異形雙曲面玻璃的加工采取每片玻璃對(duì)應(yīng)一個(gè)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(shí)按網(wǎng)格橫線條的曲度將鋼管彎曲成形。每隔100mm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(guò)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(guò)嚴(yán)格的對(duì)加工制作、現(xiàn)場(chǎng)安裝每道工序控制，解決了一個(gè)又一個(gè)的技術(shù)難題，一個(gè)由360個(gè)鋼模具加工出來(lái)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(dá)到了建筑效果的要求。
2.2、玻璃旋體 異形幕墻
四個(gè)各具特色空間玻璃旋體的共同特點(diǎn)是，在豎向坐標(biāo)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(biāo)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1000mmx1000mm。四個(gè)空間玻璃旋體的的玻璃面板組合，都采用了上下玻璃板塊對(duì)接，左右片錯(cuò)位搭接的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的建筑藝術(shù)效果。(如圖2.2-a、b、c、d)
1號(hào)玻璃旋體的最大直徑為24m，最小直徑為15.8m，總高度34m。玻璃為上下兩點(diǎn)支承，玻璃之間為開(kāi)縫式，上下玻璃板塊對(duì)接，左右玻璃板塊錯(cuò)位搭接的連接方式，玻璃安裝在旋體空間鋼結(jié)構(gòu)的外側(cè)。(如圖2.2-a、)
2號(hào)玻璃旋體的最大直徑為25m，最小直徑為19.5m，總高度為34m，玻璃為上下兩點(diǎn)支承，玻璃之間為開(kāi)縫式，上下玻璃板塊對(duì)接，左右玻璃板塊錯(cuò)位搭接的連接方式。玻璃板塊安裝在旋體空間鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。(如圖2.2-b)
3號(hào)玻璃旋體的截面為大、小兩個(gè)圓相交，并分為室內(nèi)、室外兩個(gè)部分。大圓最大直徑18m，小圓最小直徑13m，總高度為38.5m;玻璃板塊均為四點(diǎn)支承。玻璃板塊之間采用了上下玻璃板塊對(duì)接，左右玻璃板塊錯(cuò)位搭接的連接方式，在板塊之間打膠處理使之形成閉縫式連接。在室內(nèi)的玻璃采用鋼化夾膠玻璃，室外為中空鋼化玻璃。在3號(hào)旋體的頂部也就是在屋面的上面設(shè)置了點(diǎn)支式斜面玻璃采光頂。(如圖2.2-c)
4號(hào)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(diǎn)支承，玻璃之間為開(kāi)縫式，上下玻璃板塊對(duì)接，左右玻璃板塊錯(cuò)位搭接的連接方式，玻璃安裝在旋體空間鋼結(jié)構(gòu)的外側(cè)。(如圖2.2-d)
空間玻璃旋體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工難點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)空間組合的任意性. 共計(jì)320根體形各異的鋼管需要進(jìn)行空間三維加工,其中主管為φ159X6mm，次管為120X60X5mm矩形管，結(jié)構(gòu)與玻璃板面是通過(guò)不銹鋼爪（詞條“鋼爪”由行業(yè)大百科提供）件連接，安裝精度要求極高。在6200個(gè)玻璃安裝點(diǎn)上，每個(gè)點(diǎn)的尺寸誤差都必須控制在±2mm之內(nèi)。
在3號(hào)旋體玻璃與結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員對(duì)多個(gè)方案的反復(fù)論證，并經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)解決了玻璃板塊之間采用上下玻璃板塊對(duì)接，左右玻璃板塊錯(cuò)位搭接的連接方式，在板塊之間打膠處理使之形成閉縫式連接的特殊雙層玻璃點(diǎn)駁接節(jié)點(diǎn)也叫“雙頭連接駁接頭”。解決了這一難題，該節(jié)點(diǎn)還申請(qǐng)了國(guó)家實(shí)用新型專利，為這類連接形式找出了路子。(如圖2.2-e、f)
為解決技術(shù)難題，在設(shè)計(jì)中根據(jù)工程特點(diǎn)發(fā)明了新的節(jié)點(diǎn)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(duì)本工程設(shè)計(jì)的特殊節(jié)點(diǎn)。既解決了設(shè)計(jì)于施工難題又滿足了建筑造型的要求。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分利用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立四個(gè)旋體的空間模型，對(duì)旋體的每一條桿件（詞條“桿件”由行業(yè)大百科提供）都進(jìn)行靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析.確保結(jié)構(gòu)的安全性。
由于造型的需要在1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)玻璃旋體上玻璃板塊為上下兩點(diǎn)支承，玻璃之間為開(kāi)縫式，上下玻璃板塊對(duì)接，左右玻璃板塊錯(cuò)位搭接的連接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)玻璃旋體的雙曲面造型。由于玻璃板塊與旋體的空間鋼結(jié)構(gòu)的連接是采用在玻璃板塊的中部固定的,用玻璃板塊的上、下兩點(diǎn)來(lái)支承板塊所受的荷載。這種連接方式雖然能解決了玻璃板塊自重和水平荷載的傳遞。(如圖2.2-h、i)
但同時(shí)又出現(xiàn)了板塊平面外不穩(wěn)定的問(wèn)題。為了能在不增加結(jié)構(gòu)連接件的情況下，解決玻璃板塊平面外固定的問(wèn)題，我們專門為該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了玻璃面板卡扣式連接節(jié)點(diǎn)，也叫“雙層玻璃定位夾”。 (如圖2.2-g)
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(jué)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(jì)中采用專用3D建模軟件，準(zhǔn)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(jì)和加工工藝的精確度;工廠加工時(shí)采用了三維剛性胎模控制、檢測(cè)幾何尺寸保證每根鋼管的空間彎曲度;現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)將每根鋼管的電腦定位座標(biāo)用全站儀三維空間定位，再用激光經(jīng)緯儀配合跟蹤測(cè)量，以確保玻璃安裝時(shí)準(zhǔn)確無(wú)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(xiàng)新工藝、新材料、新技術(shù)，其難度之大精度之高為國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)和幕墻的設(shè)計(jì)、安裝所不多見(jiàn)的，其中許多地方都打破了常規(guī)，為國(guó)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(yàn)。
3、結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái)，異形建筑和異形幕墻在國(guó)內(nèi)有了快速的發(fā)展，這就為這些特殊幕墻節(jié)點(diǎn)的使用提供了一個(gè)更大的空間，對(duì)幕墻工程師們?cè)谀粔?jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上提供了一個(gè)又一個(gè)的新的富有挑戰(zhàn)的課題。總結(jié)和介紹經(jīng)過(guò)十年考驗(yàn)北京天文新館項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和使用情況，目的在于為今天的幕墻工程師們?cè)诋愋文粔Φ墓?jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中提出一個(gè)借鑒的方案。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》，中華人民共和行業(yè)規(guī)范, JGJ102-2003
[2] 王德勤，《北京天文館新館幕墻結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)》，鋁門窗幕墻論文集，2005
[3] 王德勤，《北京天文館設(shè)計(jì)與施工技術(shù)》，建筑技術(shù)，2005-9期
[4] 王德勤，《異型玻璃幕墻工程施工測(cè)量技術(shù)探討》，中國(guó)建筑裝飾裝修，2005
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建設(shè)單位：北京天文館新館建設(shè)工程業(yè)主委員會(huì)
設(shè)計(jì)單位：中國(guó)航天建筑設(shè)計(jì)研究院
建 筑 師：呂琢
幕墻形式：雙曲面玻璃幕墻
工程概況：位于北京西外大街，采用輕鋼結(jié)構(gòu)半
