玻璃板块为上下两点支承的玻璃旋体的双曲面造型。由于玻璃板块与旋体的空间钢结构的连接是采用在玻璃板块的中部固定的,用玻璃板块的上、下两点来支承板块所受的荷载。(如图2.1.1- g)
这种连接方式虽然能解决了玻璃板块自重和水平荷载（词条“水平荷载”由行业大百科提供）的传递,但同时又出现了板块平面外不稳定的问题。为了能在不增加结构连接件（词条“连接件”由行业大百科提供）的情况下，解决玻璃板块平面外固定的问题，我们专门为该项目设计了玻璃面板卡扣式连接节点，也叫“双层玻璃定位夹”。 (如图2.1.1- h、i )
在北京天文馆新馆玻璃幕墙和玻璃旋体施工中采用了多项新工艺、新材料、新技术，其难度之大精度之高为国内钢结构和幕墙的设计、安装所不多见的，其中许多地方都打破了常规，为国内幕墙特殊异型钢结构的安装，积累了丰富的经验。
2.1.2、寿光文化中心玻璃椭球形剧场的隐框曲面玻璃幕墙是采用了“隐形夹板式连接装置”。该连接装置结构包括母座、转接件、托板件、销轴、压板、紧定螺钉等;安装时将母座固定在支撑结构上，转接件通过螺纹旋入母座中，托板件通过销轴和锁紧螺母固定在转接件上。压板装在中空玻璃的空腔内，压板上装有橡胶（词条“橡胶”由行业大百科提供）压条，在中空玻璃空腔内设置有铝槽，中空玻璃安装后，压板通过连接螺钉固定在托板上，压板压合在铝槽上将玻璃面板固定。
这种用于椭球体全隐框曲面玻璃板固定的节点，发明后立即应用在了寿光文化中心玻璃椭球形剧场上。解决了曲面板四点不共面的固定安装难题。该节点申请了国家发明专利专(利号：ZL 2008 1 0024546.5)(如图2.1.2- a、b )
在这里想强调的是，这种“隐形夹板式连接装置”在使用过程中应该注意内片玻璃应该是夹层玻璃其受力体系为点支承受力。
2.1.3、北京长安中心的索结构双曲面玻璃体。由于本项工程的外形是采用不规则的双曲面体，支承结构又是不对称的鱼尾式索桁架和竖向单索结构，再加上主体结构只能承担水平荷载不能承受竖向力，这就要求每个节点够造都要适应结构性能的要求。
竖向索的顶部节点比较复杂，由于受力变形的要求钢索与钢桁架的连接节点必须能够在钢索受水平荷载变位时自由转动，同时又要能吸收索材料的轴向长度误差和安装误差。我们在此处安装了球形脚支座和误差调节器。
由于水平索桁架的钢索内力极大，在设计时采用了双索同时受力的方案。为了解决双拉索（词条“拉索”由行业大百科提供）与杆的在工作状态时能牢固连接又能相对位移，设计了特殊节点(如图2.1.3-a、b、c)
3、结束语
近年来，异形建筑和异形幕墙在国内有了快速的发展，这就为这些特殊幕墙节点的使用提供了一个更大的空间，对幕墙工程师们在幕墙节点设计上提供了一个又一个的新的富有挑战的课题。总结和介绍过去二十年来，我所经历的双曲面异形玻璃幕墙项目在特殊节点的设计施工技术经验。旨在为了给新的，更复杂的异形项目在节点设计与施工时提供有针对性的参考。为幕墙设计师们利用当今数字化高科技的手段解决技术难题提供借鉴的方案和依据。
文章中所涉及的项目都已经经受了时间的考验。北京天文新馆项目、寿光文化中心玻璃椭球形剧场、哈尔滨大剧院群锥式玻璃采光顶、凤凰卫视北京总部大楼、北京长安中心的索结构双曲面玻璃体项目都已经成为当地的典范工程和地标项目。应该是双曲面异形玻璃幕墙可以借鉴的样板。
参考文献
[1] 王德勤，《复合型空间索结构在自由曲面玻璃幕墙项目中的应用技术解析》，幕墙设计，2021-1期
[2] 王德勤，《北京天文馆新馆幕墙结构相关技术》，铝门窗幕墙论文集，2005
[3] 王德勤，《北京天文馆设计与施工技术》，建筑技术，2005-9期
[4] 王德勤，《异型玻璃幕墙工程施工测量技术探讨》，中国建筑装饰装修，2005
作者单位：北京德宏幕墙工程技术科研中心
