球冠采光顶的设计探讨

刘治国

摘要：本文主要对球冠采光顶的分格设计、节点设计、支座和构件设计进行了探讨，以供同仁参考。

关键词：采光顶；球冠；分格设计；节点设计；支座和构件设计

一、前言

随着建筑技术的发展，玻璃采光顶的应用越来越多，现在的建筑设计师不再满足普通的单坡、双坡和锥形等采光顶，对采光顶不但要求能采光，还要设计得像艺术品一样，出现了球冠状等不是很规则的采光顶。本文主要对笔者实际设计过的球冠状采光顶的分格、节点、支座和构件设计进行了探讨，以供同仁参考。

二、球冠采光顶的分格设计

由于一般球冠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，设计分格时是不能考虑四边形的玻璃和球形玻璃，四边形的玻璃在球冠中没有办法过渡，不能很好的相衔接。球面状玻璃加工成本很高，质量很难控制。在此就只能考虑将玻璃分成一个个的三角形按照一定的形状走势相连接，这样的话做出来的采光顶在室内和室外看感觉起来比较舒服。有了上面的大方向，就可以开始做采光顶的分格。

（1）根据实际的采光顶结构尺寸找出特殊位置的点或线，如平面尺寸中最大的或最小的位置，方便分格时可以参考。

（2）根据特殊位置的点或线为参考，对平面的长方向进行分格，大小要合适，不能太大，也不能太小，太大过渡不圆滑，大小容易感觉小器，钢骨架显得很多。必须根据采光顶的大小和拱高来综合考虑。（例图1供大家参考）

（3）有了长轴方向的分格，再根据采光顶的最高点和端点等特殊点连接成一段或几段曲线，原则是一定要比较圆顺。然后就能确定长轴方向每个分格的高度尺寸。对于采光顶的最高点尺寸不能太高，一般来说最高点会定在短轴最大的位置附近，太高的话如果长轴的分格分数不是很多容易出现急降的情况，做出来后过渡不是很圆滑，太低可能效果就不是很明显，需要综合考虑。其实最好的情况是建筑设计时就尽量将最大的位置置于长轴方向靠中间的位置，这样的话拱高也能稍微高一点，不会出现一端急降，另一端比较平缓的情况，做出来后过渡就会比较圆滑。（例图2供大家参考）

（4）根据长轴的剖面确定每一个短轴分格的最高点后，再来画每一个短轴的剖面图，确定短轴上每一个分格点控制的高度。我们需要将采光顶分格成一个个的三角形再来连接，又要有一定的规律，那相邻短轴方向的分格点应该是相互错开的，才能连成有规律、有一定走势的线段。由于短轴方向的长度不一样，且弧形的拱高也是有规律的变化，如果只是将短轴的弧形长度按等份来分的话容易造成三角形连成的线不是很圆顺。这里我们先把所有的短轴剖面的弧长和玻璃的板块尺寸进行综合考虑定一个合适的分格弧度，不要造成有的分格玻璃太大或太小，影响整个效果。为保证每一个短轴分格尺寸的准确和方便将来施工定位放样，所有短轴分格的剖面都应该画出来，标注出每个分格对应的高度。（例图3供大家参考）

例图1

（5）根据短轴方向的剖面把分格投影到采光顶的平面里，然后连线，整个采光顶的分格就完成了。（例图4供大家参考）

例图4

三、球冠采光顶玻璃的选用

采光顶的玻璃应采用安全玻璃，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。为减少采光顶屋面树木等的反射，影响室内感觉，外片玻璃的第二面宜采用点状彩釉处理。

四、球冠采光顶的节点设计

主要注意的问题如下：（1）由于短轴方向是弧形的，玻璃是三角形的，每一个分格之间是有一定的角度，玻璃不能像普通单双坡等采光顶的玻璃一样直接加上玻璃附框和结构胶就能安装的，必须采用一块钢板或扁通进行过渡，才能安装玻璃。为保证过渡钢板或扁通与主梁和次梁的连接安全稳固，需要在下方按一定间距设置钢通进行支撑。

（2）由于相互之间的玻璃有一定的角度，玻璃附框不能与安装的钢板或扁通面完成平，玻璃之间的胶缝宜适当放大一点，做到18mm或20mm，以便更好的安装。（3）由于采光顶的玻璃都是三角形的与水平面有一定的角度，为避免结构胶承受玻璃的自重，宜在有一定角度的两条边上设置玻璃托板。

（4）为防止电化腐蚀和减少采光顶变形时产生的噪音须在玻璃附框下加橡胶垫或胶衬垫。（例图5节点供大家参考）

例图5

五、球冠采光顶支座和构件设计

主要注意的问题如下：（1）由于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。（2）在主梁的下方设置一整圈横向的钢梁，增加结构的稳定性。（3）由于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。主梁弯接头（如图中云线所圈）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。（4）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。

（例图6供大家参考）

例图6

五、结束语

总之，随着建筑设计师对整个建筑的要求越来越高，类似球冠等复杂的采光顶应用也会越来越多，为使复杂采光顶的结构更安全、施工工艺更简便、分格效果更好等，在此抛砖引玉，希望能与大家一起进步，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