隐框玻璃幕墙与球形网架结合的设计施工

肖进文

摘 要：随着社会的发展和技术的不断发展更新，建筑幕墙的造型也越来越复杂，许多新式的幕墙结构不断出现，球形隐框玻璃幕墙就是其中比较有代表性的一种结构。本文就隐框玻璃幕墙与球形网架结合的设计施工问题进行了一些探讨。

关键词：球形采光顶；玻璃幕墙；设计；施工

中图分类号：TU382 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0030-02

引言

网架结构在建筑中经常使用，网架的种类比较多，球形网架是其中的一种。其最早在20世纪60年代由美国的设计师富勒设计，经过几十年的发展球形网架结构已经在许多建筑物中得到了广泛的应用。在建筑中采用球形网架结构可以实现用较少的材料构建较大的建筑空间。为了使设计的建筑外形比较美观漂亮，同时拥有比较好的采光条件，通常将球形网架结构与隐框玻璃幕墙的设计相结合，以保证建筑物的使用性能。

1 隐框玻璃幕墙介绍

隐框玻璃幕墙，顾名思义就是指在立面上看不到型材的格栅，并不是玻璃幕墙没有框架。玻璃靠结构胶固定在隐于玻璃后的型材框架上。众多玻璃组合成一个整体。玻璃与玻璃之间缝隙较小，中间填充有密封胶，远看就像整块玻璃一样。图1是隐框玻璃幕墙的结构断面示意图，图2是隐框玻璃幕墙立面示意图。隐框玻璃幕墙中玻璃的自重与风压等外荷载完全靠结构胶传递给框架，对结构胶的强度与耐老化性能应有很高要求。并应定期检查结构变化，防止日久或在地震或风振作用下发生玻璃坠落。为保证隐框玻璃幕墙的安全。在设计、施工和使用维护中都应提出要求，结构胶的性能、打胶工艺、玻璃分块大小、胶的厚度、粘接面积、胶的相容性等都应有严格的规定。隐框玻璃幕墙在有些工程上，为了使其安装后的安全性更高，在垂直玻璃幕墙上经常采用金属连接件固定玻璃。

隐框构造方式在建筑幕墙设计和施工中虽然有着很多的优点，但也不可避免地存在一些不足，最主要的是该结构仍然需要依靠金属框的存在。因为玻璃本身是透明的，尽管金属框隐藏在玻璃的后面，但仍然会成为整个建筑造型的表现元素之一，在很大程度上影响玻璃造型的纯粹性。在很多情况下由于光线和视觉因素的影响，导致金属框架成为视觉的主体，影响幕墙结构中玻璃应体现出来的作用。在这种情况下，使使用玻璃造型的目标难以完美实现。

2 球形网架结构介绍

球形采光顶经常采用双层网架结构，其中外层为起装饰作用的网架，内层为其支承作用的网架，为了使设计的建筑方案简单易行，需要注意以下几点。

2.1 网架节点的连接方式

网架的节点系空间节点，杆件来自不同方向，而且汇集的杆件也较多。因此，网架节点的构造要远比平面桁架节点的构造复杂。好的网架节点必须要牢固可靠，对力的传递要简捷明确，同时在制作安装时要很方便，节省材料的用量；此外还应尽可能使制作安装完成后的节点受力状态符合进行设计时的假定条件，这对网架支座支点来说非常重要。国内的网架节点，因杆件截面形式的不同大致有：对于钢管网架一般采用空心球节点和螺栓球节点；用角钢制作的网架，则采用焊接钢板节点。构造焊接空心球节点系由两个半球焊接而成（也有铸钢空心球），为了提高球体的承载能力，可在两个半球中间加置—块环状加劲钢板，通称加劲肋。所以焊接空心钢球一般又分为加肋空心球节点和不加肋空心球节点两种，空心球的外径和壁厚应经过计算确定。球体除能够承受杆件传来的压力或拉力外，尚应保证球面上两相邻杆件之间留有不小于10～20mm的缝隙。螺栓球节点是通过螺栓将钢制杆件和钢球连接起来的节点，该种节点一般由钢球、锥头、螺栓、套筒及销子等结构构成（如图3）。节点零件需要用高强度的钢材制作，并且加工精度高、工序复杂、成本高，其优点是安裝方便、节省焊接工作量及、能够很好地保证网架的安装尺寸及安装质量。因此，在球形网架结构中节点的连接应采用螺栓球节点的方式进行。

2.2 球形网架的分格

球形网架的分格对保证球形网架结构的稳定性有重要的作用，应将网架结构与幕墙结构进行同样的分格，并且采用三角形的结构进行分格，使各杆件的高度差较小，各个杆件的夹角近似相等。这样可以便于以后安装过程的进行。各个网架构件与整体球形网架之间应有相等的弦切角，以方便控制圆形托板与铝龙骨之间的距离。

3 隐框玻璃幕墙与网架的连接

隐框玻璃幕墙与网架之间必须进行良好的连接，这是整个建筑施工的关键所在。在进行连接施工时，必须将球形网架节点上的托板作为基础，对连接钢板采用合适的施工方案进行焊接施工，在玻璃幕墙的铝龙骨插芯与连接钢板之间采用螺栓进行连接，一段固定，一段可滑动。连接钢板、龙骨插芯等部件需要严格按照设计尺寸进行加工组装，在滑动端进行配切，这样可大大提高工作效率及施工质量。

根据结构特点和施工现场特定条件，通过对网架组装滑移全程的空间受力与变形的动态分析，在具体施工时设计制定了“三边支撑开口边反梁加固的网架累积滑移施工”的方案（如图4）。具体施工方案如下：在对网架单元进行拼装的操作架上设置承重滑道，其宽度应与操作宽度的长度相等，这样使拼接工作始终处于简支状态；另外，通过在滑移开口边上的上弦增设反梁，使桁架的高跨比比较合理，这样有利于减小跨中变形。该方案实施过程中，使用计算机对上述措施进行验证，结果满足总体施工方案要求，并且降低了施工成本。

图4 网架累积滑移法示意图

为了保证安装过程的顺利进行，需要对托板的结构进行认真设计，尤其是托板的形状及半径。球形网架同一节点处的各杆件长度、杆件数量及杆件间的夹角均不统一，若设计成非圆形状时，不仅需要对各层托板进行编号，而且同时还需要对安装方向进行注明，增大了施工的难度，而设计成圆形可以有效地解决这个问题。在设计托板的半径时应遵循一定的原则，即所设计的托板半径应能够在铝龙骨安装完成以后，连接钢板在托板内的垂直方向上不能发生外露现象。

球形隐框玻璃幕墙的施工过程与普通的隐框玻璃幕墙基本一样，但是由于球形网架是一个独立体，网架节点相对独立，没有定位轴线存在。因此可以利用CAD进行等比例放样，以尽量减少各个节点间的施工误差。此外，由于幕墙面材与铝龙骨之间可以灵活进行拆卸，因此幕墙板块可以根据实际情况进行灵活安装。

4 结语

将球形网架与隐框玻璃幕墙进行结合，是现代建筑设计与施工的一大趋势。本文对隐框玻璃幕墙及球形网架的特点进行了一些介绍，并探讨了球形隐框玻璃幕墙施工的一些问题及对策，希望能为相关从业人员提供一些有益的参考。

参考文献

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