立潤富達(dá)廣場項目異形曲面采光頂設(shè)計分析

楊青龍

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑的外觀也越來越富有表現(xiàn)力，相比較傳統(tǒng)建筑的外立面，現(xiàn)代建筑立面越來越活躍和自由，曲面異形的外觀成為建筑師經(jīng)常表達(dá)的建筑形式。本文對立潤富達(dá)廣場項目曲面采光頂異形曲面系統(tǒng)的重難點進(jìn)行分析，并提出切合實際的施工工藝和解決方案。

關(guān)鍵詞：曲面異形;采光頂;連接設(shè)計

一、工程概況

本項目位于廣東省深圳市南山區(qū)南頭街道。幕墻總面積12萬平方米。其中采光頂位于裙房頂，整個采光頂由多個曲面組成，整體效果呈現(xiàn)為水波狀，由形狀不一的三角形玻璃面板擬合而成。玻璃采用鋼化中空夾膠玻璃，龍骨為鋁合金型材。

二、工程特點

該異形曲面采光頂系統(tǒng)由一個個三角形板塊拼接而成，在交接處一共有6個板塊交匯，最關(guān)鍵的位置就是6根桿件的匯交處的連接，因為采光頂為異形曲面，所以在交匯處的6塊玻璃面板也不在同一平面內(nèi)，相交處的桿件連接就要求可以在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動。

三、交匯點連接設(shè)計

連接設(shè)計需要解決空間桿件不同角度的轉(zhuǎn)動所造成的設(shè)計、加工、安裝上的困難。一般多點匯交的連接點都是在同一平面上的，可以在一個平面內(nèi)不同角度里轉(zhuǎn)動，但是無法實現(xiàn)空間中不同角度的轉(zhuǎn)動。如米蘭Mero系統(tǒng)、德國Gatner系統(tǒng)、南京牛首山佛頂宮等。這些系統(tǒng)都只能繞著中間的圓環(huán)平面內(nèi)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，不能在圓環(huán)軸向平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。

本工程的連接設(shè)計參考了上述幾種系統(tǒng)的連接方案，總的思路就是中間一個圓環(huán)，這樣可以滿足平面內(nèi)不同角度的調(diào)節(jié)，只需在此基礎(chǔ)上再增加軸向轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)的構(gòu)造即可。參考耳板的連接構(gòu)造，在連接鋼板處用銷軸連接，就解決了軸向調(diào)節(jié)的問題。同時我們通過三維建模發(fā)現(xiàn)在同一個交點處的玻璃面板存在高低差，所以還需要能調(diào)節(jié)高低的一個構(gòu)造。最終進(jìn)過反復(fù)設(shè)計，實物如下圖所示。

四、連接節(jié)點的受力分析

交匯處的連接節(jié)點設(shè)計轉(zhuǎn)接件多。需從傳力途徑一個一個零部件進(jìn)行分析。傳力途徑為：龍骨通過螺栓傳遞集中力到連接耳板，耳板和帶滑槽的耳板之間通過螺栓傳遞荷載，帶滑槽的耳板又通過機(jī)械連接卡槽卡到帶槽連接件，帶槽連接件通過機(jī)制螺絲連到十字形連接件，十字形連接件直接通過十字件卡到定制調(diào)整支座上。力的作用點放在耳板的連接銷軸上，計算各個零件時力都在這個位置。

由上所示，連接橫梁的螺栓受力有偏心，螺栓需要計算抗剪及鋁型材的局部承壓;耳板的連接銷軸應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50017-2017，11.6銷軸連接的構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計及計算。

這種連接節(jié)點，除了構(gòu)造和公式驗算要滿足規(guī)范要求外，還應(yīng)采用有限元軟件進(jìn)行節(jié)點受力分析。通過對各個零件的受力分析，可以注意到節(jié)點設(shè)計中哪些部位應(yīng)該局部加厚。還有螺栓連接，耳板銷軸連接設(shè)計時，都應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的構(gòu)造要求。

五、連接設(shè)計的其他問題

采光頂為不規(guī)則曲面，玻璃面板之間不共面，玻璃接縫處的角度多樣。所以連接的副框需要有一定角度的調(diào)解空間，副框設(shè)計成類似合頁狀的，適應(yīng)不同角度板塊的安裝。玻璃與玻璃接縫隱框處理，接縫用硅酮耐候密封膠填充，玻璃表面不會形成明顯的臺階，可以進(jìn)行無障礙排水，且膠縫質(zhì)量容易控制，防水性能及外觀效果可以大大提高。

六、結(jié)束語

從上面異形曲面采光頂?shù)脑O(shè)計方案介紹，可以看到曲面玻璃的設(shè)計重點是解決6個龍骨交匯點的連接設(shè)計。節(jié)點方案需要綜合考慮調(diào)節(jié)、加工、安裝等因素，才能實現(xiàn)建筑應(yīng)有的功能和效果。本文設(shè)計的連接節(jié)點可以左右轉(zhuǎn)動，上下調(diào)節(jié)，以及軸向平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，適用于類似的不規(guī)則不共面的多桿件連接節(jié)點。在節(jié)點設(shè)計時還需根據(jù)結(jié)構(gòu)計算校核，對連接節(jié)點的局部壁厚進(jìn)行加強(qiáng)處理。對類似三角形玻璃空間幕墻的設(shè)計，需各個玻璃板塊形狀進(jìn)行分析歸類，在滿足規(guī)范要求的前提下進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

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