隱框玻璃幕墻與球形網(wǎng)架結(jié)合的設(shè)計施工

肖進(jìn)文

摘 要：隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的不斷發(fā)展更新，建筑幕墻的造型也越來越復(fù)雜，許多新式的幕墻結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，球形隱框玻璃幕墻就是其中比較有代表性的一種結(jié)構(gòu)。本文就隱框玻璃幕墻與球形網(wǎng)架結(jié)合的設(shè)計施工問題進(jìn)行了一些探討。

關(guān)鍵詞：球形采光頂；玻璃幕墻；設(shè)計；施工

中圖分類號：TU382 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）09-0030-02

引言

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在建筑中經(jīng)常使用，網(wǎng)架的種類比較多，球形網(wǎng)架是其中的一種。其最早在20世紀(jì)60年代由美國的設(shè)計師富勒設(shè)計，經(jīng)過幾十年的發(fā)展球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)已經(jīng)在許多建筑物中得到了廣泛的應(yīng)用。在建筑中采用球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)用較少的材料構(gòu)建較大的建筑空間。為了使設(shè)計的建筑外形比較美觀漂亮，同時擁有比較好的采光條件，通常將球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與隱框玻璃幕墻的設(shè)計相結(jié)合，以保證建筑物的使用性能。

1 隱框玻璃幕墻介紹

隱框玻璃幕墻，顧名思義就是指在立面上看不到型材的格柵，并不是玻璃幕墻沒有框架。玻璃靠結(jié)構(gòu)膠固定在隱于玻璃后的型材框架上。眾多玻璃組合成一個整體。玻璃與玻璃之間縫隙較小，中間填充有密封膠，遠(yuǎn)看就像整塊玻璃一樣。圖1是隱框玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)斷面示意圖，圖2是隱框玻璃幕墻立面示意圖。隱框玻璃幕墻中玻璃的自重與風(fēng)壓等外荷載完全靠結(jié)構(gòu)膠傳遞給框架，對結(jié)構(gòu)膠的強度與耐老化性能應(yīng)有很高要求。并應(yīng)定期檢查結(jié)構(gòu)變化，防止日久或在地震或風(fēng)振作用下發(fā)生玻璃墜落。為保證隱框玻璃幕墻的安全。在設(shè)計、施工和使用維護(hù)中都應(yīng)提出要求，結(jié)構(gòu)膠的性能、打膠工藝、玻璃分塊大小、膠的厚度、粘接面積、膠的相容性等都應(yīng)有嚴(yán)格的規(guī)定。隱框玻璃幕墻在有些工程上，為了使其安裝后的安全性更高，在垂直玻璃幕墻上經(jīng)常采用金屬連接件固定玻璃。

隱框構(gòu)造方式在建筑幕墻設(shè)計和施工中雖然有著很多的優(yōu)點，但也不可避免地存在一些不足，最主要的是該結(jié)構(gòu)仍然需要依靠金屬框的存在。因為玻璃本身是透明的，盡管金屬框隱藏在玻璃的后面，但仍然會成為整個建筑造型的表現(xiàn)元素之一，在很大程度上影響玻璃造型的純粹性。在很多情況下由于光線和視覺因素的影響，導(dǎo)致金屬框架成為視覺的主體，影響幕墻結(jié)構(gòu)中玻璃應(yīng)體現(xiàn)出來的作用。在這種情況下，使使用玻璃造型的目標(biāo)難以完美實現(xiàn)。

2 球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)介紹

球形采光頂經(jīng)常采用雙層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其中外層為起裝飾作用的網(wǎng)架，內(nèi)層為其支承作用的網(wǎng)架，為了使設(shè)計的建筑方案簡單易行，需要注意以下幾點。

2.1 網(wǎng)架節(jié)點的連接方式

網(wǎng)架的節(jié)點系空間節(jié)點，桿件來自不同方向，而且匯集的桿件也較多。因此，網(wǎng)架節(jié)點的構(gòu)造要遠(yuǎn)比平面桁架節(jié)點的構(gòu)造復(fù)雜。好的網(wǎng)架節(jié)點必須要牢固可靠，對力的傳遞要簡捷明確，同時在制作安裝時要很方便，節(jié)省材料的用量；此外還應(yīng)盡可能使制作安裝完成后的節(jié)點受力狀態(tài)符合進(jìn)行設(shè)計時的假定條件，這對網(wǎng)架支座支點來說非常重要。國內(nèi)的網(wǎng)架節(jié)點，因桿件截面形式的不同大致有：對于鋼管網(wǎng)架一般采用空心球節(jié)點和螺栓球節(jié)點；用角鋼制作的網(wǎng)架，則采用焊接鋼板節(jié)點。構(gòu)造焊接空心球節(jié)點系由兩個半球焊接而成（也有鑄鋼空心球），為了提高球體的承載能力，可在兩個半球中間加置—塊環(huán)狀加勁鋼板，通稱加勁肋。所以焊接空心鋼球一般又分為加肋空心球節(jié)點和不加肋空心球節(jié)點兩種，空心球的外徑和壁厚應(yīng)經(jīng)過計算確定。球體除能夠承受桿件傳來的壓力或拉力外，尚應(yīng)保證球面上兩相鄰桿件之間留有不小于10～20mm的縫隙。螺栓球節(jié)點是通過螺栓將鋼制桿件和鋼球連接起來的節(jié)點，該種節(jié)點一般由鋼球、錐頭、螺栓、套筒及銷子等結(jié)構(gòu)構(gòu)成（如圖3）。節(jié)點零件需要用高強度的鋼材制作，并且加工精度高、工序復(fù)雜、成本高，其優(yōu)點是安裝方便、節(jié)省焊接工作量及、能夠很好地保證網(wǎng)架的安裝尺寸及安裝質(zhì)量。因此，在球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中節(jié)點的連接應(yīng)采用螺栓球節(jié)點的方式進(jìn)行。

2.2 球形網(wǎng)架的分格

球形網(wǎng)架的分格對保證球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要的作用，應(yīng)將網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與幕墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行同樣的分格，并且采用三角形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分格，使各桿件的高度差較小，各個桿件的夾角近似相等。這樣可以便于以后安裝過程的進(jìn)行。各個網(wǎng)架構(gòu)件與整體球形網(wǎng)架之間應(yīng)有相等的弦切角，以方便控制圓形托板與鋁龍骨之間的距離。

3 隱框玻璃幕墻與網(wǎng)架的連接

隱框玻璃幕墻與網(wǎng)架之間必須進(jìn)行良好的連接，這是整個建筑施工的關(guān)鍵所在。在進(jìn)行連接施工時，必須將球形網(wǎng)架節(jié)點上的托板作為基礎(chǔ)，對連接鋼板采用合適的施工方案進(jìn)行焊接施工，在玻璃幕墻的鋁龍骨插芯與連接鋼板之間采用螺栓進(jìn)行連接，一段固定，一段可滑動。連接鋼板、龍骨插芯等部件需要嚴(yán)格按照設(shè)計尺寸進(jìn)行加工組裝，在滑動端進(jìn)行配切，這樣可大大提高工作效率及施工質(zhì)量。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和施工現(xiàn)場特定條件，通過對網(wǎng)架組裝滑移全程的空間受力與變形的動態(tài)分析，在具體施工時設(shè)計制定了“三邊支撐開口邊反梁加固的網(wǎng)架累積滑移施工”的方案（如圖4）。具體施工方案如下：在對網(wǎng)架單元進(jìn)行拼裝的操作架上設(shè)置承重滑道，其寬度應(yīng)與操作寬度的長度相等，這樣使拼接工作始終處于簡支狀態(tài)；另外，通過在滑移開口邊上的上弦增設(shè)反梁，使桁架的高跨比比較合理，這樣有利于減小跨中變形。該方案實施過程中，使用計算機對上述措施進(jìn)行驗證，結(jié)果滿足總體施工方案要求，并且降低了施工成本。

圖4 網(wǎng)架累積滑移法示意圖

為了保證安裝過程的順利進(jìn)行，需要對托板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真設(shè)計，尤其是托板的形狀及半徑。球形網(wǎng)架同一節(jié)點處的各桿件長度、桿件數(shù)量及桿件間的夾角均不統(tǒng)一，若設(shè)計成非圓形狀時，不僅需要對各層托板進(jìn)行編號，而且同時還需要對安裝方向進(jìn)行注明，增大了施工的難度，而設(shè)計成圓形可以有效地解決這個問題。在設(shè)計托板的半徑時應(yīng)遵循一定的原則，即所設(shè)計的托板半徑應(yīng)能夠在鋁龍骨安裝完成以后，連接鋼板在托板內(nèi)的垂直方向上不能發(fā)生外露現(xiàn)象。

球形隱框玻璃幕墻的施工過程與普通的隱框玻璃幕墻基本一樣，但是由于球形網(wǎng)架是一個獨立體，網(wǎng)架節(jié)點相對獨立，沒有定位軸線存在。因此可以利用CAD進(jìn)行等比例放樣，以盡量減少各個節(jié)點間的施工誤差。此外，由于幕墻面材與鋁龍骨之間可以靈活進(jìn)行拆卸，因此幕墻板塊可以根據(jù)實際情況進(jìn)行靈活安裝。

4 結(jié)語

將球形網(wǎng)架與隱框玻璃幕墻進(jìn)行結(jié)合，是現(xiàn)代建筑設(shè)計與施工的一大趨勢。本文對隱框玻璃幕墻及球形網(wǎng)架的特點進(jìn)行了一些介紹，并探討了球形隱框玻璃幕墻施工的一些問題及對策，希望能為相關(guān)從業(yè)人員提供一些有益的參考。

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