异形钢结构玻璃采光顶设计要点探讨

异形钢结构玻璃采光顶设计要点探讨

张晓阳

广东世纪达建设集团有限公司

摘要：本文结合工程实例，对异形钢结构玻璃采光顶设计要点进行探讨，以供同仁参考。

关键词：异形钢结构玻璃采光顶；设计要点

一、前言

在现代建筑设计中，建筑师追求建筑外观的新、奇、特艺术效果，建筑玻璃采光顶作为建筑物外围护的一种，已被广泛应用于各种建筑中，在建筑中起着重要的围护功能和装饰作用。其本身与建筑的关系，构造体系的受力形式，材料的应用及功能设计都具有特殊性，不同于建筑幕墙及其它建筑装饰形式。采光、遮风挡雨、多变的几何形体（外形），装饰（内外）是建筑玻璃采光顶的重要特性，其相应的结构形式和分类设计应紧紧围绕这些特性来进行。基于此，本文结合工程实例，对异形钢结构玻璃采光顶设计要点进行探讨，以供同仁参考。

二、工程实例分析

某钢结构玻璃采光顶工程设计项目形状见下图，基本风压为0.55kN/m＾2（50年一遇），地面粗糙度为B类，抗震设防烈度：6度，设计基本地震加速度值0.05g。采光顶单元恒载标准值选为0.5kN/m2，为8+1.52PVB+8mm双钢化夹胶玻璃的重量及副龙骨的重量。采光顶单元活载标准值选为0.5kN/m2，不上人屋面活荷载。本案例重点解析玻璃的选用及钢结构受力的设计。

采光顶造型定义好的情况下，进入方案构思阶段，将整个采光顶分为三个层次：首先为主骨架，主骨架宜采用同等截面的钢管，空间模型及钢管交汇点应位于钢管轴心，对应的侧管与主管的交接点则位于主管的两侧不同水平坐标上；第二个层次为次龙骨，宜选用与隐框玻璃托相匹配的矩形钢管，满足安装需要即可，或者采用钢板以弱化次龙骨的存在，整个采光顶更加美观；第三个层次是面板层，面板层即完成的玻璃面。风荷载体型系数按《建筑荷载结构荷载规范》（GB50009-2012）第8.3.3项和8.3.5项选取；地震荷载由软件自动计算。分别按如下荷载组合进行校核：（1）1.20恒载+1.40风载工况1+1.30×0.50水平地震；

（2）1.20恒载+1.40温度荷载；（3）1.00恒载+1.40风载工况2+1.30×0.50水平地震

本采光顶主骨架采用钢管桁架（上、下杆件200×100×6×6，腹杆100×100×6×6钢管），钢管桁架（上、下杆件150×100×6×6，腹杆100×100×6×6钢管），150×100×6×6钢管，100×100×6×6钢管，骨架材质为Q235B，强度设计值为215N/mm2，因杆件较多，设计时采用同济大学的3D3S结构计算软件校核分析，从而保证结构的合理及安全性。经过计算，所选构件满足结构设计需要。

当采用普通夹层玻璃时，太阳光透射率及传热系数均较大，且直射的太阳光使人眩目；而采用热反射夹层玻璃，由于单向透像性能，能防止眩目，且传热系数较低。另外采用在采光顶的内侧加遮阳膜、适当的增加室内的绿化也可以有效的避免眩光、过热问题。该采光顶玻璃选取要结合工程实际需要，位于屋顶位置的采光顶作为室外用采光顶，不需要考虑节能的需要，可采用8+1.52PVB+8mm双钢化夹胶玻璃。

在结构满足需要的前提下，构造及工艺设计应注意如下几点：表面处理，作为屋面采光顶，且面积大于200㎡的钢结构采光顶，要求钢材表要进行防火处理，要求不低于1.5小时，且该项目位于珠海海边，钢结构防腐要求同样较高，本工程表面处理方式采取底漆+中间漆+防火涂料+面漆的多层复合喷涂处理方式，由于现在防火涂料工艺相对成熟，多数厂家都可以提供满足1.5小时防火要求的2mm厚防火涂料。应注意工艺中应在防腐中间漆后增设一层封闭漆，以增加防火涂料与防锈漆间的附着力。

三、采光顶设计要点探讨

（1）采光顶的防雷设计。采光顶一般做为屋面结构，尤其位于建筑顶部的采光顶更容易成为雷击目标，所以采光顶设计应重视防雷系统的设计，在投入成本较小的情况下，可以起到很好的防雷保护效果。采光顶的防雷措施比较简单，首先应利用采光顶的金属骨架，并保证其贯通，之后将采光顶金属杆件采用∮12镀锌圆钢与防雷引下线相连接，并控制其连接间距不超过15m。

（2）采光项的排水设计。密封是建筑采光顶结构处理关键，现在建成使用采光顶，大部分存在渗水、漏雨现象。构造上应采用密封和排水结合形式，即“堵”、“导”结合，并应以导为主，首先利于采光顶自然体型（有坡度）或设置坡度（平顶等），将顶面雨水因势利导迅速排除，使渗漏的可能性缩到最小范围，并合理组织排水系统，一般设计应将雨水按排水方向有序收集，利用排水槽、排水口、排水管将雨水排放到建筑排泄系统中。同时玻璃采光顶宜考虑内排水，内排水是采光顶密封的保险设计，板块接缝采用硅胶密封为主，内部龙骨上设置集水槽或排水腔，主要是排放可能形成的结露水及微量渗水，通过有组织设置集水槽或排水腔构造，形成有组织的自然蒸发及排放。

（3）采光项玻璃的安全设计。玻璃采光顶的玻璃。玻璃采光顶的玻璃应采用安全玻璃，如钢化玻璃、热反射夹层玻璃、中空玻璃、夹胶玻璃。

（4）采光项节能设计。玻璃采光顶最大的问题是保温隔热性能较差，如果室内外温差较大，容易产生冷凝水的滴落。解决冷凝水的问题有三种办法：首先是可以考虑采用双层玻璃，改善保温隔热的性能；其次是将玻璃顶设计成一定的坡度和弧度，并组织好完善的排水系统，一般的说，玻璃采光顶坡面与水平的夹角以不小于18度，不大于45度为宜；还有一种办法是将玻璃顶下面的墙体上留风缝或孔，让外面的冷空气渗入室内，使玻璃顶的内外侧温差减小，这种玻璃顶的下面难以形成凝结水，而且可以改善室内的空气质量，但要稍微损失一些能源。

四、结束语

总之，随着建筑设计师对整个建筑的要求越来越高，类似钢结构玻璃采光顶等复杂的采光顶应用也会越来越多，怎样复杂采光顶的结构更安全、施工工艺更简便是我们玻璃幕墙设计师们应深入探讨的问题，这就需要我们在实际工程设计不断借鉴和总结经验，才能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

[2]赵玉青.球形网架施工工艺及技经分析[J].山西建筑，2012，38（2）：83-84

[3]《建筑用安全玻璃》GB15763-2009

[4]《钢结构设计规范》GB50017-2003

[5]《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

[6]《采光顶与金属屋面技术规程》JGJ255-2012