點支式玻璃幕墻是一種以精巧的鋼連接構件(一般為不銹鋼)以點支承的方式(每塊玻璃為四點固定最為常見)將無框安全玻璃與內部或外部的支撐結構固定在一起的一種玻璃幕墻結構系統。
德國柏林索尼中心的點支式玻璃幕墻
建筑師:海墨特·揚(Helmut Jahn)
點支式全玻幕墻玻璃面板固定的形式
點支式全玻幕墻面板固定的形式常有以下三種:
鉆孔固定式:玻璃鉆孔后以金屬結構件固定,通過特殊的金屬駁接爪固定于背后支撐結構上,即常稱的DPG(Dot Pointed Glass)方式,這也是國內點支式全玻幕墻采用最多的模式。
圖1 不同的開孔式點支玻璃構造示意圖
各種接駁金屬件
上海東方藝術中心
建筑師:保羅.安德魯
鋼管結構支承的異形點支式玻璃幕墻,不銹鋼支承頭隱藏于夾層玻璃中,遠看幕墻如同全隱框膠粘玻璃幕墻。
夾固式點支幕墻的典型示意圖
采用夾固式的點支玻璃幕墻最大的優點在于玻璃無需鉆孔,避免了玻璃開孔后的應力集中,簡化了施工程序,降低了成本。這種模式更為適合中空玻璃面板,避免兩片玻璃穿孔及孔周圈的密封,減少中空玻璃失效的幾率。
法國巴黎德方斯新區某建筑特殊的金屬夾固件形成了玻璃幕墻的特殊肌理。
(本建筑幕墻應該是傳統框架式玻璃幕墻 夾固件的構造,雖然從受力特征上不屬于點支承玻璃幕墻,但作為夾固件的形式可以參考。)
不同形式的點支式玻璃幕墻面板固定形式示意圖
點支式玻璃幕墻的玻璃面板的劃分形式從理論上講可以有多種選擇,考慮到經濟投入,實際中一般多為橫平豎直的矩形,偶爾也有一些其他規則的形式如菱形、三角形。
某建筑呈菱形布置的玻璃面板(鋼管柱體支撐結構)
匈牙利布達佩斯某建筑雙層幕墻外層(非密閉)的點支式三角形玻璃板塊及菱形鋼管支承網架
點支式玻璃幕墻支撐結構形式
點支式玻璃幕墻根據其背后支撐結構的形式大致可分為以下類型:
點支式玻璃幕墻支撐結構形式示意圖
(由左-右,由上-下分別為:玻璃肋、柱體、桁架、索網、拉桿、索桿、索桁架支承結構)
(1)玻璃肋板支承式:以玻璃肋板作為支撐結構。優點是幕墻中遮擋結構減至最少,缺點是受玻璃肋板結構特性制約,玻璃幕墻的高度受較大制約,在某些幕墻中為解決這一問題,采用金屬構件連接玻璃肋、附加金屬鍵固定玻璃肋的方式。為提高肋板強度、保證安全,玻璃肋板一般應采用鋼化夾膠玻璃。國內單片玻璃肋的高度已有達到8米的,鋼板連接的玻璃肋的高度甚至達到16米。
日本仙臺媒體中心
建筑師:伊東豐雄
雙層幕墻外層的夾固式點支幕墻采用玻璃肋板 拉桿支撐
(2)常規柱體支撐式:以鋼管柱、混凝土柱等傳統柱體作結構支撐體系,結構簡單易行且高度一般不受影響。有些高大幕墻為保證柱的穩定性又根據結構需要增加了必要的橫向支撐桿件形成雙向受力體系。
上海東方藝術中心點支式玻璃幕墻的圓弧形柱狀支承結構,為保證整體穩定性又增加了橫向連接桿件,形成了面狀的雙向整體支撐結構。
(3)鋼桁架支撐式:以鋼管桁架為支撐結構,結構簡單易行,幕墻高度根據桁架結構確定。桁架的形式多種多樣,常見的有梯形、魚腹形。由于鋼桁架在整個幕墻系統中的視覺分量較重,如設計不當或加工精度不夠反而會破壞幕墻的整體形式。
某建筑的魚腹形鋼桁架支撐結構
(4)鋼拉桿支撐式:以鋼拉桿通過連接件組成空間受力網桿體系支承玻璃幕墻。拉桿受拉、連接桿受壓,一般桿件直徑較小,形式輕盈優美,通透性較好。鋼拉桿支撐式施工技術要求高,造價相對較高。
德國柏林波茨坦廣場索尼中心Esplanade酒店
建筑師:海墨特·揚(Helmut Jahn)
作為內層墻體保護層的外層點支式幕墻(參見玻璃幕墻外層的雙層墻體),采用鋼拉桿支承結構。
典型的拉桿支撐體系細部
(5)索桿支撐式:以鋼索(一般為不銹鋼絞線、高強包鋁鋼絞線)通過連接桿張拉成空間受力索桁體系支承玻璃幕墻。鋼索受拉、連接桿受壓,整體為柔性體系,承受水平荷載(風荷載)能力強。索桿支撐式整體形式輕盈優美,與鋼拉桿支撐式形式類似,只不過以鋼拉索替代了鋼拉桿。
典型的索桿支撐體系細部
(6)索桁架支撐式:以鋼索、柱體組合而成的一種類似于桁架的自平衡支撐結構。由于加入了柱體,結構更為穩定,由于加入了拉索及連接拉桿,柱的斷面尺寸可以更小。
(7)索網支撐式:為區分于索桿式的雙道鋼索又常稱為單層索網式。
北京新保利大廈
建筑師:SOM 事務所
超大規模的雙向索網支承結構 夾固式點支玻璃幕墻。
北京中青旅大廈中分割為幾個單元的索網點支式玻璃幕墻
建筑師:GMP事務所
索網點支式玻璃幕墻
在上述的支承結構基礎上,也可以將兩種或兩種以上的體系復合在一起形成更為復雜的支承結構。
多種形式復合的支承體系
德國柏林中央火車站
建筑師:GMP事務所
鋼索和玻璃肋板組合而成的復雜索桿體系
英國自然歷史博物館新建建筑
點支式玻璃幕墻采用固定于層間梁板處的超大尺度的星形支撐結構,形式復雜但受力邏輯簡單清晰。
點支玻璃的構造方式同樣可以運用于屋面、雨蓬甚至玻璃地板。
德國柏林國家體育場的看臺雨棚采用了點支式玻璃構造
建筑師:GMP事務所
日本東京國立美術館
建筑師:黑川紀章
采用點支式固定構造的印刷玻璃遮陽白頁
本文作者褚智勇,東南大學建筑系工學學士,北京建筑工程學院建筑學碩士,教授級高級建筑師,一級注冊建筑師,現任教于北京工業大學建筑與城市規劃學院。曾著有建筑材料與構造類暢銷書《建筑設計的材料語言》。
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