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浮动可旋玻璃幕墙系统的介绍

2019-01-04 16:30:32 

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01·理想

玻璃支承方案过于理想幕墙化

超级椭球的角度千变万化,预制支承框架单元技术要求过于苛刻,难以满足公差要求。根据模型实践的结果,可能最终因为玻璃缝影响受到美观,也造成玻璃安装极端困难。

铝框截面复杂、形状不同,在交接位置难以拼接合框,严重影响加工周期。玻璃合框不牢靠,降低了防水性能和安全度。

振动、静荷载以及材料的变形等因素均可使支承边移位,玻璃容易失去支承,造成危害。

荷载传递路线过于复杂,对支承梁产生附加扭矩。

防水性能无法保证。第一道(湿)密封在玻璃外片与轨道之间,直接影响屋面防水性能;柔性连接的轨道忽略了大部分玻璃作为采光顶的功能,在承载往复荷载时将引起较大的振动和转动位移,严重损伤湿式密封的粘接,造成密封被破坏,导致防水失效;相邻玻璃不在同一平面内,第三道密封只能采用中间开缺口的办法调节角度,但中间开缺口影响胶条的受力性能,特别是温度和变形难以承担。

等压设计不成立。第二、三道干式密封间采用等压设计。玻璃的十字交接处,经向纬向铝合金框架、铝合金压板、盖板不可能连续。而仅仅通过密封条的热熔连续,不可能形成密封等压仓。

按照原设计方案图纸,我们开型材、做玻璃,尝试安装了几个玻璃单元,结果由于无法合框成功,导致框架无法固定玻璃,单元制作失败。

我们改进了铝型材,改善了合框办法,合框成功,未钢化的玻璃放进做好的模型结构后,玻璃大部分破裂……

改进前的玻璃支承节点,横料与竖料不统一,需将竖料的两头切成斜面,钢管结构向外支承着横框,竖框基本不碰结构,由于横料受力会使结构钢管产生扭矩,钢管的接合部又是一个活动的多方向关节,导致在结构、构造上都有一些问题。

02·过程

在原方案的基础上进行改进优化,我们研究出一套新方案,解决了原设计中存在的受力不合理、防水难以保证的问题,但工艺仍然较复杂,制作工序也比较烦琐。

铝合金梁的下部通过腹板连接件将圆管与球体柔性连接在一起,它的作用是增加结构的刚性,圆球连接件与铝合金的圆管之间设计了弹性伸缩,用以调整安装过程中腹板与球之间的距离,该部分没有力的传递,又适应了变形。

螺栓与十字连接件的柔性连接是通过球头与十字连接件中有限制的、有方向性的转动来实现,解决了主钢架牛腿与玻璃外表面间夹角不断变化的问题。从该系统来看,整个力的传递是由十字连接件通过球头螺栓传递给牛腿,直接作用在主梁上,受力合理,安全可靠。十字连接件通过一对上下转盘上的两个支臂来调整三维夹角(即任何四块玻璃十字交线的可变夹角)。通过铰接及半铰接十字连接件支承玻璃四边框,以获得各种不同的玻璃平面夹角和边夹角。

铝合金腹板(主梁)的方通与不锈钢十字连接件的经向支臂和纬向支臂相连,是该节点的重要承力部分。腹板的外部(平行于玻璃面)是与一个水平方向可以微调的垫块镶嵌在一起,而可调垫块直接与玻璃粘接,它可以满足两块玻璃之间的水平夹角要求,从而达到整个大剧院玻璃弧型的外观。

安装时,只要正确安装好各支承边,调整尺寸、角度,然后放上玻璃,按每500mm加一块100mm长的压块。两端压住中空玻璃内层,中间用螺栓与铝合金腹板紧密连接。

整个玻璃便是一个“双保险”的可调动安装(即粘结及压紧),无论在施工现场的安装还是节点零件的加工,无论角度如何变化,均采用同一种零部件,同一种安装方式,不受角度变化的影响,既节省了工艺成本,也简化了施工难度。

玻璃框在各边调好固定后,不会产生位移,比传统的单一粘接方法牢固、安全可靠。玻璃的各边可以平放在这个铝合金承重平面上(微调块),均匀受力。

整个玻璃系统的密封采用三级密封。中空玻璃内层侧面与铝合金梁的侧面之间的密封胶;在固定压板上表面扣一密封盖,密封盖侧面与中空玻璃外层侧面之间以密封胶密封;在安装好传力装置、清洗装置后,在密封盖上表面上扣一个装饰密封盖,两侧施以密封胶,两层密封盖的对接互相错开并施密封胶,以防止接缝渗水。整体密封系统就完善了。

在压紧块与清洗支座间做一小通道,利用清洗轨道向外开一单向小孔,达到等压目的。每条玻璃边布置压簧、拉簧各一件。

此方案出台后,我们在模型上又做了一次,才发现这个方案的很多实质材料变成了装饰件,没有功能,影响美观,更觉得受力复杂及混乱。经过各方佐证后又决定不予采用。

03·思想

在过程方案的基础上,我们精心研究,详细讨论,还是没有办法把最好方案拿出来。想起多年前做北京植物园展览温室时的多爪钢件,想起清华大学游泳馆的6爪扣件,还有好多好多工程的我所创作过的爪扣配件,全部翻阅多遍,仍然没有头绪……

清华大学游泳馆——庄惟敏

纵观世界上做得好的项目,都有代表性的优秀节点出现,而这些节点又包含着多少智慧、多少辛劳,多大的毅力啊!它的创造者必须要有锲而不舍的精神,勇于创新的胆识,不怕失败的勇气。

隐形索框结构玻璃幕墙的支承体系由横竖向索组成,隐藏在铝合金框架内,由平面或曲面铝框玻璃板块形成索结构框架玻璃幕墙。

节点作用:有限度约束索具——方向和受荷;受荷滑动或转动;固定幕墙玻璃及其附件。

04·梦

钢结构伸出只有60mm厚的钢板,宽150mm,如何利用好这个支承点?做一个有特色又耐看的节点,才可以让国家大剧院的特殊价值显现出来……天天思想节点,总是无法入睡。一个周末,我干脆与一群香港人去打了两天高尔夫球,共打了90个洞,对于我这个运动不多的人,很累很累了,晚上9点就睡着了,凌晨三点,我梦见一个小时候卖辣橄榄的大叔,手上拿着一个可以转动的葫芦向我走来,吹着喇叭,喊着:“辣!!!辣得有味”!儿时的记忆令我腾地跃起,坐定一想,霍然开朗,不就是一个可转动的葫芦吗!于是,我起床提笔取纸,画出一个节点来……源于梦中,得之梦中,实乃 “梦之节点”。

多功能万向玻璃幕墙支撑结构是由1054个方向可调的球头连接转盘,与钢结构上挑出的1054条牛腿相连,这样,玻璃通过铰接形式支承在铝合金梁上,光滑拟合了椭球曲面。在节点的选材上,综合考虑安全和美观的要求,主受力件球头螺栓采用高强合金钢40Cr,型号为316的不锈钢连接转盘按不同角度分成12类。铝合金梁采用6061T6,表面进行氟碳喷涂处理。

开始,我把不锈钢连接转盘球形连接件分开两件零件组成,以适应横向与竖向的角度变化,而且开模具做出了样板,拿到大剧院屋面使用在模型上了。共要用1054套,有12种角度。又想了一两周,为了结构更安全,我把它分为13种,每种相差1度,虽然多花一点钱做模具,但这样可以使构件的构造更坚固,效果更好。

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