北京天文馆新馆玻璃幕墙及玻璃旋体设计与施工技术a

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1、北京天文馆新馆玻璃幕墙及玻璃旋体设计与施工技术来源:*作者:王德勤日期:2005-6-7摘  要  本文对北京天文馆新馆异形玻璃幕墙及采光顶、马鞍形玻璃通道和四个体形各异的玻璃旋体，在设计和施工中碰到的技术难题及解决方案作了详细的介绍，特别是对异形钢结构和不规则双曲面玻璃的加工制作以及特殊节点的外观作了阐述。    关键词  马鞍形玻璃通道；玻璃旋体；空间钢结构；双曲面异形玻璃    北京天文馆新馆的建筑位置位于北京市西直门外大街138号，总建筑面积22000平方米．是一个大型综合性天文馆。工程建筑设计由美国王弄极建筑师事物所和中国航天建筑设计研究院联合承担完成；玻璃幕墙设计和施

2、工由深圳市三鑫特种玻璃技术股份有限公司承担完成。(图1)图1  北京天文馆新馆北立面    建筑物由五层钢筋混泥土结构、钢结构玻璃幕墙及采光顶、马鞍形玻璃通道和四个各具象征意义的玻璃旋体组合而成。在四个玻璃旋体内部分别布置多功能厅、动感影剧院、天文观测台等功能建筑。在建筑物中部设置了一个由异形玻璃拼接的马鞍形玻璃通道贯穿整个建筑，将北立面的玻璃幕墙和南立面的石材幕墙连接。其建筑创意新颖、造型别致、层次分明，用玻璃与钢结构的有机结合体现了过去与未来、艺术与自然的和谐统一。本工程为北京市六十项重点工程之一。    在本工程玻璃幕墙和玻璃旋体的设计与施工过程中，我们严格按照建筑师的原创

3、意图和精神，力求用最先进的加工手段和最精确的工艺技术将建筑设计意图完美的表现出来，使整个建筑成为一个精湛的艺术品。    玻璃工程分成三个主要部分：北立面幕墙以及采光顶、马鞍形玻璃通道、四个空间钢结构玻璃旋体。无论从设计和施工的技术难度都超乎想象。    1、北立面玻璃幕墙和采光顶    北立面玻璃幕墙由于建筑节能要求，玻璃采用8mm(钢化)+12A(中空)  +8mmLow—e(钢化)玻璃，玻璃基本分割尺寸3000mmXl000mm。幕墙按横明竖隐构造。同以往幕墙结构系统不同，横向由T型钢龙骨支托，既作为外视横线条也作为玻璃面板的水平支承结构。在建筑物北立面幕墙与东、西立面幕墙

4、的衔接过渡处是由两段不同半径的弧面衔接过渡，避免通常情况下的直角衔接；在幕墙的西侧局部为球型玻璃表面，而球面与平面衔接处为平滑过渡的空间三维曲面，设计、加工及安装难度均为国内幕墙业所不多见。整个建筑物线条流畅合理，与周围建筑物益显和谐。(图2)图2  北立面局部图 北立面幕墙结构按9m跨度布置18根中800mm直经的钢管柱，为适应玻璃幕墙的艺术造型，在18根直径为φ800mm、高度为30m，每根重量为9．9吨钢立柱中就有8根为弯曲钢柱。由于钢管的直径太大，弯曲孤线要求精度高，又是每根弯曲弧线不一致，给加工制作和现场安装造成了很大的难度。经技术人员、施工人员多次试验，克服了各种困难

5、，最后采用方案是：在后场分级热弯剪裁成型；在现场放样逐级校正的办法。图3  北女面钢结构内视    在安装过程中采用了全站仪三维坐标放样法与直角坐标空间定位结合的方案进行定位放线，同时将数据输入电脑，依靠专用程序进行跟踪校核，并随时调整以保证安装的准确度，确保了钢结构施工的顺利完成。结构计算采用先进的ANSYS有限元计算软件，整体建模分析在受到100年一遇的最大风荷载时的安全性能同时又分别对幕墙进行结构静力计算和地震反应谱分析。见图5，分析计算模型图。图4  北立面钢结构图5  有限元整体计算模型图为达到立面通道的效果，在柱与柱之间的支承结构上我们采用了9m跨的变载面水平玻璃肋作

6、为玻璃幕墙受风荷载的主要支承结构，用横向玻璃肋与钢方通的组合结构支撑着有横向线条的立面玻璃，用~12mm的钢拉杆来保证玻璃肋的平面外稳定，这在国内是首次使用的。为确保安全，玻璃肋采用25．52mm的双钢化夹胶玻璃，用不锈钢夹板连接，并通过运用ANSYS软件作整体计算和幕墙三项性能实体试验证明，该结构安全、合理。    图6  北立面横向玻璃肋    采光顶采用隐框作法，玻璃为中空钢化夹胶玻璃。排水坡度为3％。根据建筑物的功能要求设置13个电动通风排烟窗。为避免夏季阳光的过度照射，在采光顶的室内我们设置了玻璃遮阳百页。合理的节点设计和材料组合保证幕墙的功能要求。(见图7)    2

7、、马鞍形玻璃通道    在建筑物中部设置了一个由曲形钢结构支撑，用360片不同尺寸规格的双曲面热弯夹胶玻璃拼接的马鞍形玻璃通道。贯穿整个建筑，将北立面的玻璃幕墙和南立面的石材幕墙连接。它的特殊之处在于极具创造性的利用钢结构和双曲面玻璃组成连续的马鞍形空间双曲面。(见图8)、(见图9)图7  采光顶外视图图8  双曲面马鞍形玻璃通道在南、北立面的马鞍通道人口处，由于外形和玻璃分割线所限，使钢结构龙骨的加工和玻璃的加工安装碰到很大的难题。固定玻璃的次龙骨是曲线形，而固定玻璃的槽口又要