摘要：对于超大的开合玻璃拱顶，如何保证开闭顺畅并保证其气密性、水密性？如何在拱形钢网外壳上安装超大、超重的三角形双层夹胶中空玻璃，如何解决三维调整适应主体的问题？结构误差等问题是急需解决的关键施工技术问题。
关键词：六角星；防漏电；可伸缩屋顶；导轨；轨道坑
一、项目概况
国家会议中心二期屋顶分为平屋顶和拱形屋顶两大区域。南北长458m，东西宽148m。平屋顶高44.85m，拱形屋顶高51.8m。拱形屋顶包括金属拱形屋顶和玻璃采光拱形屋顶两部分，其中金属屋顶约占5万平方米，玻璃采光拱形屋顶约占2万平方米。玻璃采光拱顶由固定采光顶、南开闭拱顶、北开闭拱顶三大系统组成。固定屋顶部分约15000平方米，南北花园开合屋顶部分约3000平方米。系统分布如图1所示。单张伸缩顶叶最大尺寸为45x10.5米，由网格为3464x3464x3464mm的等边三角形双夹层中空钢化超白玻璃组成。单块玻璃重量为420KG。
2、超大采光玻璃拱顶幕墙系统的技术要点和难点
本工程主体屋盖结构采用超长凸张拉弦混合拱壳结构，跨度72m。如何准确定位幕墙龙骨与主体钢结构并消除误差。 4005片玻璃，3731个六边形交叉点，22320米胶缝，如何保证不渗漏。大跨度屋面格壳无论加工和安装精度如何钢结构排水沟，以及温度变化的影响，水平和垂直方向的变形都很大。如何准确定位幕墙龙骨与主体钢结构并消除这些误差的影响，成为该工程设计和施工的主要难点。采光屋顶对防水性能要求较高。确保可伸缩玻璃拱顶能够顺畅地打开和关闭并且不漏水尤为重要。
3、龙骨与主体钢结构可调连接设计与施工
3.1采光顶铝合金龙骨与主体钢结构连接设计
为了克服主体钢结构的施工偏差，采光顶铝合金龙骨与主体钢结构的连接设计采用六角星盘系统。系统采用三点定位方式，利用碳钢底座和主螺杆进行水平、垂直方向双向调节定位，实现幕墙龙骨与主干连接的三维调节。结构，克服主体钢结构在加工和安装过程中的偏差。温度、张力和载荷引起的影响以及变形变化。首先将主螺钉插入碳钢底座，然后焊接碳钢底座。其次，将限位定位旋入主螺杆，然后调整位置。调整后，将螺母与底座焊接，以达到定位精度。如图2所示。
3.2采光顶铝合金龙骨与主体钢结构连接施工
1)、测量、放线、复测
在主体钢结构的底部，重新测试主体钢结构的安装，并定位和布置碳钢底座。然后在屋顶进行重新测试和精确定位。根据碳钢底座定位，按安装工艺安装单个碳钢底座，并按要求控制精度。然后用预制好的三角轮胎架检查碳钢底座的相对位置精度。
2）。六角星盘安装
安装六角星盘并将其连接到第一、第二铝合金龙骨上，如图3所示。
4）、铝合金龙骨安装
龙骨安装完成后，主要用于支撑内密封胶。铝合金第二龙骨在加工厂直接成型为单元，主要起到支撑玻璃面板的作用。同时与第一龙骨共同构成第二防水排水系统，如图4、图5所示。
4、采光顶固定部位防水设计及施工
采光顶对防水性能的要求非常高。必须保证无泄漏。为了防止因不可控原因导致少量水渗入室内，在玻璃龙骨的位置设置了第二层防水。玻璃龙骨是单元。安装完毕后，在框架之间涂抹密封胶，形成第二道防水屏障，如图6所示。
1）双重防水节点设计
本工程将防排水与排水结合起来。一层防水是面板的防水。设计要求涂胶宽度为25mm，涂胶深度为10-12mm，可以防止大量的水。二次排水起到防止排水的作用。当少量雨水冲破第一道防水渗漏流入时，按照预先设计的排水路径流向东西两侧的一级、二级排水沟，图6、图7。
2）采光顶固定部分防水施工工艺
(1)第一道密封胶
采光顶铝合金龙骨之间的缝隙形成防水界面和排水通道。控制涂胶时的温度和排水路径的方向。涂胶前应对基层进行处理，清除缝隙中的杂物和灰尘。
(二)基础治疗
粘贴面板前，用吸尘器清理缝隙中的灰尘和杂物，用泡沫棒填充，并对基层进行处理。
(3)面板涂胶
在面板边缘贴上单面贴纸，防止密封胶污染玻璃。在涂胶区域设置警戒线，防止人员走动产生振动，影响固化，损坏玻璃。
5、开闭屋面气密、水密设计与施工
本项目可伸缩玻璃拱顶由南花园和北花园组成，总面积约3000平方米。超大面积伸缩屋面的气密性和水密性设计要求极高，这对设计和施工都带来了巨大的挑战。根据要求，伸缩玻璃拱顶的开启方式为东西向开口，最大开口尺寸为45m×10.5m，面积为472㎡，如图8、图9、图10所示。
5.1 开合顶主要结构设计
伸缩玻璃拱顶主体结构与固定部分相同，钢轨道通过支架与主体钢结构连接。铝合金轨道包裹在钢制轨道顶上，起到装饰和防腐的作用。小车，或者说走轮，均匀分布在铝合金轨道上，并连接到可移动的屋架上。活动屋架与主体钢结构类似，是一个完整的三角形网壳。玻璃面板通过铝合金龙骨、六角星盘、碳钢底座与活动屋架连接，施工方法与固定部分相同，如图11所示。
5.2 轨道系统简介
这个开合屋顶的重点是步行轨道系统。实现气密、水密性能超高要求的关键在于轨道的设计。这是本项目的重点，也是与其他开放式屋顶最大的区别。传统的导轨由碳钢制成，暴露在室外会生锈。它与雨水混合形成锈水，污染周围的玻璃和铝板，严重影响建筑的美观。为了防止轨道与小车车轮的踏面接触处生锈，也避免玻璃、铝板与钢材之间的胶接处（钢材与钢材之间的胶接处容易漏水），这项目采用特殊挤压铝合金轨道。由于铝合金导轨的抗压硬度没有碳钢高，因此可以通过增加导轨和台车的数量来满足挤压要求。轨道系统是车顶启闭小车行驶的支撑和引导部件。其结构形式设计与小车结构和驱动装置密切相关。
轨道系统结构由钢轨道梁、轨道梁钢柱、铝合金轨道和轨道不锈钢连接螺栓组成。轨道梁通过钢柱与下方弧形主梁焊接。轨道梁采用120*80*6矩形钢管。轨道由6082-T6铝合金挤压而成。 8个可伸缩屋顶共有53条轨道，构成屋顶开合的支撑面。轨道上下设有限位缓冲装置，起到定位和安全功能。缓冲器采用聚氨酯弹性材料制成。
轨道梁和轨道在开闭节点处进行隔断，防止冷热传导到室内。隔断节点处填充结构密封胶，轨道梁端面焊接封头，然后用密封胶密封，防止漏水进入。轨道上采用对角接头，可以防止接头引起的噪音和振动，小车可以平稳过渡，如图12所示。
5.3 轨道基坑设计
为了满足本工程超高的气密、水密性能要求，每条铝合金轨道均设有14个对称分布的凹坑。其作用是：启闭顶盖的主要密封采用压力密封形式。当启闭顶板到达所有台车进入坑内时，垂直密封条被压紧，造成密封条的紧密压缩过程，提高了密封效果。坑宽78毫米，深8毫米，底部水平面宽18毫米。当启闭顶板打开时，小车从地坑中出来，顶板升高8毫米，密封条与密封面分离。开启过程中无摩擦，可延长使用寿命，减少运行过程中的摩擦损失。
启闭顶盖的主要密封采用压力密封形式。为了解决胶条的压缩和释放，设计了轨道坑。当启闭顶板到达关闭位置且所有台车进入坑内时，垂直密封条被压紧，造成密封条的紧密压缩过程，提高密封效果，如图13所示。
当启闭顶板打开时，小车从地坑中出来，顶板升高8mm，密封条与密封面分离。开启过程中无摩擦，可延长使用寿命，减少运行过程中的摩擦损失。关闭时，所有手推车进入坑内，车顶下降。在其他任何位置，车顶均处于升起状态，内部密封竖向胶条不产生接触摩擦。不同工况下小车与底坑的组合形式如图14、图15所示。
5.4 防水密封设计与施工
1）固定车顶-开合车顶侧轨侧合密封结构
伸缩车顶侧面与固定车顶的密封结构采用蓝色水/气密封路径，设置多层密封条，满足密封要求。伸缩屋顶的外密封件设有两批止水条，始终粘附在固定屋顶上，形成防水密封，如图16所示。
2）开合顶——开合顶接触上屋脊密封结构
两个伸缩屋顶在屋顶顶部的屋脊处相撞。需设置多重水封、气封结构。蓝线是密封路径。可见水密性和气密性需要经过8个密封节点。从实际情况可以看出，伸缩顶的四个外部密封条已经可以阻挡大部分外部雨水的进入。如果雨水经过三道密封到达第一道排水口，就可以完全排出。伸缩顶的内密封主要用于空气密封，产生的凝结水可通过第二排水沟排出，如图17所示。
3）固定顶——启闭顶下开口密封结构
开闭顶下开口与固定顶的密封结构通过蓝色水/气密封通道设有多层密封条和挡水条，满足密封要求。伸缩式车顶配有内外两扇密封门和轨道密封件。每扇密封门均采用双层橡胶板和轨道摩擦密封。四块橡胶板和中间挡水板的防水措施可以保证水密性，如图18所示。
6、开合屋面施工流程
1）轨道安装
开合顶的主体结构与固定部分相同，钢轨道通过支架与主体钢结构连接。铝合金轨道包裹在钢制轨道顶上，起到装饰和防腐的作用。
2）小车安装
安装手推车。小车，即行走轮均匀分布在铝合金轨道上。它是活动屋架的支撑和动力装置。
3）活动顶棚加工及安装
活动屋架与主体钢结构类似。首先在地面上用轮胎架制成3m×10m的单个框架，然后用屋顶起重机将其吊装到安装位置。每放置3m框架，将副龙骨中部焊接在屋顶上，形成完整的屋架。
4）铝合金龙骨及面板安装
玻璃面板通过铝合金龙骨、六角星盘、碳钢底座与活动屋架连接，施工方法与固定部分相同钢结构排水沟，如图19所示。
7、气密性、水密性试验
为保证国家会议中心二期伸缩玻璃拱顶的机械、电气、密封性能的可靠性，为大规模施工积累经验，找出问题原因及相应解决方案，本次试验在国家建筑幕墙检测中心室内进行了玻璃拱顶开合性能测试。试件整体尺寸为6000*21500，总面积为129㎡，如图20所示。
由于超大型开合玻璃拱顶系统技术正处于研发和探索阶段，尚无经验可循。经过多次拆除、试验、方案调整以及16次正式实验室测试，在各方的不懈努力下，国内首个可伸缩玻璃拱顶性能测试终于完成并取得成功。经检测，其气密性、水密性均达到国家设计要求标准，达到了国内超大开合玻璃拱顶密封性能的最高水平，为该工程的完美竣工奠定了良好的基础。 。
八、创新总结
研究超大型异形开合玻璃拱顶技术，通过理论分析、实验验证、精心施工。其主要创新包括发明了六角星盘连接系统的专利申请，解决了异形屋顶玻璃单元的三维安装和调节问题。该系统还具有适应温度和载荷下变形的能力。首次采用防排水与双通道设防相结合的方式，解决异型玻璃屋顶雨水渗漏问题。创新采用轨道坑设计，解决了大型伸缩玻璃顶水密、气密的行业难题。该项目的技术成果经国家科委评估为国际领先。
参考
[1]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003中国建筑工业出版社2003年
[2]《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012中国建筑工业出版社2012年
[3]《采光屋面和金属屋面技术规程》JGJ 255-2012 中国建筑工业出版社2012年
[4] 屋面工程质量验收规范：GB50207-2012 中国建筑工业出版社，2012
作者单位：深圳市三鑫科技发展有限公司
