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摘要：為實現空間雙曲建筑表皮效果，實現手法不斷創新。對空間雙曲建筑物實行個性化設計，滿足幕墻結構安全的同時還要滿足建筑外觀和性能要求，這對幕墻的支撐結構和連接系統提出了更高的挑戰。本文以兩個實施案例作為借鑒資料，詳述多維可調支座在適應主體結構位移變形及偏差的同時，還能達到較高的觀感質量。
關鍵詞：空間雙曲表皮;多維可調支座;Grasshopper技術
1 引言
目前空間雙曲建筑日益增多，幕墻實現手法也層出不窮，但是精品案例鳳毛麟角。本文通過介紹兩個成功實施案例，詳細敘述空間雙曲表皮的具體實施過程。兩個案例的雙曲天幕順利實施得益于應用了多維可調支座、連接旋轉龍骨、防側滑可轉動玻璃副框的專利技術，下面圍繞這個方面進行闡述。
案例一是澳門美高梅酒店，位于澳門金光大道，毗鄰金沙城中心及澳門東亞運動會體育館。酒店裙樓玻璃天幕為動感波浪空間雙曲造型，其中鋼結構為澳門首例馬鞍形曲面雙向斜交斜放單層大跨度網殼結構（詞條“網殼結構”由行業大百科提供）形式，最大跨度接近140米，鋼結構玻璃采光頂已獲得吉尼斯世界記錄，是澳門標志性特色高檔酒店建筑之一。
案例二是東莞第一高樓國貿中心項目，項目位于東莞大道和鴻福路路口,毗鄰展覽中心，項目集甲級寫字樓、商業、觀光等功能于一體，標志塔樓幕墻高度440米。建筑外立面（詞條“建筑外立面”由行業大百科提供）形成玉蘭花造型，以昂揚挺拔、積極蓬勃的八邊形切體造型，為東莞城市天際線增添新的巔峰。裙樓三層為兩千余平方 “荷葉”狀雙曲天幕，空間雙曲表皮由六塊三角形交匯網狀劃分的六棱柱結構，如下圖。
2 玻璃表皮和鋼結構特點
2.1 玻璃表皮
雙曲玻璃表皮采用六片交匯三角形網格劃分，每個三角形玻璃內角各不相同，且相鄰兩片三角形玻璃空間夾角各不相同。玻璃邊線在主體鋼結構的垂直投影線，基本與鋼結構桿件中心線重合。玻璃邊線交點到六棱柱表面的垂直投影點與六棱柱中心重合，同一條玻璃邊線兩端交點到主體六棱柱的垂線不平行。其中，案例一采用中空雙夾膠Low-E玻璃、玻璃邊長2.7m左右;案例二采用夾膠鍍膜玻璃、玻璃邊長2.1m左右。
2.2 鋼結構特點
鋼結構的變形量很大，在不同的荷載組合作用下，每個主體鋼結構節點的位移量和位移方向不同。同時，鋼結構有三次變形會影響到理論模型與實際安裝位置的偏差，第一次是鋼結構定位安裝偏差，第二次是鋼結構支撐胎架卸載變形偏差，第三次是幕墻安裝后變形偏差。三次位移和偏差疊加后高度偏差將近40mm，平面定位偏差接近30mm，鋼構旋轉角度偏差接近3.6°，這就要求幕墻支座空間可調設計必須適應鋼結構的六維變形。
3 空間雙曲幕墻設計
玻璃幕墻基本是由面板、龍骨、與主體結構支座等部分組成。所以，下面從主體結構支座、連接龍骨、玻璃副框三方面進行分析設計。
3.1 多維可調支座設計
根據鋼結構特點和偏差變形要求，幕墻支座在整個系統中起到連接玻璃天幕與鋼結構的關鍵作用。支座除了要支撐起玻璃采光頂和承受采光頂傳遞的荷載，還要能適應各種荷載組合工況下主體鋼結構和天幕玻璃系統的相對位移、以及適應主體鋼結構的加工和施工安裝偏差。
支座由三部分組成：底部調高度圓管、上部可旋轉角度套管、帶銷軸的耳板三者組合一體為萬向可調變角度專利支座。按理論分析，支座位于主體六角棱柱的中心，并垂直于六棱柱上表面。實際安裝時，支座也是按照模型理論位置安裝。但鋼結構施工總會存在偏差，這時需要根據測量數據將圓管底部按實際角度處理，圓管底部的中心也會與六棱柱上表面中心不再重合。支座就是通過這種做法來適應主體鋼結構的平面位置偏差及角度偏差。
3.2組合旋轉橫梁（詞條“橫梁”由行業大百科提供）設計
玻璃的荷載需要通過橫梁龍骨傳遞到支座。由于相鄰的兩個六角棱柱上表面不共面，所以橫梁兩端的立柱其實也不是平行的，而是存在空間夾角的。另外，橫梁與支座之間的連接還要能適應鋼結構和采光頂的各種相對位移和轉動。
通過橫梁兩端設置兩種不同的插芯：其中一端是可固定鋁（詞條“鋁”由行業大百科提供）插芯，插芯的的另一頭連接在支座耳板的銷軸上;另外一端的插芯由兩部組成，一個是可旋轉插芯，同樣用兩顆螺栓穿過橫梁固定，一個是可固定插芯，一頭連接在支座耳板的銷軸上，另一頭插進可旋轉插芯中間，利用可旋轉插芯實現鋼結構和采光頂玻璃幕墻龍骨的轉動和伸縮。
3.3 玻璃副框設計
由于任何兩片相鄰的玻璃均有大小不同的空間夾角，傳統做法是采用玻璃飛邊的做法，即內外片玻璃尺寸不一樣，但由于每片玻璃的大小和角度均不同，玻璃和鋁副框的加工難度極大。經軟件模擬結合Grasshopper技術分析并匯總玻璃的夾角，最終采用玻璃齊邊設計，開模三款不同寬度規格鋁副框實現組框設計。鋁副框設計成帶球頭可轉動的分離式副框，可滿足工程中所需的各種角度。同時，副框和壓塊之間通過齒紋咬合，還可承受和傳遞玻璃的自重，防止玻璃產生側滑。
4 施工技術要點
4.1測量放線
現場使用測量放線儀器定位支座實際安裝中心點，根據理論模型的定位坐標找玻璃交點理論位置。將貼有反光貼的工裝放置在鋼結構節點表面，測量員在全站儀調出支座中心點坐標值，測量員指導操作人員挪動工裝，通過平面內測點法在工裝上找到支座中心點并用硬性專用記號筆標示。
通過輔助工裝確定玻璃分格交點、支座中心點后，確定支座中心線，點焊固定底座。用記號筆刻畫輔助工裝與底座的旋合高度，安裝支座，并旋合到標記位置。鋼結構滿焊并卸載后，需要對支座位置進行復測，復測無誤后進行支座焊接。
測量定位BIM放樣機器人：目前新項目引進BIM放樣機器人，利用其快速、精準、操作簡單、測量員需求少的優勢，將模型中的測量數據直接轉變為現場精確定位點，且操作過程可視化，初步取得了良好的成果。
4.2玻璃、鋁材下單
使用結構計算軟件對各種工況下的鋼結構進行模擬，將各種工況的模型進行對比分析，發現主體鋼結構節點雖然會發生大小不同和方向各異的位移，但整個鋼結構是連續變形的，鋼結構中心區域的相鄰支座的相對位移和轉動并不大，玻璃的邊長和內角也變化不大，因此中心區域的玻璃和支座可按理論下單，僅邊緣局部位置根據實際測量下單加工，大大縮短了下單時間。
另外，由于表皮復雜，玻璃、型材尺寸過多，下單采用grasshopper技術，可以方便地提取玻璃的內角、相鄰玻璃的夾角、橫梁長度和支座的高度等，也可以自動通過分析角度，直接生成玻璃、副框、橫梁的輪廓，實現玻璃、龍骨、支座的放樣。
4.3 玻璃組框質量控制要點
由于每片玻璃尺寸和內角均不相同，同一片玻璃三條邊的副框可能不同，玻璃副框的組裝要保證框的剛度，采用局部加強措施防止角部開裂。同時重點控制三角形玻璃邊部磨邊工藝，不得崩角或崩邊。通過以上技術要點控制三角形玻璃組框質量，并做為玻璃板塊質量品控資料進行嚴格質量控制。
5 結語
本項目設計施工技術通過多維可調支座、連接龍骨和可轉動玻璃副框高品質呈現空間雙曲建筑效果。通過Grasshopper插件建模下單，大大縮短了設計下單周期，提高工作效率，降低人為因素的錯誤率。另外，通過結構計算軟件對鋼結構安裝偏差、鋼結構胎架卸載變形和幕墻安裝三種工況下的鋼結構進行模擬分析對比，理論結構分析與實際卸載變形量對比，研究得出整個鋼結構連續變形的具體情況，分析安裝完成后玻璃的邊長和內角變化基本和理論研究相差不大，因此中心區域的玻璃和支座大膽的按理論下單，結合現場測量放線、運輸吊裝具體措施，保證了項目按期完工。
本多維可調支座新技術包括：裝配式施工、BIM技術應用、測量放線、精致建造等。從設計方案、加工組框、現場施工情況都得到項目各方的一致認可，為社會和業主呈現美觀、高品質的復雜建筑幕墻產品。
參考文獻
[1]建筑幕墻 GB/T 21086-2007
[2]玻璃幕墻工程技術規范 JGJ 102-2003
作者單位：深圳市三鑫科技發展有限公司
