(3)上海市K11购物中心，自由曲面采用变形（词条“变形”由行业大百科提供）钢结构截面焊接节点，玻璃幕墙为全隐框形式。采用的是德国Seele系统。玻璃板块之间夹角变化幅度不大，通过隐框中空玻璃玻璃中空空气层内嵌压块的设计处理，有效减少玻璃完成面到钢结构表面之间的距离，是钢结构和幕墙系统完美的一次结合。
(4)上海市徐家汇中心项目天幕采用是美国Novum公司系统，其前身是MERO系统。自由曲面为全钢结构螺接系统，玻璃系统为专用夹铝合金板（词条“铝合金板”由行业大百科提供）点支撑系统。考虑到角度变化范围不大，仅仅通过少数铝合金夹具开模便可形成复杂的造型表面。
2.3 小结
通过上面的介绍，自由曲面玻璃系统设计的一个核心问题的玻璃单元板块面面之间夹角问题。设计时首先应在BIM的工具下建立全结构模型，经过编程，将板块之间的夹角信息统计和分类。确定构造系统选择的基本方向。
建筑表皮的形式也是一个重要考虑因素，是全隐框、半隐框、明框还是点支撑系统，均要和建筑设计师进行深入的交流。上述四种玻璃系统的特点罗列如下，根据具体项目的要求对号入座，然后进行再发展。
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玻璃系统类型编号 |
构造特点 |
对钢结构系统要求 |
板块间夹角的要求 |
适用性 |
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A |
附框弧形模，可设计成全隐、半隐形式。 |
整体结构变形要均匀，且刚度要求高。 |
夹角角度不能大，且角度变化不大。 |
立面、采光顶 |
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B |
合页式单元板，全明框形式。 |
可适应钢结构较大角度的变化和变形。 |
对于夹角的依赖性不大。 |
立面、采光顶、吊底 |
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C |
玻璃中空内嵌压块，全隐框形式。 |
钢结构刚度要求高。 |
夹角角度不能大，且角度变化不大 |
采光顶 |
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D |
专利点支撑夹具，全隐点支形式。 |
钢结构刚度要求高。 |
对于夹角的依赖性不大，夹具可开模成不同角度。 |
立面、采光顶 |
3 世博博物馆玻璃系统
3.1 欢庆之云表皮设计[2]
(1)建筑形态简介
“欢庆之云”造型取云的形态所代表的未来、开放、瞬间的寓意，整体形态简洁流畅，在建筑底部以三条云柱扭转收分，形成逐级上升的动势，具有强烈的未来感。在建筑中部，云柱扭转展开，并相互联系，逐渐于建筑顶部形成一个完整的曲线流畅的“欢庆之云”轮廓。整体“欢庆之云”形体以轻型钢架支撑整体结构，在幕墙细部处理上以三角折面的透明玻璃、彩釉玻璃形成渐变的立面肌理效果，与“瞬间”的设计概念相符合，也成为了整体建筑的中心。整个单体高34.8米，宽56.6米，长75.8米，建筑玻璃表皮面积约8242平方米。共3982个三角形玻璃单元板块。
其中“欢庆之云”为单层异形网壳钢结构工程，以矩形钢为主要支撑结构截面，截面大小为80*180~300的矩形管，大部分焊接节点，部分为铸钢节点。根据空间网格结构技术规程等相关规范要求，按照单层网壳结构控制屋盖结构短向跨度1/400 控制荷载标准值下的结构挠度（词条“挠度”由行业大百科提供）。工程施工时采取满堂支撑施工，当整体结构刚度完全形成后再进行卸载后方可安装幕墙。
(2)表皮数字化工作
表皮设计工作首先需要如何将三角形玻璃的数量、形状大小、空间定位等物理数据进行统计和表达，为深化设计提供前提条件。此部分工作由建筑师和三维软件程序员共同开发完成。借助rhino等软件控制形体准确，在拉出形体大致轮廓后，借助插件grasshoper进行规整化处理，再利用python高级程序语言将云幕墙部分展开至平面，导出表格进行数据统计。
实际上，通过计算机辅助，可将云不同部位的相邻板块之间的法线夹角、板块面积大小、板块边长、板块空间坐标定位、板块数量和面积等数据全部统计成Excel表格，便于下一步分析和研究。
通过幕墙设计专业的介入，对板块分格须进行优化和调整，主要考虑在满足建筑效果的前提条件下，针对玻璃生产的工艺性、经济性，以及幕墙规范的适应性进行再次划分，主要优化原则如下：
1) 中空节能玻璃通常尺寸2400x3600，超出尺寸范围造价高很多，调整所有板块尺寸控制在此范围内，并保证一块原件的最大利用率，降低造价。
2) 三角形玻璃锐角角度小于30度无法加工，采用均质化迭代处理，减小过于尖角玻璃的数量。
3) 立面和屋面玻璃分格划分进行多次迭代计算得到的网格每块板块尺寸近似相同，这样的网格划分空间效果均匀，同时也简化了幕墙及钢结构后期施工过程，降低造价。
4) 采光顶规范JGJ255，规定采光顶玻璃板块面积2.5平方米上限，严格控制分格尺寸和超过数量，并做好安全加强设计。
5) 上海市地规DGJ08-56，规定单层钢化玻璃板块在4.5平方米的上限，严格控制分格尺寸。
6) 上海市地规DGJ08-56，控制开启扇面积1.8平方米上限，严格控制开启扇分格尺寸。
7) 建筑玻璃应用技术规程JGJ113，对于室内抗人体冲击规定了不同厚度玻璃的最大许用面积，严格控制分格尺寸。
8) 对于防火、防雷、虹吸排水等其他专业的要求进行划分上的微调。
板块优化需要一个较长的反复过程，它涉及到建筑师的效果追求，玻璃的生产工艺，规范的安全要求，项目成本上的控制等众多方面的影响。
3.2 三角形玻璃板块设计
三角形玻璃板块遍布项目单体表皮，分布在采光天顶、立面、吊底，具有空间任意多角度形态的特点;对于空间异形体主要考虑两个方面的设计难点，一个是如何使用合理的构造和优化后采用合理且较少的模具种类完成平面内从阴角90度到阳角90度的板块造型变化，实现对建筑表皮空间造型的控制;另外一个是玻璃系统对于主体异型网壳钢架结构的变形平面内、外的变形适应性的设计，同时要兼顾板块重力等安全问题。
经过研究，我们发现系统A将板块的夹角变化的功能落实在玻璃附框的圆弧形模具上面，三角形玻璃板块系统采用的是连续外部点压多点固定的方式，它的适用特点为表皮玻璃板块之间的夹角变化范围不大(圆弧形模具可调角度有限)，一般适用于坡度不大采光顶或斜立面角度变化不大的幕墙立面系统。但是当遇到像本项目中相邻板块表面玻璃品种(厚度)不一致、角度变化范围大、特别是有吊底玻璃面的时候，这种框架式的构造形式难以胜任，甚至有安全隐患。实际上，本案还有一个特点是异型钢网壳主体结构平面内、外的变形都较大，玻璃板块支撑构造上也需要特殊处理。
设计团队又考察了系统C、系统D的相关项目，发现针对钢结构变形大、建筑找形角度变化的情况，传统的设计一时间难以胜任。
必须要有一种创新的设计思维来解决目前无已有案例借鉴的困境，通过研究和学习，设计团队发现表皮上所有的玻璃板块在重力竖直方向上主要是靠两种基本形状的三角形板块组成。
采用玻璃单元板块形式，通过玻璃板块单元之间角度的变化设计来解决整体造型不同角度变化的问题是可行的，如下图21，将玻璃与附框做成单元体形式，玻璃单元与支座采用类似合页构造点支式固定到主体钢结构上，而板块之间的夹角可通过板块固定点铰支约束构造完成。
另外，从主体钢结构变形数据整理和编程计算，得到在荷载工况下玻璃相邻板块之间平面外变形数据，结合板块之间硅酮密封胶设计宽度的伸缩极限，确定边玻璃单元框型材开模的数量和种类，在适应平面外的变形的同时，完成对建筑表皮找形的控制。
玻璃单元板块本身由明框嵌槽，并采用结构胶做安全保障，可保证玻璃与附框共同位移，将玻璃与附框之间的平面内位移变形转换到玻璃单元板块与主体支座上面的位移变形，同时，根据重力原理，在三角形板块上面设置两种支座类型约束，确保幕墙系统的玻璃平面内位移的适应性。最后设计考虑的平面内变形指标可达1/100以上。如下图：
如上图，支座类型B也解决了板块的重力问题，支座类型A用以解决平面内变形问题，由于板块和支座转接件（词条“转接件”由行业大百科提供）之间采用轴销铰接，可使玻璃板块位于空间任何位置仍然保证足够的安全性，适用于全工况情况。
3.3 小结
对于三角形玻璃空间幕墙的设计，由于空间任意角度的关系，在设计思路上需要另辟蹊径。首先研究主体结构类型以及全工况下变形对于幕墙表皮的影响;对于玻璃形态和建筑找形的要求须依靠BIM技术，根据单块玻璃的形状考虑重力设计，通过建筑设计对外表面的明框、隐框、点式的表现形式要求，选择设计系统;重点分析相邻玻璃板块之间平面内外变形的规律，确定系统构造。
4 总结
一些特定的城市标志性或文化建筑，需要辨识度较高的建筑表皮语言将其理念或思想进行表达，建筑表皮在其中承担着文化历史传承的重要作用。一些高端的商业建筑，需要特定的建筑符号进行定位，以造成效应凝聚人气。这就要求幕墙设计和材料运用有所突破，不得不承认对于幕墙设计师来说，面临着前所未有的挑战。本文通过目前国内正开始流行的建筑表皮三角形自由曲面天幕系统的介绍，以及具有相当代表性特定项目玻璃表皮幕墙系统的技术方案剖析，授人以渔，展现攻克技术重点与难点的过程，为行业的技术进步打头阵，开辟新的思路。
参 考 文 献
[1] 董石麟，罗尧治，赵 阳; 大跨度空间结构的工程实践与学科发展，空间结构;2005.12.
[2] 上海世博搏物馆 部分资料来源于 华东建筑设计研究总院设计团队
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