摘要: 本文结合工程实例，对双曲面玻璃采光顶的设计要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。
关键词: 双曲面玻璃采光顶；设计要点
一、前言
近年来，随着公众环保意识的增强，建筑自然采光得到了越来越多的认可，采光顶应用也更加广泛，采光顶的形式也越来趋于多样化，建筑师往往要求采光顶造型要与丰富多彩的建筑造型相匹配，外形有带坡的、球冠形的、锥形的，曲面的等以符合建筑造型的需要。而对于幕墙设计来说，既要考虑建筑外观造型的需要， 又要保证气密性、 防水性和抗风压性能，难度也相对提高了不少，必须结合建筑物的特点对幕墙进行更加科学合理的设计。笔者曾负责某建筑裙楼幕墙设计，其中包含500平方米的双曲面玻璃采光顶。该工程采光顶标高位于18.5米，最大跨度达22m，玻璃采用6LOW-E+12A+6+1.52PVB+6mm透明中空钢化夹胶玻璃。下面就对双曲面玻璃采光顶的设计要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。
二、双曲面玻璃采光顶设计要点分析
（1）双曲面采光顶的分格设计。由于双曲面采光顶的平面投影形状不是很规则的，每个分格的短轴尺寸会有长短，且可能还是不按规则的变化，设计分格时不建议考虑四边形的玻璃和双曲面玻璃。四边形玻璃分格存在四点高差，多数玻璃板块安装时的四个安装点不共面，存在四点高差。由于单个玻璃板块存在四点高差，而玻璃本身又是一种脆性材料，其柔韧性比较小，当采用平板玻璃应用于普通框架拟合双曲面玻璃幕墙结构时，会造成无法安装甚至玻璃破损的情况发生。双曲弧形玻璃加工难度非常大，成本很高，加工成本高，质量很难控制。因此根据三点共面的原理宜考虑将玻璃分格设置为三角形，使得在整个采光顶表面形成一个广义的连续光滑的空间曲面，这样采光顶在室内和室外看感觉起来比较舒服。
（2）双曲面采光顶的节点设计要点。双曲面采光顶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。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，其优点是安装方便、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，在双曲面网架结构中节点的连接应采用螺栓球节点的方式进行。
（3）双曲面采光顶支座和构件设计要点。双曲面采光顶在受风时会产生较大的水平力和位移，必须采用合理的支座连接方式释放部分水平力，避免结构梁受力过大，影响混凝土结构安全。在此考虑采用耳板加销轴的方式，让采光顶能在受风和热胀冷缩的情况下整个采光顶结构能有变形和移动；在主梁的下方设置一整圈横向的钢梁，增加结构的稳定性；主梁与支座相接弯接头位置需要承受水平力的作用和变形等，比较薄弱，需要严格控制此处的焊缝等级。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆主梁弯接头和主梁拼接的平面对接焊缝的质量等级为二级,其他次梁和连接耳板等位置的焊缝质量等级为三级,对于不合格的焊缝应铲平重焊，并重新进行检查；为保证采光顶的安全使用还需要进行防雷设计，在埋件上焊接直径12的热镀锌圆钢均压环，焊接长度不小于100mm，均压环与主体结构的接地筋相连通。
（4）双曲面采光顶防雷设计。双曲面采光顶一般作为屋面结构，尤其位于建筑顶部的采光顶更容易成为雷击目标，所以采光顶设计应重视防雷系统的设计，在投入成本较小的情况下，可以起到很好的防雷保护效果。采光顶的防雷措施比较简单，首先应利用采光顶的金属骨架，并保证其贯通，之后将采光顶金属杆件采用φ12镀锌圆钢与防雷引下线相连接，并控制其连接间距不超过15m。
（5）双曲面采光顶排水设计。由于双曲面采光顶覆盖在建筑物的最上面，因此玻璃顶的防水问题就特别突出。玻璃采光顶的防水和排水是靠玻璃和杆件经过构造处理而形成的，防水性能的好坏与构造组织的好坏有很大关系。玻璃采光顶屋面防水基本方法，归纳起来有两种："导"即利用玻璃采光顶的坡度，将顶面雨水因势利导的迅速排除，使渗漏的可能性缩到最小范围。"堵"即利用防水材料，堵塞玻璃与杆件间的缝隙，其要求无缝、无孔，以防止雨水渗漏。导与堵二者，导是主要方面，防水效果好，省工、省料，因此综合处理玻璃采光顶防水时，应以导为主，以堵为辅，导堵结合。玻璃顶采用中空夹胶玻璃设计成一定的坡度，通过选用带有集水槽的铝合金杆件有效的汇集渗漏水或冷凝水到集水槽中排出，并将渗漏排水槽有效贯通且与主排水连通，从根本上解决了通常采光顶渗漏水二次排水和冷凝水滴落问题。
（6）采光顶玻璃的防破损设计。采光顶玻璃面板的选取在设计方案阶段也比较重要，设计人员应理清关键点，给业主适当引导，从而保证采光顶的综合性价比。为保证采光顶的玻璃使用安全，宜采用夹层玻璃和夹层中空玻璃，玻璃原片可根据设计要求选用，且单片玻璃厚度不宜小于6mm，夹层玻璃的玻璃原片不宜小于5mm。钢化玻璃宜经过二次均质处理，减少玻璃的自爆。夹层玻璃宜为干法加工合成，夹层玻璃的两片玻璃厚度相差不宜大于2mm；夹层玻璃的胶片宜采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)胶片；PVB胶片的厚度不应小于0.76mm；暴露在空气中的夹层玻璃边缘应进行密封处理。所采用的夹层中空玻璃气体层的厚度不应小于12mm，中空玻璃宜采用双道密封结构。中空玻璃的夹层面应在中空玻璃的下表面，所有玻璃应进行磨边倒角处理。在建筑业飞速发展的同时,人们越来越关注建筑物的节能效果，因此越来越多的采光顶要求采用LOW-E钢化夹胶中空玻璃。
（7）采光顶的节能设计。采光顶的节能设计首先应保证面板符合建筑设计要求及规范要求，其次应重视构造设计，如明框采光顶宜采用断热型构造。采光顶主面板达到要求的情况下，应重视收边构造的处理，设计过程要保证该部位满足节能要求，一般采用铝单板内附保温玻璃棉的构造。
三、结语
总之，在现代建筑设计中,建筑师追求建筑外观的新、奇、特艺术效果，出现了不少三维自由曲面造型的建筑立面。其基本表现手法是利用异形玻璃幕墙，通过对面板曲面的变化形式来表现的，这给了幕墙公司的技术人员和科研研发，提出了不小的挑战和巨大的契机。因此，怎样使复杂采光顶的结构更安全、施工工艺更简便是我们玻璃幕墙设计师们应深入探讨的问题，这就需要我们在实际工程设计不断借鉴和总结经验，才能设计出更好的采光顶作品。
参考文献
[1]《建筑玻璃采光顶》JG／T231-2007
[2]《建筑用安全玻璃》GB15763-2009
[3]《钢结构设计规范》GB50017-2003
[4]《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2010
论文作者:蔡卫勇
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第16期
论文发表时间:2019/10/17
标签：采光论文; 双曲面论文; 玻璃论文; 节点论文; 网架论文; 夹层玻璃论文; 中空玻璃论文; 《工程管理前沿》2019年第16期论文;