浮動(dòng)可旋玻璃幕墻系統(tǒng)的介紹
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01·理想
玻璃支承方案過于理想幕墻化
超級(jí)橢球的角度千變?nèi)f化,預(yù)制支承框架單元技術(shù)要求過于苛刻,難以滿足公差要求。根據(jù)模型實(shí)踐的結(jié)果,可能最終因?yàn)椴AЭp影響受到美觀,也造成玻璃安裝極端困難。
鋁框截面復(fù)雜、形狀不同,在交接位置難以拼接合框,嚴(yán)重影響加工周期。玻璃合框不牢靠,降低了防水性能和安全度。
振動(dòng)、靜荷載以及材料的變形等因素均可使支承邊移位,玻璃容易失去支承,造成危害。
荷載傳遞路線過于復(fù)雜,對(duì)支承梁產(chǎn)生附加扭矩。
防水性能無法保證。第一道(濕)密封在玻璃外片與軌道之間,直接影響屋面防水性能;柔性連接的軌道忽略了大部分玻璃作為采光頂?shù)墓δ?,在承載往復(fù)荷載時(shí)將引起較大的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)位移,嚴(yán)重?fù)p傷濕式密封的粘接,造成密封被破壞,導(dǎo)致防水失效;相鄰玻璃不在同一平面內(nèi),第三道密封只能采用中間開缺口的辦法調(diào)節(jié)角度,但中間開缺口影響膠條的受力性能,特別是溫度和變形難以承擔(dān)。
等壓設(shè)計(jì)不成立。第二、三道干式密封間采用等壓設(shè)計(jì)。玻璃的十字交接處,經(jīng)向緯向鋁合金框架、鋁合金壓板、蓋板不可能連續(xù)。而僅僅通過密封條的熱熔連續(xù),不可能形成密封等壓倉。
按照原設(shè)計(jì)方案圖紙,我們開型材、做玻璃,嘗試安裝了幾個(gè)玻璃單元,結(jié)果由于無法合框成功,導(dǎo)致框架無法固定玻璃,單元制作失敗。
我們改進(jìn)了鋁型材,改善了合框辦法,合框成功,未鋼化的玻璃放進(jìn)做好的模型結(jié)構(gòu)后,玻璃大部分破裂……
改進(jìn)前的玻璃支承節(jié)點(diǎn),橫料與豎料不統(tǒng)一,需將豎料的兩頭切成斜面,鋼管結(jié)構(gòu)向外支承著橫框,豎框基本不碰結(jié)構(gòu),由于橫料受力會(huì)使結(jié)構(gòu)鋼管產(chǎn)生扭矩,鋼管的接合部又是一個(gè)活動(dòng)的多方向關(guān)節(jié),導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)、構(gòu)造上都有一些問題。
02·過程
在原方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,我們研究出一套新方案,解決了原設(shè)計(jì)中存在的受力不合理、防水難以保證的問題,但工藝仍然較復(fù)雜,制作工序也比較煩瑣。
鋁合金梁的下部通過腹板連接件將圓管與球體柔性連接在一起,它的作用是增加結(jié)構(gòu)的剛性,圓球連接件與鋁合金的圓管之間設(shè)計(jì)了彈性伸縮,用以調(diào)整安裝過程中腹板與球之間的距離,該部分沒有力的傳遞,又適應(yīng)了變形。
螺栓與十字連接件的柔性連接是通過球頭與十字連接件中有限制的、有方向性的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn),解決了主鋼架牛腿與玻璃外表面間夾角不斷變化的問題。從該系統(tǒng)來看,整個(gè)力的傳遞是由十字連接件通過球頭螺栓傳遞給牛腿,直接作用在主梁上,受力合理,安全可靠。十字連接件通過一對(duì)上下轉(zhuǎn)盤上的兩個(gè)支臂來調(diào)整三維夾角(即任何四塊玻璃十字交線的可變夾角)。通過鉸接及半鉸接十字連接件支承玻璃四邊框,以獲得各種不同的玻璃平面夾角和邊夾角。
鋁合金腹板(主梁)的方通與不銹鋼十字連接件的經(jīng)向支臂和緯向支臂相連,是該節(jié)點(diǎn)的重要承力部分。腹板的外部(平行于玻璃面)是與一個(gè)水平方向可以微調(diào)的墊塊鑲嵌在一起,而可調(diào)墊塊直接與玻璃粘接,它可以滿足兩塊玻璃之間的水平夾角要求,從而達(dá)到整個(gè)大劇院玻璃弧型的外觀。
安裝時(shí),只要正確安裝好各支承邊,調(diào)整尺寸、角度,然后放上玻璃,按每500mm加一塊100mm長的壓塊。兩端壓住中空玻璃內(nèi)層,中間用螺栓與鋁合金腹板緊密連接。
整個(gè)玻璃便是一個(gè)“雙保險(xiǎn)”的可調(diào)動(dòng)安裝(即粘結(jié)及壓緊),無論在施工現(xiàn)場(chǎng)的安裝還是節(jié)點(diǎn)零件的加工,無論角度如何變化,均采用同一種零部件,同一種安裝方式,不受角度變化的影響,既節(jié)省了工藝成本,也簡(jiǎn)化了施工難度。
玻璃框在各邊調(diào)好固定后,不會(huì)產(chǎn)生位移,比傳統(tǒng)的單一粘接方法牢固、安全可靠。玻璃的各邊可以平放在這個(gè)鋁合金承重平面上(微調(diào)塊),均勻受力。
整個(gè)玻璃系統(tǒng)的密封采用三級(jí)密封。中空玻璃內(nèi)層側(cè)面與鋁合金梁的側(cè)面之間的密封膠;在固定壓板上表面扣一密封蓋,密封蓋側(cè)面與中空玻璃外層側(cè)面之間以密封膠密封;在安裝好傳力裝置、清洗裝置后,在密封蓋上表面上扣一個(gè)裝飾密封蓋,兩側(cè)施以密封膠,兩層密封蓋的對(duì)接互相錯(cuò)開并施密封膠,以防止接縫滲水。整體密封系統(tǒng)就完善了。
在壓緊塊與清洗支座間做一小通道,利用清洗軌道向外開一單向小孔,達(dá)到等壓目的。每條玻璃邊布置壓簧、拉簧各一件。
此方案出臺(tái)后,我們?cè)谀P蜕嫌肿隽艘淮危虐l(fā)現(xiàn)這個(gè)方案的很多實(shí)質(zhì)材料變成了裝飾件,沒有功能,影響美觀,更覺得受力復(fù)雜及混亂。經(jīng)過各方佐證后又決定不予采用。
03·思想
在過程方案的基礎(chǔ)上,我們精心研究,詳細(xì)討論,還是沒有辦法把最好方案拿出來。想起多年前做北京植物園展覽溫室時(shí)的多爪鋼件,想起清華大學(xué)游泳館的6爪扣件,還有好多好多工程的我所創(chuàng)作過的爪扣配件,全部翻閱多遍,仍然沒有頭緒……
清華大學(xué)游泳館——莊惟敏
縱觀世界上做得好的項(xiàng)目,都有代表性的優(yōu)秀節(jié)點(diǎn)出現(xiàn),而這些節(jié)點(diǎn)又包含著多少智慧、多少辛勞,多大的毅力??!它的創(chuàng)造者必須要有鍥而不舍的精神,勇于創(chuàng)新的膽識(shí),不怕失敗的勇氣。
隱形索框結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的支承體系由橫豎向索組成,隱藏在鋁合金框架內(nèi),由平面或曲面鋁框玻璃板塊形成索結(jié)構(gòu)框架玻璃幕墻。
節(jié)點(diǎn)作用:有限度約束索具——方向和受荷;受荷滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng);固定幕墻玻璃及其附件。
04·夢(mèng)
鋼結(jié)構(gòu)伸出只有60mm厚的鋼板,寬150mm,如何利用好這個(gè)支承點(diǎn)?做一個(gè)有特色又耐看的節(jié)點(diǎn),才可以讓國家大劇院的特殊價(jià)值顯現(xiàn)出來……天天思想節(jié)點(diǎn),總是無法入睡。一個(gè)周末,我干脆與一群香港人去打了兩天高爾夫球,共打了90個(gè)洞,對(duì)于我這個(gè)運(yùn)動(dòng)不多的人,很累很累了,晚上9點(diǎn)就睡著了,凌晨三點(diǎn),我夢(mèng)見一個(gè)小時(shí)候賣辣橄欖的大叔,手上拿著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的葫蘆向我走來,吹著喇叭,喊著:“辣!辣!辣!辣得有味”!兒時(shí)的記憶令我騰地躍起,坐定一想,霍然開朗,不就是一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的葫蘆嗎!于是,我起床提筆取紙,畫出一個(gè)節(jié)點(diǎn)來……源于夢(mèng)中,得之夢(mèng)中,實(shí)乃 “夢(mèng)之節(jié)點(diǎn)”。
多功能萬向玻璃幕墻支撐結(jié)構(gòu)是由1054個(gè)方向可調(diào)的球頭連接轉(zhuǎn)盤,與鋼結(jié)構(gòu)上挑出的1054條牛腿相連,這樣,玻璃通過鉸接形式支承在鋁合金梁上,光滑擬合了橢球曲面。在節(jié)點(diǎn)的選材上,綜合考慮安全和美觀的要求,主受力件球頭螺栓采用高強(qiáng)合金鋼40Cr,型號(hào)為316的不銹鋼連接轉(zhuǎn)盤按不同角度分成12類。鋁合金梁采用6061T6,表面進(jìn)行氟碳噴涂處理。
開始,我把不銹鋼連接轉(zhuǎn)盤球形連接件分開兩件零件組成,以適應(yīng)橫向與豎向的角度變化,而且開模具做出了樣板,拿到大劇院屋面使用在模型上了。共要用1054套,有12種角度。又想了一兩周,為了結(jié)構(gòu)更安全,我把它分為13種,每種相差1度,雖然多花一點(diǎn)錢做模具,但這樣可以使構(gòu)件的構(gòu)造更堅(jiān)固,效果更好。
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