(3)上海市K11購(gòu)物中心，自由曲面采用變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）鋼結(jié)構(gòu)截面焊接節(jié)點(diǎn)，玻璃幕墻為全隱框形式。采用的是德國(guó)Seele系統(tǒng)。玻璃板塊之間夾角變化幅度不大，通過隱框中空玻璃玻璃中空空氣層內(nèi)嵌壓塊的設(shè)計(jì)處理，有效減少玻璃完成面到鋼結(jié)構(gòu)表面之間的距離，是鋼結(jié)構(gòu)和幕墻系統(tǒng)完美的一次結(jié)合。

　　(4)上海市徐家匯中心項(xiàng)目天幕采用是美國(guó)Novum公司系統(tǒng)，其前身是MERO系統(tǒng)。自由曲面為全鋼結(jié)構(gòu)螺接系統(tǒng)，玻璃系統(tǒng)為專用夾鋁合金板（詞條“鋁合金板”由行業(yè)大百科提供）點(diǎn)支撐系統(tǒng)。考慮到角度變化范圍不大，僅僅通過少數(shù)鋁合金夾具開模便可形成復(fù)雜的造型表面。

　　2.3 小結(jié)

　　通過上面的介紹，自由曲面玻璃系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問題的玻璃單元板塊面面之間夾角問題。設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)在BIM的工具下建立全結(jié)構(gòu)模型，經(jīng)過編程，將板塊之間的夾角信息統(tǒng)計(jì)和分類。確定構(gòu)造系統(tǒng)選擇的基本方向。

　　建筑表皮的形式也是一個(gè)重要考慮因素，是全隱框、半隱框、明框還是點(diǎn)支撐系統(tǒng)，均要和建筑設(shè)計(jì)師進(jìn)行深入的交流。上述四種玻璃系統(tǒng)的特點(diǎn)羅列如下，根據(jù)具體項(xiàng)目的要求對(duì)號(hào)入座，然后進(jìn)行再發(fā)展。

　　3 世博博物館玻璃系統(tǒng)

　　3.1 歡慶之云表皮設(shè)計(jì)[2]

　　(1)建筑形態(tài)簡(jiǎn)介

　　“歡慶之云”造型取云的形態(tài)所代表的未來、開放、瞬間的寓意，整體形態(tài)簡(jiǎn)潔流暢，在建筑底部以三條云柱扭轉(zhuǎn)收分，形成逐級(jí)上升的動(dòng)勢(shì)，具有強(qiáng)烈的未來感。在建筑中部，云柱扭轉(zhuǎn)展開，并相互聯(lián)系，逐漸于建筑頂部形成一個(gè)完整的曲線流暢的“歡慶之云”輪廓。整體“歡慶之云”形體以輕型鋼架支撐整體結(jié)構(gòu)，在幕墻細(xì)部處理上以三角折面的透明玻璃、彩釉玻璃形成漸變的立面肌理效果，與“瞬間”的設(shè)計(jì)概念相符合，也成為了整體建筑的中心。整個(gè)單體高34.8米，寬56.6米，長(zhǎng)75.8米，建筑玻璃表皮面積約8242平方米。共3982個(gè)三角形玻璃單元板塊。

　　其中“歡慶之云”為單層異形網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)工程，以矩形鋼為主要支撐結(jié)構(gòu)截面，截面大小為80*180~300的矩形管，大部分焊接節(jié)點(diǎn)，部分為鑄鋼節(jié)點(diǎn)。根據(jù)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程等相關(guān)規(guī)范要求，按照單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)控制屋蓋結(jié)構(gòu)短向跨度1/400 控制荷載標(biāo)準(zhǔn)值下的結(jié)構(gòu)撓度（詞條“撓度”由行業(yè)大百科提供）。工程施工時(shí)采取滿堂支撐施工，當(dāng)整體結(jié)構(gòu)剛度完全形成后再進(jìn)行卸載后方可安裝幕墻。

　　(2)表皮數(shù)字化工作

　　表皮設(shè)計(jì)工作首先需要如何將三角形玻璃的數(shù)量、形狀大小、空間定位等物理數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和表達(dá)，為深化設(shè)計(jì)提供前提條件。此部分工作由建筑師和三維軟件程序員共同開發(fā)完成。借助rhino等軟件控制形體準(zhǔn)確，在拉出形體大致輪廓后，借助插件grasshoper進(jìn)行規(guī)整化處理，再利用python高級(jí)程序語言將云幕墻部分展開至平面，導(dǎo)出表格進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

　　實(shí)際上，通過計(jì)算機(jī)輔助，可將云不同部位的相鄰板塊之間的法線夾角、板塊面積大小、板塊邊長(zhǎng)、板塊空間坐標(biāo)定位、板塊數(shù)量和面積等數(shù)據(jù)全部統(tǒng)計(jì)成Excel表格，便于下一步分析和研究。

　　通過幕墻設(shè)計(jì)專業(yè)的介入，對(duì)板塊分格須進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，主要考慮在滿足建筑效果的前提條件下，針對(duì)玻璃生產(chǎn)的工藝性、經(jīng)濟(jì)性，以及幕墻規(guī)范的適應(yīng)性進(jìn)行再次劃分，主要優(yōu)化原則如下：

　　1) 中空節(jié)能玻璃通常尺寸2400x3600，超出尺寸范圍造價(jià)高很多，調(diào)整所有板塊尺寸控制在此范圍內(nèi)，并保證一塊原件的最大利用率，降低造價(jià)。

　　2) 三角形玻璃銳角角度小于30度無法加工，采用均質(zhì)化迭代處理，減小過于尖角玻璃的數(shù)量。

　　3) 立面和屋面玻璃分格劃分進(jìn)行多次迭代計(jì)算得到的網(wǎng)格每塊板塊尺寸近似相同，這樣的網(wǎng)格劃分空間效果均勻，同時(shí)也簡(jiǎn)化了幕墻及鋼結(jié)構(gòu)后期施工過程，降低造價(jià)。

　　4) 采光頂規(guī)范JGJ255，規(guī)定采光頂玻璃板塊面積2.5平方米上限，嚴(yán)格控制分格尺寸和超過數(shù)量，并做好安全加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

　　5) 上海市地規(guī)DGJ08-56，規(guī)定單層鋼化玻璃板塊在4.5平方米的上限，嚴(yán)格控制分格尺寸。

　　6) 上海市地規(guī)DGJ08-56，控制開啟扇面積1.8平方米上限，嚴(yán)格控制開啟扇分格尺寸。

　　7) 建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ113，對(duì)于室內(nèi)抗人體沖擊規(guī)定了不同厚度玻璃的最大許用面積，嚴(yán)格控制分格尺寸。

　　8) 對(duì)于防火、防雷、虹吸排水等其他專業(yè)的要求進(jìn)行劃分上的微調(diào)。

　　板塊優(yōu)化需要一個(gè)較長(zhǎng)的反復(fù)過程，它涉及到建筑師的效果追求，玻璃的生產(chǎn)工藝，規(guī)范的安全要求，項(xiàng)目成本上的控制等眾多方面的影響。

　　3.2 三角形玻璃板塊設(shè)計(jì)

　　三角形玻璃板塊遍布項(xiàng)目單體表皮，分布在采光天頂、立面、吊底，具有空間任意多角度形態(tài)的特點(diǎn);對(duì)于空間異形體主要考慮兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，一個(gè)是如何使用合理的構(gòu)造和優(yōu)化后采用合理且較少的模具種類完成平面內(nèi)從陰角90度到陽角90度的板塊造型變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑表皮空間造型的控制;另外一個(gè)是玻璃系統(tǒng)對(duì)于主體異型網(wǎng)殼鋼架結(jié)構(gòu)的變形平面內(nèi)、外的變形適應(yīng)性的設(shè)計(jì)，同時(shí)要兼顧板塊重力等安全問題。

　　經(jīng)過研究，我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)A將板塊的夾角變化的功能落實(shí)在玻璃附框的圓弧形模具上面，三角形玻璃板塊系統(tǒng)采用的是連續(xù)外部點(diǎn)壓多點(diǎn)固定的方式，它的適用特點(diǎn)為表皮玻璃板塊之間的夾角變化范圍不大(圓弧形模具可調(diào)角度有限)，一般適用于坡度不大采光頂或斜立面角度變化不大的幕墻立面系統(tǒng)。但是當(dāng)遇到像本項(xiàng)目中相鄰板塊表面玻璃品種(厚度)不一致、角度變化范圍大、特別是有吊底玻璃面的時(shí)候，這種框架式的構(gòu)造形式難以勝任，甚至有安全隱患。實(shí)際上，本案還有一個(gè)特點(diǎn)是異型鋼網(wǎng)殼主體結(jié)構(gòu)平面內(nèi)、外的變形都較大，玻璃板塊支撐構(gòu)造上也需要特殊處理。

　　設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)又考察了系統(tǒng)C、系統(tǒng)D的相關(guān)項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)變形大、建筑找形角度變化的情況，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)一時(shí)間難以勝任。

　　必須要有一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思維來解決目前無已有案例借鑒的困境，通過研究和學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)表皮上所有的玻璃板塊在重力豎直方向上主要是靠?jī)煞N基本形狀的三角形板塊組成。

　　采用玻璃單元板塊形式，通過玻璃板塊單元之間角度的變化設(shè)計(jì)來解決整體造型不同角度變化的問題是可行的，如下圖21，將玻璃與附框做成單元體形式，玻璃單元與支座采用類似合頁構(gòu)造點(diǎn)支式固定到主體鋼結(jié)構(gòu)上，而板塊之間的夾角可通過板塊固定點(diǎn)鉸支約束構(gòu)造完成。

　　另外，從主體鋼結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)整理和編程計(jì)算，得到在荷載工況下玻璃相鄰板塊之間平面外變形數(shù)據(jù)，結(jié)合板塊之間硅酮密封膠設(shè)計(jì)寬度的伸縮極限，確定邊玻璃單元框型材開模的數(shù)量和種類，在適應(yīng)平面外的變形的同時(shí)，完成對(duì)建筑表皮找形的控制。

　　玻璃單元板塊本身由明框嵌槽，并采用結(jié)構(gòu)膠做安全保障，可保證玻璃與附框共同位移，將玻璃與附框之間的平面內(nèi)位移變形轉(zhuǎn)換到玻璃單元板塊與主體支座上面的位移變形，同時(shí)，根據(jù)重力原理，在三角形板塊上面設(shè)置兩種支座類型約束，確保幕墻系統(tǒng)的玻璃平面內(nèi)位移的適應(yīng)性。最后設(shè)計(jì)考慮的平面內(nèi)變形指標(biāo)可達(dá)1/100以上。如下圖：

　　如上圖，支座類型B也解決了板塊的重力問題，支座類型A用以解決平面內(nèi)變形問題，由于板塊和支座轉(zhuǎn)接件（詞條“轉(zhuǎn)接件”由行業(yè)大百科提供）之間采用軸銷鉸接，可使玻璃板塊位于空間任何位置仍然保證足夠的安全性，適用于全工況情況。

　　3.3 小結(jié)

　　對(duì)于三角形玻璃空間幕墻的設(shè)計(jì)，由于空間任意角度的關(guān)系，在設(shè)計(jì)思路上需要另辟蹊徑。首先研究主體結(jié)構(gòu)類型以及全工況下變形對(duì)于幕墻表皮的影響;對(duì)于玻璃形態(tài)和建筑找形的要求須依靠BIM技術(shù)，根據(jù)單塊玻璃的形狀考慮重力設(shè)計(jì)，通過建筑設(shè)計(jì)對(duì)外表面的明框、隱框、點(diǎn)式的表現(xiàn)形式要求，選擇設(shè)計(jì)系統(tǒng);重點(diǎn)分析相鄰玻璃板塊之間平面內(nèi)外變形的規(guī)律，確定系統(tǒng)構(gòu)造。

　　4 總結(jié)

　　一些特定的城市標(biāo)志性或文化建筑，需要辨識(shí)度較高的建筑表皮語言將其理念或思想進(jìn)行表達(dá)，建筑表皮在其中承擔(dān)著文化歷史傳承的重要作用。一些高端的商業(yè)建筑，需要特定的建筑符號(hào)進(jìn)行定位，以造成效應(yīng)凝聚人氣。這就要求幕墻設(shè)計(jì)和材料運(yùn)用有所突破，不得不承認(rèn)對(duì)于幕墻設(shè)計(jì)師來說，面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。本文通過目前國(guó)內(nèi)正開始流行的建筑表皮三角形自由曲面天幕系統(tǒng)的介紹，以及具有相當(dāng)代表性特定項(xiàng)目玻璃表皮幕墻系統(tǒng)的技術(shù)方案剖析，授人以漁，展現(xiàn)攻克技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)的過程，為行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步打頭陣，開辟新的思路。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] 董石麟，羅堯治，趙 陽; 大跨度空間結(jié)構(gòu)的工程實(shí)踐與學(xué)科發(fā)展，空間結(jié)構(gòu);2005.12.

　　[2] 上海世博搏物館 部分資料來源于 華東建筑設(shè)計(jì)研究總院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)

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