现代全玻璃建筑、采光顶及雨篷.pdf

1、第十七篇 ! 现代全玻璃建筑、采光顶及雨篷!“ 世 纪 世 界 建 筑 的 一 个 重 大 进 展 就 是 玻 璃 材 料 从 传 统定 位 为 建 筑 构 件 到 现 在 的 结 构 构 件 ； 与 此 同 时 ， 钢 结 构 从 承重 结 构 发 展 为 艺 术 钢 结 构 ， 钢 结 构 除 了 承 重 功 能 外 还 可 以作 为 装 饰 品 来 使 用 ； 新 型 玻 璃 装 配 技 术 （ 胶 缝 连 接 ， 点 式 玻璃 装 配 等 ） 的 大 量 使 用 ， 改 变 了 用 镶 嵌 槽 夹 持 固 定 玻 璃 的 传统 方 法 ， 这 三 股 潮 流 的 汇 合 诞 生 了 现

2、 代 全 玻 璃 建 筑 。 它 融建 筑 技 术 、 建 筑 艺 术 、 建 筑 功 能 于 一 体 ， 掀 开 了 建 筑 史 上 新篇 章 。近 年 来 ， 我 国 和 世 界 其 他 地 区 都 建 造 了 一 大 批 融 建 筑技 术 、 建 筑 艺 术 、 建 筑 功 能 于 一 体 的 现 代 全 玻 璃 建 筑 ， 以 及新 型 采 光 顶 和 雨 篷 。 本 篇 介 绍 几 个 在 国 内 、 国 际 均 有 影 响的 现 代 全 玻 璃 建 筑 。!#第一章 ! 国家大剧院国家大剧院（图 “ #“）位于北京天安门地区人民大会堂西侧，西长安街南侧，占地面积 “$ %88 厚

3、木 质 胶 合 板 作 为 模 板 ， 通过 在 模 板 背 面 木 工 字 梁 和 槽 钢 背 楞 间 加 设 不 同 厚 度 的 楔 形 木 垫 块 ， 使 模 板 板 面 呈 要 求 的弧 度 ； 曲 率 半 径 !8“= ?#8 的 弧 形 墙 体 主 要 采 用 曲 线 可 调 模 板 体 系 ； 曲 率 半 径 = ?!8的 弧 形 墙 体 由 于 曲 率 较 大 ， 采 用 全 钢 定 型 曲 率 大 模 板 。（ #） 双 曲 面 楼 板 的 曲 率 较 小 且 不 规 则 ， 采 用 微 积 分 方 法 ， 以 平 面 代 替 曲 面 的 模 板 施 工方 案 。（ !） 曲

4、 线 楼 梯 模 板 采 用 988 厚 木 质 胶 合 板 ， 按 照 9 9 比 例 场 外 放 样 加 工 制 作 。音 乐 厅 内 有 #; 根 椭 圆 形 劲 性 柱 ， 每 根 劲 性 柱 上 有 一 多 曲 面 弧 形 灯 光 孔 ， 整 个 灯 孔 形状 极 不 规 则 ， 所 有 的 面 均 为 双 曲 面 ， 选 用 在 高 温 环 境 下 极 易 成 型 、 价 格 较 适 中 的 玻 璃 钢 模板 ， 并 在 模 板 内 加 入 小 方 钢 龙 骨 ， 整 个 模 板 成 型 后 ， 模 板 表 面 光 滑 、 尺 寸 准 确 、 刚 度 大 变 形微 小 、 受 力

5、均 匀 、 重 量 轻 、 为 多 曲 面 弧 形 灯 光 孔 施 工 提 供 了 保 证 。国 家 大 剧 院 工 程 三 大 剧 院 的 核 心 均 设 计 有 大 型 的 自 动 升 降 式 舞 台 ， 舞 台 通 道 为 超 高大 筒 体 结 构 ， 由 于 场 地 狭 小 ， 塔 吊 的 臂 幅 范 围 内 无 模 板 堆 放 场 地 。 采 用 简 体 内 侧 爬 升 模板 技 术 ， 既 保 证 了 质 量 、 安 全 、 又 提 高 了 施 工 效 率 。（ 9） 采 用 2ABC( 整 体 提 升 液 压 爬 模 系 统 ， 其 爬 升 机 构 具 有 自 动 导 向 、 液

6、 压 爬 升 、 自动 复 位 的 功 能 ， 架 体 与 导 轨 可 实 现 互 爬 。 模 板 采 用 维 萨 板 与 木 模 板 以 减 轻 重 量 。（ #） 筒 体 内 侧 爬 模 ， 其 四 个 阴 角 的 爬 架 设 计 是 一 个 难 点 ， 采 用 设 浮 点 机 位 的 方 法 ， 保证 了 爬 架 顺 利 爬 升 。（ !） 为 确 保 爬 模 架 升 降 安 全 ， 采 用 了 可 靠 的 D 型 钢 导 轨 与 带 有 凸 轮 摆 动 块 爬 升 箱 的新 型 升 降 机 构 ， 并 专 门 设 置 了 楔 块 锁 紧 钢 绞 线 的 防 坠 装 置 。国 家 大 剧

7、 院 戏 剧 院 工 程 从 7:“ ( 7 E96“ #F(8， 先 后 需 要 安 装 ， 焊 接 钢 管 混 凝 土 柱# 根 ， 钢 管 钢 材 采 用 耐 火 耐 候 钢 （ 牌 号 为 GH29(%#） ， 管 壁 厚 9#88， 所 有 钢 管 柱 内 主 筋!#， 柱 中 均 浇 筑 %6( 高 强 混 凝 土 。国 家 大 剧 院 工 程 施 工 的 特 点 和 难 点 ：6#:（ !）设计单位分层提供图纸，外观成品保护要求严格。（ “）钢管柱吊装精度要求高，外观成品保护要求严格。（ #）钢管柱与梁节点存在“一字”、“丁字”和“十字”三种形式，梁剪力连接件的腹板穿过钢管。（

8、$）梁部分纵筋也穿过钢管，施工难度较大。国家大剧院工程施工的主要措施：（ !）钢管柱分层安装，每层柱由柱体和连接管两部分组成，现场内衬坡口焊连接。（ “）在预埋钢板上表面放出钢管柱位置线及十字控制线。同时放出上层“一字”或“丁字”或“十字”梁中心线和边线，用以控制连接节的就位，调整剪力连接件朝向角度。（ #）钢管柱固定采用方木柱箍及调节托结合，可使钢管柱固定架与操作架彻底分开，又可以灵活地调节垂直度。（ $）使用全站仪并配合经纬仪、水准仪及大磁力线坠进行三维高效测量定位，以确定钢管柱水平位置和垂直度。（ %）钢管柱与梁板连接节点处理：梁纵筋与钢管柱的连接原则为梁纵筋无法绕过时，或贯通或锚入钢管

9、柱；板钢筋与钢管柱连接原则为板筋绕过钢管柱或与钢管柱外壁坡口采用钢管托板焊接。（ 5（约 %+5） 0,12模拟北京地区极强降雨强度（ !5） 0912$ $ 0%12标准打击器 ,12$ $ 注：计权撞击声压级 3456 /一外界物体直接撞击到屋面上，在室内能听到的声音量。（ #）防雷设计及防雷设计审核!）防雷设计主要是根据闪电理论及防雷的六大因素进行设计，必须考虑到防雷效果，对建筑物内部设备的保护，以及施工现实的问题。传统建筑物的避雷方式是采用富兰克林常规避雷导体或避雷地结合避雷网，但是金#9属 屋 面 的 金 属 板 较 薄 ， 无 法 安 装 高 大 沉 重 的 传 统 避 雷 针 。

10、 设 计 中 采 用 了 装 设 在 设 计 中 利用 每 隔 !“!# 环 状 贯 通 的 铝 合 金 导 轨 和 导 轨 间 的 铝 合 金 蘑 菇 头 作 为 避 雷 网 接 闪 器 。 经 $“%# 铝 镁 锰 合 金 防 水 板 接 入 的 雷 电 电 流 ， 通 过 增 加 导 电 接 触 点 的 方 法 导 入 钢 结 构 接 地 形成 可 靠 的 下 引 通 路 。!） 防 雷 设 计 审 核 ：依 据 建 筑 物 防 雷 设 计 规 范 进 行 审 核 ， 审 核 意 见 ： !大 剧 院 应 属 于 第 二 类 防 雷 建 筑物 ， 利 用 每 隔 !“ !# 环 状 贯

11、通 的 铝 合 金 导 轨 和 导 轨 间 的 铝 合 金 蘑 菇 头 作 为 接 闪 器 符 合 防雷 规 范 要 求 ； “从 导 轨 和 蘑 菇 头 到 主 体 钢 架 接 地 ， 由 数 万 个 螺 栓 连 接 ， 足 以 达 到 电 气 通 路要 求 ； #整 个 金 属 屋 面 的 金 属 牛 腿 放 在 基 础 的 金 属 导 轨 上 ， 可 使 屋 面 小 角 度 旋 转 。 由 于金 属 屋 面 的 巨 大 重 量 ， 使 两 者 间 能 达 到 电 气 连 通 ， 但 为 达 到 可 靠 的 电 气 连 通 ， 可 用 软 金 属线 跨 接 。北 京 市 避 雷 设 备 检

12、 测 中 心 认 为 国 家 大 剧 院 屋 面 防 雷 设 计 符 合 #），平面长约 #(“，分三个温度区段，中间段长 %(“。立面高呈弧形，中间高，两端低，中间最高桁架高约 $“。以下仅对中间区段结构（计算模型见图 # $）进行分析。%- 结构体系布置（ %）结构体系5$5图 ! “!# 立 面 （ 点 式 幕 墙 ） 效 果 图图 ! “$# 结 构 计 算 模 型主 体 结 构 采 用 单 片 抗 风 钢 桁 架 （ 图 ! “ %） ， 柱 距 9;/! :0，两种规范对风荷载标准值计算的公式均为： “?“描述为瞬时风压的阵风系数，取值为 !+ !%，其条文解释为/AB 平均风压转

13、换为 99#） #)%$%（ ,+()$%）,+*$%）,+(*$4（ ,+$值）!）温度变化对结构的影响本结构的索桁架为自平衡体系，刚架在温差作用下可自由变形，温差作用对本结构影响不明显。经计算温差对本结构的杆件应力影响极其微弱，可忽略不计。“# 水平自平衡索桁架设计试验分析图 $ %#，而整体侧向位移多达 %#，这主要是由于外环三直铰拱上下均为铰接，其抗侧力由内环所形成的空洞体系提供，不能满)&)足 工 程 需 求 。 后 在 直 铰 拱 杆 上 加 斜 撑 杆 斜 支 环 梁 。 计 算 时 对 八 种 工 况 进 行 分 析 ， 最 大 垂直 位 移 为 !“ #$%， 最 大 水 平

14、 位 移 为 &“ $%， 满 足 了 设 计 要 求 。 根 据 计 算 结 果 采 用 的 钢 管 外径 控 制 在 !(% 以 内 ， 小 跨 度 的 桁 架 ， 按 计 算 其 钢 管 直 径 较 小 ， 为 避 免 钢 管 直 径 变 化 无序 ， 有 一 种 渐 变 过 程 ， 有 些 小 桁 架 的 钢 管 直 径 取 值 比 计 算 值 要 大 。 影 响 钢 管 直 径 大 小 的另 一 个 因 素 就 是 节 点 ， 有 些 节 点 为 多 方 向 钢 管 交 会 在 一 起 ， 初 步 设 想 主 要 受 力 杆 件 贯 通且 直 径 粗 些 ， 次 要 杆 件 焊 在

15、主 要 杆 件 上 ， 且 应 细 些 ， 但 经 过 计 算 ， 发 现 有 些 节 点 次 要 杆 件的 直 径 却 比 主 要 杆 件 还 粗 ， 为 了 使 节 点 构 造 更 趋 合 理 ， 并 便 于 施 工 ， 要 将 比 次 要 杆 件 细 的主 要 杆 件 的 截 面 增 大 。桁 架 节 点 由 于 钢 桁 架 不 规 则 ， 各 个 方 向 、 角 度 均 有 ， 在 节 点 处 有 多 个 方 向 的 杆 件 交 会在 一 起 ， 钢 结 构 焊 接 残 余 应 力 很 高 ， 多 次 焊 接 残 余 应 力 更 复 杂 ， 对 这 些 节 点 如 果 采 用 加 节点

16、 板 ， 虽 然 可 避 免 杆 件 多 次 焊 接 ， 但 因 杆 件 各 个 方 向 都 有 ， 节 点 板 零 乱 。 如 果 在 节 点 处 加一 粗 套 管 ， 也 可 以 避 免 一 些 杆 件 多 次 焊 接 ， 但 感 觉 不 尽 人 意 ， 并 且 增 加 了 施 工 难 度 。 最 后采 用 将 次 要 杆 件 ， 内 力 较 小 杆 件 向 节 点 外 偏 移 一 些 的 方 案 （ 图 ) *!） 。柱 脚 是 结 构 的 主 要 受 力 构 件 ， 整 个 建 筑 的 重 量 、 荷 载 都 要 通 过 柱 脚 传 至 基 础 ， 因 此 柱脚 必 须 满 足 结 构

17、 的 受 力 性 能 ， 同 时 还 要 美 观 大 方 （ 图 ) *)） 。 柱 脚 采 用 钢 板 焊 接 成 型 。这 个 以 “ 绿 叶 对 根 的 回 忆 ” 为 主 题 ， 用 不 同 心 的 花 蕾 和 树 叶 构 思 出 奇 特 的 造 型 ， 只 有点 式 玻 璃 装 配 技 术 才 能 完 美 地 体 现 建 筑 艺 术 的 魅 力 。 展 览 温 室 椭 圆 体 与 扇 形 体 除 以 上二 者 之 间 连 接 件 为 平 面 外 ， 无 论 屋 顶 、 侧 墙 均 为 不 规 则 的 空 间 曲 面 。 严 格 地 说 ， 只 有 三 角形 平 面 玻 璃 才 能 依

18、 从 空 间 曲 面 ， 若 用 四 边 形 平 面 玻 璃 ， 玻 璃 块 越 小 ， 越 容 易 逼 近 空 间 曲面 ， 但 是 玻 璃 块 过 小 ， 势 必 需 要 较 密 的 杆 件 来 支 撑 玻 璃 ， 它 会 使 建 筑 外 形 不 美 观 ， 玻 璃 块大 ， 建 筑 外 观 显 得 整 齐 ， 但 给 空 间 曲 面 划 分 带 来 很 大 困 难 。 椭 圆 部 分 钢 结 构 初 期 布 置 ， 每块 玻 璃 !+% ,-.+%， 划 分 玻 璃 时 发 现 一 些 曲 率 较 大 的 曲 面 ， 四 个 角 点 不 共 面 ， 即 玻璃 间 互 相 翘 起 ， 最

19、大 达 )+%， 为 了 解 决 玻 璃 四 点 不 共 面 的 问 题 ， 用 电 脑 进 行 三 维 调 整 ，按 曲 面 依 形 划 分 ， 遇 到 曲 面 曲 率 过 大 时 ， 就 用 三 角 形 划 分 ， 调 成 一 个 可 施 工 的 渐 近 的 不 规则 三 维 曲 面 。展 览 温 室 施 工 的 难 度 是 空 前 的 ， 主 体 钢 桁 架 是 由 -!+ 多 根 钢 管 焊 接 而 成 ， 个 别 节点 有 - 根 钢 管 相 交 。 由 于 展 览 温 室 要 模 拟 各 种 不 同 的 生 态 环 境 ， 必 须 采 用 中 空 钢 化 玻璃 ， 为 了 最 大

20、限 度 地 与 建 筑 外 形 相 吻 合 ， 玻 璃 必 须 被 分 割 成 尺 寸 不 同 ， 形 状 各 异 的 .+多 片 后 ， 再 进 行 深 加 工 。 点 式 玻 璃 装 配 技 术 成 功 的 关 键 是 要 采 用 机 械 加 工 的 精 度 来 要 求土 建 施 工 ， 为 了 能 顺 利 地 安 装 玻 璃 ， 在 钢 结 构 吊 装 时 ， 必 须 按 设 计 在 空 中 准 确 定 位 每 一 个连 接 件 的 三 维 坐 标 位 置 。 这 就 要 求 从 联 合 设 计 、 加 工 、 制 作 、 长 途 运 输 、 安 装 施 工 ， 必 须 处处 把 关 ，

21、 环 环 相 扣 。 除 了 要 有 科 学 的 严 格 的 施 工 组 织 设 计 外 ， 还 必 须 有 强 有 力 的 施 工 现场 指 挥 。这 个 工 程 在 北 京 市 建 筑 设 计 研 究 院 、 北 京 市 园 林 古 建 设 计 研 究 院 、 北 京 京 华 园 林 设计 所 、 晶 艺 特 种 玻 璃 工 程 集 团 、 北 京 园 林 古 建 工 程 公 司 通 力 合 作 下 ， 完 成 了 设 计 、 施 工 。并 以 其 优 秀 的 设 计 和 优 良 的 施 工 质 量 荣 登 北 京 十 大 建 筑 的 光 荣 榜 。.&#图 ! “#$ 北京植物园展览温室

22、桁架节点方案图 ! “!$ 北京植物园展览温室主要柱脚方案%&第 四 章 ! 大 连 森 林 动 物 园 热 带 雨 林 馆展 览 温 室 是 通 过 人 工 创 造 适 当 的 气 候 条 件 ， 用 以 收 集 和 展 示 各 类 不 同 植 物 的 场 所 。可 以 保 存 植 物 资 源 ， 保 护 生 物 多 样 性 和 为 公 众 提 供 增 长 知 识 ， 寓 教 于 乐 的 科 普 教 育 机 会 。历 史 发 展 到 今 天 ， 世 界 发 达 国 家 的 重 要 城 市 均 有 大 型 的 植 物 园 ， 很 多 植 物 园 中 有 数 千 平方 米 乃 至 上 万 平 方

23、 米 的 大 型 展 览 温 室 ， 如 欧 洲 的 伦 敦 、 巴 黎 、 柏 林 、 法 兰 克 福 、 布 鲁 塞 尔 ，北 美 的 纽 约 、 亚 特 兰 大 、 费 城 、 蒙 特 利 尔 ， 亚 洲 的 东 京 、 大 阪 等 。 从 世 界 范 围 看 ， 现 代 展 览温 室 的 展 览 内 容 一 般 都 包 括 热 带 雨 林 植 物 ， 热 带 其 他 植 物 ， 棕 榈 科 植 物 ， 沙 生 植 物 ， 食 虫植 物 ， 热 带 水 生 植 物 ， 室 内 花 园 等 ， 有 些 温 室 还 有 蕨 类 室 ， 荫 生 植 物 等 展 览 。 从 分 区 情 况看 ，

24、 一 般 都 是 根 据 植 物 的 生 态 要 求 ， 特 别 是 温 度 和 湿 度 的 要 求 分 门 别 类 地 展 示 。 一 般 根据 各 类 植 物 生 态 习 惯 不 同 ， 可 将 温 室 分 为 高 温 温 室 、 中 温 温 室 、 低 温 温 室 、 高 湿 温 室 、 中 湿温 室 、 干 燥 温 室 。就 展 览 温 室 的 构 思 与 设 计 而 言 ， 不 仅 仅 取 决 于 其 空 间 内 部 的 植 物 和 园 艺 目 标 ， 而 且依 存 于 公 众 的 想 像 力 、 建 筑 趋 势 以 及 工 程 技 术 ， 最 近 发 展 的 建 筑 和 工 程 技

25、 术 大 大 促 进 现代 化 展 览 温 室 的 演 进 和 玻 璃 建 筑 物 的 繁 荣 。 大 型 展 览 温 室 赋 予 人 们 全 年 的 兴 趣 ， 以 及 由此 空 间 所 提 供 的 丰 富 多 彩 的 活 动 ， 并 在 功 能 上 孕 育 着 潜 在 的 多 样 性 。 一 些 由 著 名 建 筑 师设 计 的 闲 暇 市 场 庭 园 温 室 特 别 引 人 注 目 ， 而 且 富 有 竞 争 性 ， 为 园 艺 研 究 的 蓬 勃 发 展 创 造了 新 的 环 境 基 础 。热 带 生 态 系 统 的 毁 灭 破 坏 ， 加 速 了 人 们 把 野 生 植 物 资 源

26、从 原 栖 地 迁 移 出 来 ， 并 妥 善保 存 的 兴 趣 和 紧 迫 感 。 当 然 发 展 和 建 设 展 览 温 室 的 决 定 因 素 还 是 人 们 殷 切 期 望 把 充 满活 力 和 生 机 的 梦 想 付 诸 于 行 动 ， 加 之 科 学 技 术 的 发 展 ， 使 之 真 正 地 在 生 活 中 实 现 。 总 之 ，温 室 正 换 上 新 的 面 貌 ， 迈 进 新 的 时 代 ， 在 关 注 能 源 ， 保 护 环 境 的 现 代 世 界 中 ， 用 饶 有 兴 趣的 方 式 去 描 述 人 类 和 自 然 系 统 ， 动 植 物 及 其 栖 息 地 的 动 态

27、关 系 。生 态 建 筑 及 “ 可 持 续 发 展 的 绿 色 建 筑 ” 是 当 代 建 筑 学 的 前 沿 问 题 ， 如 何 节 约 能 源 ， 充分 利 用 先 进 技 术 达 到 生 态 的 综 合 平 衡 及 建 筑 学 、 植 物 学 、 生 态 学 、 建 筑 环 境 工 程 学 、 人 类学 、 美 学 为 一 体 的 综 合 项 目 ， 是 一 个 植 物 环 境 、 客 观 环 境 和 建 筑 空 间 互 相 矛 盾 的 项 目 。 使植 物 、 植 物 生 态 和 人 、 建 筑 空 间 有 机 的 平 衡 配 合 ， 营 造 利 用 自 然 、 模 拟 自 然 的

28、人 工 气 候 环境 是 技 术 关 键 。 采 用 高 科 技 和 现 代 计 算 机 技 术 从 生 态 建 筑 、 绿 色 建 筑 、 节 能 建 筑 、 可 持 续发 展 角 度 对 植 物 展 览 温 室 人 工 气 候 环 境 系 统 进 行 设 计 ， 理 论 和 设 备 研 究 是 展 览 温 室 的 技术 创 新 点 。大 连 森 林 动 物 园 热 带 雨 林 馆 （ 图 “ # $%、 &、 ） 就 是 为 在 北 纬 “()的 寒 冷 地 区 引 入 、 展示 热 带 雨 林 而 兴 建 的 。 大 连 热 带 雨 林 馆 由 热 带 雨 林 馆 和 培 育 室 组 成 ， 是 大 连 森 林 动 物 园二 期 工 程 的 重 要 组 成 部 分 ， 位 于 大 连 森 林 动 物 园 内 ， 总 建 筑 面 积 *+*“,-， 其 中 热 带 雨 林 馆(.+