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摘要：對(duì)超大開合玻璃拱屋蓋，如何保證順利開啟和關(guān)閉并保證其氣密性（詞條“氣密性”由行業(yè)大百科提供）、水密性，在拱形鋼網(wǎng)殼上安裝超大、超重三角形雙夾層中空玻璃，如何解決三維調(diào)節(jié)適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)誤差等問題，是亟待解決的關(guān)鍵建造技術(shù)一大課題。
關(guān)鍵詞： 六角星 防滲漏 開合屋面 導(dǎo)軌 軌道凹坑
1、工程概況
國家會(huì)議中心二期工程屋面分為平屋面和拱形屋面兩大區(qū)域，南北長458m，東西寬148m，平屋面高44.85m，拱屋面高51.8m。拱屋面包含金屬拱屋面和玻璃采光頂拱屋面兩部分，其中金屬屋面約占近5萬㎡，玻璃采光頂拱屋面約2萬㎡。玻璃采光頂拱屋面由固定采光頂、南開合拱屋面、北開合拱屋面三大系統(tǒng)組成，其中固定屋面部分約15000 ㎡，南、北花園開合屋面部分約3000㎡，系統(tǒng)分布如圖1所示。最大開合屋蓋單扇尺寸為45x10.5米，由分格為3464x3464x3464mm的正三角形雙夾層中空鋼化超白玻璃（詞條“超白玻璃”由行業(yè)大百科提供）組成，單塊玻璃重量為420KG。
2、超大采光玻璃拱屋面幕墻系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)
本工程屋面主體結(jié)構(gòu)采用超長上凸式張弦雜交拱殼結(jié)構(gòu)形式，跨度72m。幕墻龍骨如何與主體鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）精準(zhǔn)定位并消除誤差。4005塊玻璃，3731個(gè)六角交叉點(diǎn)，22320米長的膠縫，如何確保滴水不漏。大跨度的屋頂網(wǎng)殼無論在加工、安裝精度，以及溫度變化的影響，在水平方向和垂直方向都存在著很大變形。幕墻龍骨如何與主體鋼結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)定位，并消除這些誤差的影響，成為本工程設(shè)計(jì)與施工的主要難點(diǎn)。采光頂屋面對(duì)防水性能要求高，開合玻璃拱屋蓋能否順利開啟和關(guān)閉，且確保做到滴水不漏，這些要求尤為重要。
3、龍骨與主體鋼結(jié)構(gòu)可調(diào)連接設(shè)計(jì)與施工
3.1采光頂鋁合金龍骨與主體鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)
為克服主體鋼結(jié)構(gòu)施工偏差，采光頂鋁合金（詞條“鋁合金”由行業(yè)大百科提供）龍骨與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)采用六角星盤系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用三點(diǎn)定位方式，利用碳鋼底座、主螺桿，進(jìn)行水平、垂直方向雙向調(diào)節(jié)定位，實(shí)現(xiàn)幕墻龍骨與主體結(jié)構(gòu)連接的三維調(diào)節(jié)，克服了主體鋼結(jié)構(gòu)在加工、安裝過程中產(chǎn)生的偏差影響，以及溫度、張拉和荷載作用下產(chǎn)生的的變形變化。首先將主螺桿穿入碳鋼底座，然后焊接碳鋼底座，其次將限位定位盤旋入主螺桿，再進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，調(diào)整好后將螺母與底座進(jìn)行焊接，可實(shí)現(xiàn)定位精度。如圖2所示。
3.2采光頂鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）合金龍骨與主體鋼結(jié)構(gòu)連接施工
1)、測量放線、復(fù)測
在主體鋼結(jié)構(gòu)下方位置處，對(duì)主體鋼結(jié)構(gòu)的安裝情況進(jìn)行復(fù)測，并對(duì)碳鋼底座進(jìn)行定位、放線。然后在屋頂處進(jìn)行復(fù)測、精準(zhǔn)定位。根據(jù)碳鋼底座定位，按照安裝流程進(jìn)行單個(gè)碳鋼底座安裝，并按照要求進(jìn)行精度把控。然后利用預(yù)制好的三角形胎架，檢查碳鋼底座的相對(duì)位置精度。
2)、六角星盤安裝
安裝六角星盤，與鋁合金一道、二道龍骨相連接，如圖3。
4)、鋁合金龍骨安裝
一道龍骨安裝完成后，主要用于內(nèi)側(cè)密封膠施打承托。鋁合金二道龍骨直接在加工廠組成單元，主要起到支撐玻璃面板作用，同時(shí)與一道龍骨一同組成第二道防水、排水體系，如圖4、圖5。
4、采光屋面固定部分防水設(shè)計(jì)與施工
采光頂屋面對(duì)防水性能要求非常高，要確保做到滴水不漏，為防止玻璃室外側(cè)膠縫因不可控原因發(fā)生少量漏水而流入室內(nèi)，在玻璃龍骨位置設(shè)置了第二道防水，玻璃龍骨為單元式三角框，安裝后框與框之間打密封膠密封形成第二道防水屏障，如圖6。
1)雙道防水節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
本工程防排結(jié)合，一道防水為面板防水，設(shè)計(jì)要求膠寬 25mm、膠深 10-12mm，可防住大量的水。二道排水起到防排的作用，當(dāng)少量的雨水突破一道防水滲漏進(jìn)來后，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的排水路徑流到東西兩側(cè)的排水溝內(nèi)主、次排水方，圖6、圖7 。
2)采光屋面固定部分防水施工過程
(1)第一道密封膠
采光頂屋面鋁合金龍骨縫隙間，形成防水界面和排水通道。對(duì)打膠時(shí)的溫度以及排水路徑方向進(jìn)行把控。打膠前應(yīng)做好基層處理，清理干凈縫隙內(nèi)的雜物和灰塵。
(2)基層處理
面板打膠前用吸塵器清理縫隙內(nèi)的積灰和雜物，填塞泡沫棒，基層處理。
(3)面板打膠
在面板邊部貼好單面貼，防止密封膠污染玻璃。在打膠區(qū)域設(shè)置警戒線，防止人員走動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)影響固化及破壞打好的玻璃。
5、開合屋面氣密（詞條“氣密”由行業(yè)大百科提供）性、水密性設(shè)計(jì)與施工
本工程開合玻璃拱屋面由南花園和北花園組成，總面積約3000㎡。超大面積開合屋面氣密性、水密性設(shè)計(jì)要求極高，對(duì)設(shè)計(jì)和施工都具有極大的挑戰(zhàn)。根據(jù)要求，開合玻璃拱屋面開啟方式為東西對(duì)開，最大開啟尺寸為45m×10.5m，面積達(dá)472㎡，如圖8、9、10。
5.1開合屋面主要構(gòu)造設(shè)計(jì)
開合玻璃拱屋面主體結(jié)構(gòu)與固定部分相同，鋼軌道通過支座與主體鋼結(jié)構(gòu)連接。鋁合金軌道包裹在鋼軌道屋面，起到裝飾、防腐等作用。臺(tái)車即行走輪均布在鋁合金軌道上，并與活動(dòng)屋架相連接。活動(dòng)屋架類似于主體鋼構(gòu)，為一整片三角形網(wǎng)殼。玻璃面板通過鋁合金龍骨、六角星盤、碳鋼底座與活動(dòng)屋架連接，構(gòu)造做法與固定部分相同，如圖11。
5.2軌道系統(tǒng)介紹
本開合屋面重點(diǎn)為行走軌道系統(tǒng)，如何達(dá)到超高要求的氣密水密性能，關(guān)鍵在于軌道的設(shè)計(jì)，這是本項(xiàng)目的重點(diǎn)，也是區(qū)別于其他開啟屋面的最大之處。常規(guī)的鋼軌均為碳鋼材質(zhì)，暴露在室外會(huì)產(chǎn)生銹蝕，與雨水混合形成銹水污染周圍的玻璃及鋁板（詞條“鋁板”由行業(yè)大百科提供），嚴(yán)重影響建筑美觀。為防止軌道與臺(tái)車輪接觸的踏面銹蝕，避免玻璃和鋁板與鋼材之間的膠縫(與鋼之間的膠縫極易出現(xiàn)漏水現(xiàn)象)，本工程采用特殊擠壓成型的鋁合金軌道。由于鋁合金軌道的受壓硬度沒有碳鋼高，通過增加軌道和臺(tái)車數(shù)量可達(dá)到擠壓要求。軌道系統(tǒng)是開合屋面臺(tái)車行走的支撐和導(dǎo)向構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)與臺(tái)車結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)布置密切相關(guān)。
軌道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是由鋼軌道梁、軌道梁鋼立柱（詞條“立柱”由行業(yè)大百科提供）、鋁合金軌道及軌道不銹鋼連接螺栓等組成。軌道梁通過鋼立柱與下面圓弧主梁焊接，軌道梁采用120*80*6矩形鋼管彎弧而成。軌道采用6082-T6鋁合金擠壓成型。8片開合屋面共有53根軌道形成屋蓋開閉運(yùn)行的支撐面。軌道的上下部位設(shè)置限位緩沖裝置，用于定位及安全作用，緩沖器采用聚氨酯彈性材質(zhì)。
軌道梁及軌道在開啟/關(guān)閉節(jié)點(diǎn)部位采用隔斷形式，防止冷熱傳導(dǎo)到室內(nèi)。隔斷節(jié)點(diǎn)采用結(jié)構(gòu)密封膠填充，軌道梁端面采用焊接封頭，再用密封膠密封，防止漏水進(jìn)入。軌道采用斜角接縫可以防止接縫產(chǎn)生的噪音與振動(dòng)，臺(tái)車可平滑過渡，如圖12所示。
5.3 軌道凹坑設(shè)計(jì)
為本項(xiàng)目滿足超高的氣密水密性能要求，每根鋁合金軌道設(shè)置有對(duì)稱分布的14個(gè)凹坑，其作用是：開合屋面的主要密封都采用壓密封形式，當(dāng)開合屋面到達(dá)關(guān)閉位置時(shí)，所有臺(tái)車進(jìn)入凹坑時(shí)，豎向密封膠條壓緊，使得壓密封膠條有一個(gè)緊密的壓縮過程，提高了密封效果。凹坑寬78mm，深8mm，底部水平面寬為18mm。當(dāng)開合屋面打開時(shí)，臺(tái)車出坑，屋面抬高8毫米，密封膠條脫離密封面，在開啟過程中密封無摩擦，可延長使用壽命，并降低了運(yùn)行中的摩擦損失。
開合屋面的主要密封都采用壓密封形式，為了解決膠條的壓縮和釋放，進(jìn)行軌道凹坑設(shè)計(jì)。當(dāng)開合屋面到達(dá)關(guān)閉位置時(shí)，所有臺(tái)車進(jìn)入凹坑時(shí)，豎向密封膠條壓緊，使得壓密封膠條有一個(gè)緊密的壓縮過程，提高了密封效果，如圖13。
當(dāng)開合屋面打開時(shí)，臺(tái)車出坑，屋面抬高8mm，密封膠條脫離密封面，在開啟過程中密封無摩擦，可延長使用壽命，并降低了運(yùn)行中的摩擦損失。關(guān)閉時(shí)所有臺(tái)車進(jìn)入凹坑，屋蓋下降。在其他任意位置，屋蓋處于升高狀態(tài)，內(nèi)密封豎膠條不產(chǎn)生接觸摩擦。不同運(yùn)行狀態(tài)下臺(tái)車與凹坑結(jié)合形式見圖所示，如圖14、圖15。
5.4防水密封設(shè)計(jì)與施工
1)固定屋面—開合屋面邊軌側(cè)面收口密封結(jié)構(gòu)
開合屋面?zhèn)让媾c固定屋面的密封結(jié)構(gòu)通過藍(lán)色的水/氣密封路徑設(shè)置多層密封膠條達(dá)到密封要求。開合屋面的外密封設(shè)置有兩道批水密封膠條與固定屋面始終貼合形成防水密封，如圖16。
2)開合屋面—開合屋面對(duì)碰屋脊上口密封結(jié)構(gòu)
兩個(gè)開合屋面在屋面頂端的屋脊處對(duì)碰，需要設(shè)置多道水密封和氣密封結(jié)構(gòu)，藍(lán)色線為密封路徑，可以看出水密+氣密需要經(jīng)過8個(gè)密封節(jié)點(diǎn)。從實(shí)際情況可見，開合屋面的4道外密封已經(jīng)可以阻擋住大部分外部雨水的進(jìn)入。如果雨水穿過3道密封后到達(dá)第一個(gè)排水溝可以完全排出。開合屋面的內(nèi)密封主要用于氣密封，產(chǎn)生的冷凝水可以通過第二道排水溝排出，如圖17。
3)固定屋面—開合屋面下口密封結(jié)構(gòu)
開合屋面下口與固定屋面的密封結(jié)構(gòu)通過藍(lán)色的水/氣密封路徑設(shè)置多層密封膠條和擋水條達(dá)到密封要求。開合屋面設(shè)置了兩道內(nèi)外密封門與軌道密封，每道密封門采用雙道橡膠板與軌道摩擦密封，四道橡膠板與中間擋水板的防水措施能夠保證水密性，如圖18。
6、開合屋面施工過程
1)軌道安裝
開合屋面主體結(jié)構(gòu)與固定部分相同，鋼軌道通過支座與主體鋼結(jié)構(gòu)連接。鋁合金軌道包裹在鋼軌道屋面，起到裝飾、防腐等作用。
2)臺(tái)車安裝
安裝臺(tái)車，臺(tái)車即行走輪均布在鋁合金軌道上，是活動(dòng)屋架的支撐和動(dòng)力裝置。
3)活動(dòng)屋蓋加工及安裝
活動(dòng)屋架類似于主體鋼構(gòu)。首先在地面采用胎架制作成單榀3m×10m，然后使用屋面吊吊至安裝位置，每個(gè)3m進(jìn)行擺放，中間部分次龍骨在屋面焊接，最終形成一整片屋架。
4)鋁合金龍骨及面板安裝
玻璃面板通過鋁合金龍骨、六角星盤、碳鋼底座與活動(dòng)屋架連接，構(gòu)造做法與固定部分相同，如圖19。
7、氣密性、水密性測試
為了確保國家會(huì)議中心二期開合玻璃拱屋面的機(jī)械、電氣及密封性能的可靠性能，并為大面施工積累經(jīng)驗(yàn)，找出出現(xiàn)問題的原因以及相應(yīng)的解決辦法，在國家建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供）檢測中心試驗(yàn)室進(jìn)行了開合玻璃拱屋面的性能試驗(yàn)。試件外形尺寸6000*21500，總面積129㎡，如圖20。
由于超大開合玻璃拱屋面系統(tǒng)技術(shù)屬于研發(fā)和探索階段，無經(jīng)驗(yàn)可循。經(jīng)過多次拆改、測試、方案調(diào)整，實(shí)驗(yàn)室正式試驗(yàn)達(dá)16次，在各方不懈努力下，終于完成了國內(nèi)首次開合玻璃拱屋面性能試驗(yàn)并取得成功。通過測試，其氣密性及水密性達(dá)到設(shè)計(jì)要求的國家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了超大開合玻璃拱屋面密封性能國內(nèi)最高水準(zhǔn)首創(chuàng)，為本工程完美竣工打下來良好基礎(chǔ)。
8、創(chuàng)新總結(jié)
超大異形開合玻璃拱屋面技術(shù)研究，通過理論分析、試驗(yàn)驗(yàn)證，精心建造，其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括發(fā)明的六角星盤連接系統(tǒng)專利應(yīng)用，解決了異形屋面玻璃單元三維安裝調(diào)節(jié)難題，該系統(tǒng)同時(shí)具有適應(yīng)溫度、荷載作用下產(chǎn)生變形的能力。首次采用防排結(jié)合、雙道設(shè)防，解決了異形玻璃屋面雨水滲漏問題。創(chuàng)新性采用軌道凹坑設(shè)計(jì)，解決了大型開合玻璃屋面水密、氣密的行業(yè)難題。本項(xiàng)目技術(shù)成果經(jīng)國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)組織鑒定評(píng)價(jià)為國際領(lǐng)先。
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作者單位：深圳市三鑫科技發(fā)展有限公司
