浮动可旋玻璃幕墙系统的介绍

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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!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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