北京天文館新館玻璃幕墻及玻璃旋體設(shè)計與施工技術(shù)

    在南、北立面的馬鞍通道人口處，由于外形和玻璃分割線所限，使鋼結(jié)構(gòu)龍骨的加工和玻璃的加工安裝碰到很大的難題。固定玻璃的次龍骨是曲線形，而固定玻璃的槽口又要與玻璃的邊緣對應(yīng)，這就出現(xiàn)了次龍骨為曲線扭曲形狀；異形邊雙曲面玻璃最大長度達
3680mmXl200mm，這在國內(nèi)玻璃加工業(yè)是從未遇到過的難題。經(jīng)多次論證和試驗，確定了加工安裝方案：

    ①鋼龍骨的分兩步進行，首先將龍骨的外形按設(shè)計要求的曲線制作成形，保證將誤差控制在土1．5mm之內(nèi)，并預(yù)安裝到位，再按每隔lOOmm作一個與玻璃面的切線對應(yīng)點，確定扭曲度數(shù)并逐級校正成形，確保玻璃邊緣與龍骨槽口吻合。

    ②異形雙曲面玻璃的加工采取每片玻璃對應(yīng)一個鋼模具的辦法。用網(wǎng)格式空間模形確定玻璃下料尺寸。在模具制作時按網(wǎng)格橫線條的曲度將鋼管彎曲成形。每隔lOOmm一根曲形鋼管并按網(wǎng)格的豎向線條曲度拼接成空間雙曲面模具，并預(yù)留出玻璃在燒制過程中回彈尺寸余量，保證玻璃的曲面偏差在±2．5mm之內(nèi)，外形尺寸偏差在±3mm之內(nèi)。

    經(jīng)過嚴格的對加工制作、現(xiàn)場安裝每道工序控制，解決了一個又一個的技術(shù)難題，一個由360個鋼模具加工出來的尺寸各異、形狀不同的玻璃馬鞍體通道如期建成，完美的達到了建筑效果的要求。

    3、玻璃旋體
    四個各具特色空間玻璃旋體的共同特點是在豎向坐標的一系列圓心隨著高度的變化在空間不斷飄移，每一層玻璃水平分割線的圓心坐標位置各不一樣，最大相差3670mm，并由半徑不斷變化的圓弧在空間組合形成空間弧面。旋體最高為38．5m并高出屋面8．5m異形玻璃的基本分割為1000mmXl000mm。(如圖)

    1號旋體的最大直徑為24m，最小直徑為15．8m，總高度34m。玻璃為上下兩點支承，玻璃之間為搭接開縫式連接，安裝在鋼結(jié)構(gòu)的外側(cè)；2號旋體的最大直徑為25m，最小直徑為19．5m，總高度為34m，玻璃為上下兩點支承，玻璃之間為搭接開縫式連接，安裝在
鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)；3號旋體的截面為大、小圓相交，并分室內(nèi)、室外兩部分。大圓最大直徑18m，小圓最小直徑13m，總高度為38．5m；玻璃均為四點支承，玻璃之間為搭接閉縫式連接，室內(nèi)為鋼化夾膠玻璃，室外為中空鋼化玻璃。在3號旋體的頂部設(shè)置了點支式斜面
玻璃采光頂；4號旋體的截面隨圓形，豎向支承結(jié)構(gòu)和豎向玻璃縫均為螺旋式，旋體總高度為32．8m，玻璃為上、下兩點支承，玻璃之間為搭接開縫式連接，玻璃安裝在鋼結(jié)構(gòu)的外側(cè)。(如圖10)

    圖10  空間玻璃旋體實拍圖
    空間玻璃旋體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工難點在于結(jié)構(gòu)空間組合的任意性．共計320根體形各異的鋼管需要進行空間三維加工，其中主管為q0159X 6mm，次管為120X 60X 5mm矩形管，結(jié)構(gòu)與玻璃板面是通過不銹鋼爪件連接，安裝精度要求極高。在6200個玻璃安裝
點上，每個點的尺寸誤差都必須控制在土2mm之內(nèi)。

    為解決技術(shù)難題，在設(shè)計中根據(jù)工程特點發(fā)明了新的節(jié)點并使用在本工程上：“雙頭連接駁接頭”、“可調(diào)式轉(zhuǎn)角支承爪件”、“雙層玻璃定位夾”等，都是針對本工程設(shè)計的特殊節(jié)點。既解決了設(shè)計于施工難題又滿足了建筑造型的要求。

    在結(jié)構(gòu)設(shè)計上充分利用先進的結(jié)構(gòu)計算軟件建立四個旋體的空間模型，對旋體的每一條桿件都進行靜力學和動力學的分析。確保結(jié)構(gòu)的安全性。

    由于該結(jié)構(gòu)體系為空間變化，形體復(fù)雜，一方面要保證龍骨結(jié)構(gòu)視覺造型上的藝術(shù)性，另一方面還要控制鋼結(jié)構(gòu)加工、安裝的誤差。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用專用3D建模軟件，準確確定弦體曲面位置和結(jié)構(gòu)的空間參數(shù)，以保證施工圖設(shè)計和加工工藝的精確度；工廠加工時采用了三維剛性胎模控制、檢測幾何尺寸保證每根鋼管的空間彎曲度；現(xiàn)場安裝時將每根鋼管的電腦定位座標用全站儀三維空間定位，再用激光經(jīng)緯儀配合跟蹤測量，以確保玻璃安裝時準確無誤。

    在北京天文館新館玻璃幕墻和玻璃旋體施工中采用了多項新工藝、新材料、新技術(shù)，其難度之大精度之高為國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)和幕墻的設(shè)計、安裝所不多見的，其中許多地方都打破了常規(guī)，為國內(nèi)幕墻特殊異型鋼結(jié)構(gòu)的安裝，積累了豐富的經(jīng)驗。

    參考文獻
    [1)《jC京天文部館新館施工圖技術(shù)說明》——深圳三鑫公司
    [2]《點支式玻璃幕墻設(shè)計與施工》——王德勤
    [3]《北京天文館新館幕墻工程施工工藝》——深圳三鑫公司
    [4]《北京天文館新館幕墻結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)》——王德勤
    [5]《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》

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