立润富达广场项目异形曲面采光顶设计分析

杨青龙

摘要：随着社会经济和科学技术的发展，建筑的外观也越来越富有表现力，相比较传统建筑的外立面，现代建筑立面越来越活跃和自由，曲面异形的外观成为建筑师经常表达的建筑形式。本文对立润富达广场项目曲面采光顶异形曲面系统的重难点进行分析，并提出切合实际的施工工艺和解决方案。

关键词：曲面异形;采光顶;连接设计

一、工程概况

本项目位于广东省深圳市南山区南头街道。幕墙总面积12万平方米。其中采光顶位于裙房顶，整个采光顶由多个曲面组成，整体效果呈现为水波状，由形状不一的三角形玻璃面板拟合而成。玻璃采用钢化中空夹胶玻璃，龙骨为铝合金型材。

二、工程特点

该异形曲面采光顶系统由一个个三角形板块拼接而成，在交接处一共有6个板块交汇，最关键的位置就是6根杆件的汇交处的连接，因为采光顶为异形曲面，所以在交汇处的6块玻璃面板也不在同一平面内，相交处的杆件连接就要求可以在一定角度内转动。

三、交汇点连接设计

连接设计需要解决空间杆件不同角度的转动所造成的设计、加工、安装上的困难。一般多点汇交的连接点都是在同一平面上的，可以在一个平面内不同角度里转动，但是无法实现空间中不同角度的转动。如米兰Mero系统、德国Gatner系统、南京牛首山佛顶宫等。这些系统都只能绕着中间的圆环平面内转动调节，不能在圆环轴向平面内转动。

本工程的连接设计参考了上述几种系统的连接方案，总的思路就是中间一个圆环，这样可以满足平面内不同角度的调节，只需在此基础上再增加轴向转动调节的构造即可。参考耳板的连接构造，在连接钢板处用销轴连接，就解决了轴向调节的问题。同时我们通过三维建模发现在同一个交点处的玻璃面板存在高低差，所以还需要能调节高低的一个构造。最终进过反复设计，实物如下图所示。

四、连接节点的受力分析

交汇处的连接节点设计转接件多。需从传力途径一个一个零部件进行分析。传力途径为：龙骨通过螺栓传递集中力到连接耳板，耳板和带滑槽的耳板之间通过螺栓传递荷载，带滑槽的耳板又通过机械连接卡槽卡到带槽连接件，带槽连接件通过机制螺丝连到十字形连接件，十字形连接件直接通过十字件卡到定制调整支座上。力的作用点放在耳板的连接销轴上，计算各个零件时力都在这个位置。

由上所示，连接横梁的螺栓受力有偏心，螺栓需要计算抗剪及铝型材的局部承压;耳板的连接销轴应按钢结构设计标准GB50017-2017，11.6销轴连接的构造要求进行设计及计算。

这种连接节点，除了构造和公式验算要满足规范要求外，还应采用有限元软件进行节点受力分析。通过对各个零件的受力分析，可以注意到节点设计中哪些部位应该局部加厚。还有螺栓连接，耳板销轴连接设计时，都应满足钢结构设计的构造要求。

五、连接设计的其他问题

采光顶为不规则曲面，玻璃面板之间不共面，玻璃接缝处的角度多样。所以连接的副框需要有一定角度的调解空间，副框设计成类似合页状的，适应不同角度板块的安装。玻璃与玻璃接缝隐框处理，接缝用硅酮耐候密封胶填充，玻璃表面不会形成明显的台阶，可以进行无障碍排水，且胶缝质量容易控制，防水性能及外观效果可以大大提高。

六、结束语

从上面异形曲面采光顶的设计方案介绍，可以看到曲面玻璃的设计重点是解决6个龙骨交汇点的连接设计。节点方案需要综合考虑调节、加工、安装等因素，才能实现建筑应有的功能和效果。本文设计的连接节点可以左右转动，上下调节，以及轴向平面内转动，适用于类似的不规则不共面的多桿件连接节点。在节点设计时还需根据结构计算校核，对连接节点的局部壁厚进行加强处理。对类似三角形玻璃空间幕墙的设计，需各个玻璃板块形状进行分析归类，在满足规范要求的前提下进行优化调整。

参考文献：

[1]GB/T21086-2007建筑幕墙.中国建筑工业出版社，2007：5-8.

[2]JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范. 中国建筑工业出版社，2003：14-17.

[3]JGJ133-2001金属与石材幕墙工程技术规范.中国建筑工业出版社，2001：11-13.

[4]DGJ08-56-2012上海市建筑幕墙工程技术规范.上海市建筑建材业市场管理总站，2012：54-62.

[5]赵西安.《建筑幕墙工程手册》.中国建筑工业出版社，2002：45-46.

[6]田宗远，张丽新 异形曲面单层网壳系统采光顶汇交点设计

[7]陈峻 特型（异形）幕墙工程设计分析——上海市世博博物馆自由曲面玻璃表皮设计