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摘要：對超大開合玻璃拱屋蓋，如何保證順利開啟和關閉并保證其氣密性（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，如何解決三維調節(jié)適應主體結構誤差等問題，是亟待解決的關鍵建造技術一大課題。
關鍵詞： 六角星 防滲漏 開合屋面 導軌 軌道凹坑
1、工程概況
國家會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)技術重點與難點
本工程屋面主體結構采用超長上凸式張弦雜交拱殼結構形式，跨度72m。幕墻龍骨如何與主體鋼結構（詞條“鋼結構”由行業(yè)大百科提供）精準定位并消除誤差。4005塊玻璃，3731個六角交叉點，22320米長的膠縫，如何確保滴水不漏。大跨度的屋頂網殼無論在加工、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構精準定位，并消除這些誤差的影響，成為本工程設計與施工的主要難點。采光頂屋面對防水性能要求高，開合玻璃拱屋蓋能否順利開啟和關閉，且確保做到滴水不漏，這些要求尤為重要。
3、龍骨與主體鋼結構可調連接設計與施工
3.1采光頂鋁合金龍骨與主體鋼結構連接設計
為克服主體鋼結構施工偏差，采光頂鋁合金（詞條“鋁合金”由行業(yè)大百科提供）龍骨與主體鋼結構的連接設計采用六角星盤系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用三點定位方式，利用碳鋼底座、主螺桿，進行水平、垂直方向雙向調節(jié)定位，實現(xiàn)幕墻龍骨與主體結構連接的三維調節(jié)，克服了主體鋼結構在加工、安裝過程中產生的偏差影響，以及溫度、張拉和荷載作用下產生的的變形變化。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，再進行位置調節(jié)，調整好后將螺母與底座進行焊接，可實現(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構連接施工
1)、測量放線、復測
在主體鋼結構下方位置處，對主體鋼結構的安裝情況進行復測，并對碳鋼底座進行定位、放線。然后在屋頂處進行復測、精準定位。根據碳鋼底座定位，按照安裝流程進行單個碳鋼底座安裝，并按照要求進行精度把控。然后利用預制好的三角形胎架，檢查碳鋼底座的相對位置精度。
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，主要用于內側密封膠施打承托。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計與施工
采光頂屋面對防水性能要求非常高，要確保做到滴水不漏，為防止玻璃室外側膠縫因不可控原因發(fā)生少量漏水而流入室內，在玻璃龍骨位置設置了第二道防水，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)點設計
本工程防排結合，一道防水為面板防水，設計要求膠寬 25mm、膠深 10-12mm，可防住大量的水。二道排水起到防排的作用，當少量的雨水突破一道防水滲漏進來后，按照預先設計好的排水路徑流到東西兩側的排水溝內主、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。對打膠時的溫度以及排水路徑方向進行把控。打膠前應做好基層處理，清理干凈縫隙內的雜物和灰塵。
(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)域設置警戒線，防止人員走動產生振動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、水密性設計與施工
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、水密性設計要求極高，對設計和施工都具有極大的挑戰(zhàn)。根據要求，開合玻璃拱屋面開啟方式為東西對開，最大開啟尺寸為45m×10.5m，面積達472㎡，如圖8、9、10。
5.1開合屋面主要構造設計
開合玻璃拱屋面主體結構與固定部分相同，鋼軌道通過支座與主體鋼結構連接。鋁合金軌道包裹在鋼軌道屋面，起到裝飾、防腐等作用。臺車即行走輪均布在鋁合金軌道上，并與活動屋架相連接。活動屋架類似于主體鋼構，為一整片三角形網殼。玻璃面板通過鋁合金龍骨、六角星盤、碳鋼底座與活動屋架連接，構造做法與固定部分相同，如圖11。
5.2軌道系統(tǒng)介紹
本開合屋面重點為行走軌道系統(tǒng)，如何達到超高要求的氣密水密性能，關鍵在于軌道的設計，這是本項目的重點，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，暴露在室外會產生銹蝕，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），嚴重影響建筑美觀。為防止軌道與臺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，通過增加軌道和臺車數(shù)量可達到擠壓要求。軌道系統(tǒng)是開合屋面臺車行走的支撐和導向構件，其結構形式設計與臺車結構和驅動布置密切相關。
軌道系統(tǒng)的結構是由鋼軌道梁、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行的支撐面。軌道的上下部位設置限位緩沖裝置，用于定位及安全作用，緩沖器采用聚氨酯彈性材質。
軌道梁及軌道在開啟/關閉節(jié)點部位采用隔斷形式，防止冷熱傳導到室內。隔斷節(jié)點采用結構密封膠填充，軌道梁端面采用焊接封頭，再用密封膠密封，防止漏水進入。軌道采用斜角接縫可以防止接縫產生的噪音與振動，臺車可平滑過渡，如圖12所示。
5.3 軌道凹坑設計
為本項目滿足超高的氣密水密性能要求，每根鋁合金軌道設置有對稱分布的14個凹坑，其作用是：開合屋面的主要密封都采用壓密封形式，當開合屋面到達關閉位置時，所有臺車進入凹坑時，豎向密封膠條壓緊，使得壓密封膠條有一個緊密的壓縮過程，提高了密封效果。凹坑寬78mm，深8mm，底部水平面寬為18mm。當開合屋面打開時，臺車出坑，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，進行軌道凹坑設計。當開合屋面到達關閉位置時，所有臺車進入凹坑時，豎向密封膠條壓緊，使得壓密封膠條有一個緊密的壓縮過程，提高了密封效果，如圖13。
當開合屋面打開時，臺車出坑，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，并降低了運行中的摩擦損失。關閉時所有臺車進入凹坑，屋蓋下降。在其他任意位置，屋蓋處于升高狀態(tài)，內密封豎膠條不產生接觸摩擦。不同運行狀態(tài)下臺車與凹坑結合形式見圖所示，如圖14、圖15。
5.4防水密封設計與施工
1)固定屋面—開合屋面邊軌側面收口密封結構
開合屋面?zhèn)让媾c固定屋面的密封結構通過藍色的水/氣密封路徑設置多層密封膠條達到密封要求。開合屋面的外密封設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—開合屋面對碰屋脊上口密封結構
兩個開合屋面在屋面頂端的屋脊處對碰，需要設置多道水密封和氣密封結構，藍色線為密封路徑，可以看出水密+氣密需要經過8個密封節(jié)點。從實際情況可見，開合屋面的4道外密封已經可以阻擋住大部分外部雨水的進入。如果雨水穿過3道密封后到達第一個排水溝可以完全排出。開合屋面的內密封主要用于氣密封，產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構
開合屋面下口與固定屋面的密封結構通過藍色的水/氣密封路徑設置多層密封膠條和擋水條達到密封要求。開合屋面設置了兩道內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
開合屋面主體結構與固定部分相同，鋼軌道通過支座與主體鋼結構連接。鋁合金軌道包裹在鋼軌道屋面，起到裝飾、防腐等作用。
2)臺車安裝
安裝臺車，臺車即行走輪均布在鋁合金軌道上，是活動屋架的支撐和動力裝置。
3)活動屋蓋加工及安裝
活動屋架類似于主體鋼構。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3m進行擺放，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、碳鋼底座與活動屋架連接，構造做法與固定部分相同，如圖19。
7、氣密性、水密性測試
為了確保國家會議中心二期開合玻璃拱屋面的機械、電氣及密封性能的可靠性能，并為大面施工積累經驗，找出出現(xiàn)問題的原因以及相應的解決辦法，在國家建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供）檢測中心試驗室進行了開合玻璃拱屋面的性能試驗。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)技術屬于研發(fā)和探索階段，無經驗可循。經過多次拆改、測試、方案調整，實驗室正式試驗達16次，在各方不懈努力下，終于完成了國內首次開合玻璃拱屋面性能試驗并取得成功。通過測試，其氣密性及水密性達到設計要求的國家標準，實現(xiàn)了超大開合玻璃拱屋面密封性能國內最高水準首創(chuàng)，為本工程完美竣工打下來良好基礎。
8、創(chuàng)新總結
超大異形開合玻璃拱屋面技術研究，通過理論分析、試驗驗證，精心建造，其主要創(chuàng)新點包括發(fā)明的六角星盤連接系統(tǒng)專利應用，解決了異形屋面玻璃單元三維安裝調節(jié)難題，該系統(tǒng)同時具有適應溫度、荷載作用下產生變形的能力。首次采用防排結合、雙道設防，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計，解決了大型開合玻璃屋面水密、氣密的行業(yè)難題。本項目技術成果經國家科學技術委員會組織鑒定評價為國際領先。
參考文獻
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[2] 《建筑結構荷載規(guī)范》 GB 50009-2012 中國建筑工業(yè)出版社 2012
[3] 《采光頂與金屬屋面技術規(guī)程》JGJ 255-2012中國建筑工業(yè)出版社2012
[4] 屋面工程質量驗收規(guī)范：GB50207-2012中國建筑工業(yè)出版社, 2012
作者單位：深圳市三鑫科技發(fā)展有限公司
