1 前 言

近年来，点式玻璃幕墙呈现出前所未有的蓬勃发展，究其原因在于其安装方便，适应面广，有利于建筑外立面造型的美感实现。与此同时，存在一些问题，例如造价偏高、不利于玻璃受力和变形等。而双曲面球铰夹具玻璃幕墙作为点式幕墙的一种，因其造型美观、利于受力和变形，能够消化安装误差和变形误差，且易于建筑造型尤其是曲面建筑造型的表现，因此成为曲面幕墙造型的一种重要的解决方案。双曲面球铰夹具玻璃幕墙，依据点式幕墙玻璃变形的大挠度原理，使玻璃产生允许变形时玻璃应力大幅度降低，对于双曲面幕墙、弧形、折线幕墙，等具有广泛的适应性。

我公司在2014青岛世界园艺博览会植物馆项目异形空间幕墙工程的施工中，通过对圆形双曲面球铰夹具幕墙施工技术的深入研究和实践，提炼形成本工法，为同类工程的施工提供了借鉴、参考和指导。

2 工法特点

2.0.1吸收变形。圆形双曲面球铰夹具幕墙驳接头采用万向球铰连接，能够让驳接头吸收玻璃随风压产生的变形，减小变形造成的应力集中，从而减少玻璃的应力变形。

2.0.2 施工快捷，维修方便。双曲面球铰夹具幕墙无需安装主次龙骨，由此，施工速度相对较快。另外，由于各种原因，幕墙拆卸更换或维修在所难免，双曲面球铰夹具幕墙安装、拆卸维修方便，在更换维修时将不能影响幕墙的正常使用。

2.0.3 可调节性强。圆形双曲面球铰夹具幕墙采用万向球铰连接，能够吸收荷载对玻璃产生的变形，同时能够通过调节球铰夹具，消除土建施工的误差及加工误

差。

3 适用范围

本工法适用于：钢结构幕墙尤其适用于曲面复杂造型复杂的建筑物，对其他复杂造型玻璃幕墙有参考价值。

4 工艺原理

4.0.1对心驳接头降低玻璃变形时应力。对心驳接头指驳接头的转动中心和玻璃厚度中心一致。驳接头采用万向球铰连接的目的是为使驳接头吸收玻璃随风压产生的变形，减少变形应力。采用对心结构使玻璃的变形中心（即中性层）—玻璃的厚度中心与驳接头转动中心一致。在同样荷载作用下玻璃变形时应力最低。

4.0.2驳接头受重力的情况下减小扭矩。驳接头固定玻璃处受力分析如图4.0.2-1及图4.0.2-2所示。

M=G· e （式4.0.2-1）

其中，G为玻璃的重力；

N为螺杆球头的支撑力；

e为偏心距离；

M为扭矩。

G=N，驳接头的头部受到力矩G· e，以反作用力方式作用在玻璃孔周围，使玻璃孔周围产生很大应力（这种应力在目前设计计算中一般无法给予考虑）。这种应力在玻璃受风荷载，结构变形等应力组合作用下会导致玻璃破坏。对心驳接头，实现了驳接头的转动中心和玻璃厚度中心的一致（如图4.0.2-3）。这样偏心距e为零，附加扭矩T为零，降低了玻璃孔周围的应力。

4.0.3 双曲面球铰夹具夹持玻璃的方式利于玻璃转动，有效解决多块玻璃不共面问题。

球缺的平面部分贴合玻璃，球面部分贴合在夹具前后盖上（如图4.0.3-1）。玻璃内外两个球缺连同中间夹持部分的玻璃厚度正好形成球体，球心接近玻璃厚度中心，玻璃可以发生自由变形（如图4.0.3-2）。这样每块玻璃都可以绕各自的球心进行一定角度的转动，即可解决相邻六块甚至共多块玻璃不共面的问题（如图4.0.3-3）

5 工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

测量放线→基座焊接→防腐防火处理→扫描下料→球铰夹具安装→玻璃安装→嵌缝打胶→变形监测。

5.2 操作要点

5.2.1测量放线。根据设计要求进行放线确定点驳件位置。

5.2.2基座焊接。根据放线确定的点驳件位置，将点驳件与预埋构件或者钢结构焊接。

5.2.3防腐防火处理。在每个基座焊接后，对焊缝处进行打磨，焊缝超声检测完毕后，对基座焊缝进行防腐防火处理。

5.2.4扫描下料。采用三维扫描装置进行测量下料并形成三维模型。根据所得的烛点的扫描坐标系值，采用计算机辅助设计的方式，建立三维模型，对每块玻璃进行编号，并形成尺寸及规格料单，根据料单进行工厂加工。

5.2.5安装夹具。根据三维建模模型编号及在主体钢结构上的测量放线，进行夹具安装。首先安装托盘，并调节托盘上的玻璃肋隔板以便于后续玻璃安装。

5.2.6安装玻璃。根据三维建模的编号及相关的设计文件进行玻璃安装。安装玻璃时，采用专用吸盘将玻璃吸住，然后吊装抬升，到达安装点。

5.2.7嵌缝打胶。根据设计文件的要求进行密封打胶。

5.2.8变形监测

采用无线检测设施在重点的结构部位进行监测，并设置报警装置，如变形超过允许范围，及时维修处理，保证结构安全。

6 材料与设备

6.1材料

6.1.1圆形双曲球铰夹具、玻璃、烛棒、硅酮胶、焊条等。

6.2机具设备

本工法采用的机具设备包括：水准仪、全站仪、三维激光扫描仪、三维激光扫描仪配套软件、塔尺、棱镜、汽车吊、塔吊、数据储存设备、计算机、胶枪、电焊机、打磨机、米尺等。

7质量控制

7.1 规范与标准

《工程测量规范》 GB50026

《建筑工程施工质量验收统一标准》 GB50300

《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T139

《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133

《建筑玻璃应用技术规范》 JGJ 113

《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102

7.2 质量控制措施

7.2.1测量放线应当保证在规范及设计允许误差范围内。如果在管桁架结构上测量放线，应当保证相贯线交点即点驳件中心点。

7.2.2材料控制。材料进场前严格落实材料“三检”制度，进材料必须保证合格证和质量检测报告等证明文件齐全，而且材料与报告一致。

7.2.3点驳件焊接过程中，保证点驳件中心点即为钢结构构件的相贯线点。而且对焊缝进行超声波检测，保证焊缝达到设计要求。

7.2.4三维建模过程中须对材料进行编号，保证模型、料单及现场编码统一，便于施工和管理。

7.2.5安设烛点时，应将驻点插至点驳件底部，第一保证稳定、防脱落，第二可以保证烛棒与点驳件的切合度，提高扫描测量的精度。

8 安全措施

8.0.1测量、安全、信号工、塔吊工、施工人员等必须持证上岗。

8.0.2施工人员必须戴好安全帽，并系帽带。严禁酒后作业及违章作业。在操作层设置安全平网，保证作业人员安全。

8.0.3扫描工作过程中要安装固定到位，并由专人检查。

8.0.4烛棒安装属于高空作业，操作人员佩戴安全帽并穿防滑鞋。

8.0.5塔吊指挥人员应为专职的信号工且持证上岗。

8.0.6立面维护幕墙的测量借助脚手架时，在脚手架上进行测量作业应佩戴安全带。

8.0.7焊接过程中应疏散下部人流，避免交叉作业，并在作业下方设置金属制焊渣接斗，防止焊渣引起火灾。

8.0.8临电管理。设置专职人员进行临电管理，按照施工现场临电使用规范进行管理和使用确保用电安全。

9环保措施

9.0.1脚手架搭设后应挂设密目网防止扬尘。

9.0.2对装运建筑材料的车辆，派专人负责清扫及冲洗，保证行驶途中不污梁道路和环境。

9.0.3严格执行工程所在地有关运输车辆管理的规定。

9.0.4施工现场应做到整洁、卫生、活完料净，废弃垃圾应集中堆放、处理。

10 效益分析

10.1 经济效益分析

以2014青岛世界园艺博览会植物馆为例，综合考虑质量控制、成本造价以及对工期的影响等三个方面，与目前常用的二种可行方案进行经济分析。如采用非圆形双曲面球铰夹具幕墙，为了防止节点处玻璃因应力变形发生破裂，玻璃的厚度需比圆形双曲面球铰夹具幕墙增加约1/6,由此，材料费及运费增加约1/10。圆形双曲面球铰夹具幕墙整个植物馆玻璃的费用（含运费）约7200万，若采用非圆形双曲面球铰夹具幕墙，此项成本将增加约720万。因此采用圆形双曲面球铰夹具幕墙对于材料成本的降低起到了决定性的作用，经济效益显著。

10.2 社会和环保效益

本工法即取得了可观的经济效益，又取得了良好的社会效益。得到了建设方、监理方、设计方以及质检站的一致好评，巩固了企业在社会上的良好形象。异形幕墙工程的施工完成受到建筑界各类人士关注，业内同行多次组织观摩学习。尤其值得一提的是，通过三维扫描下料，可以大大降低工程事故的发生率，其隐形的安全效益也是巨大的。

11 工程实例

11.1 2014青岛世界园艺博览会植物馆工程

11.1.1工程概况。2014青岛世界园艺博览会植物馆工程位于青岛市天水路以北，百果山森林公园内，占地面积2.44公顷，工程总造价2.93亿。 本工程总建筑面积22749㎡其中地上建筑面积13522㎡，地下建筑面积9227㎡，是全亚洲最大的钢结构植物馆之一。建筑结构类型及层数：地上一层钢结构，地下一层混凝土结构A馆为暖温带植物展区，B馆为竹艺展区，C馆为温带植物展区，D馆为海洋展区，是世界上唯一一座把海洋展区建在山区的建筑物。

11.1.2 施工情况。整个植物馆分为四个馆区，钢结构为管桁架结构，总吨位只有约3000吨，拼装杆件却达到14000多根，而且所有杆件均为现场拼装焊接，且焊缝总长度达到了17000米，相当于10000吨常规钢结构工程的焊接量，植物馆幕墙整体结构为玻璃幕墙，所有玻璃幕墙分割快造型均为不规则三角形，总计板数约12000块。施工时间为2012年9月至2013年5月。

11.1.3应用效果。在施工过程中严格按照本工法中的工艺流程和质量要求进行施工，取得了良好的经济、社会效益。场馆幕墙的整体效果和施工速度得到了建设单位和监理单位的一致好评，取得了良好的社会效益。

1 前 言

近年来，点式玻璃幕墙呈现出前所未有的蓬勃发展，究其原因在于其安装方便，适应面广，有利于建筑外立面造型的美感实现。与此同时，存在一些问题，例如造价偏高、不利于玻璃受力和变形等。而双曲面球铰夹具玻璃幕墙作为点式幕墙的一种，因其造型美观、利于受力和变形，能够消化安装误差和变形误差，且易于建筑造型尤其是曲面建筑造型的表现，因此成为曲面幕墙造型的一种重要的解决方案。双曲面球铰夹具玻璃幕墙，依据点式幕墙玻璃变形的大挠度原理，使玻璃产生允许变形时玻璃应力大幅度降低，对于双曲面幕墙、弧形、折线幕墙，等具有广泛的适应性。

我公司在2014青岛世界园艺博览会植物馆项目异形空间幕墙工程的施工中，通过对圆形双曲面球铰夹具幕墙施工技术的深入研究和实践，提炼形成本工法，为同类工程的施工提供了借鉴、参考和指导。

2 工法特点

2.0.1吸收变形。圆形双曲面球铰夹具幕墙驳接头采用万向球铰连接，能够让驳接头吸收玻璃随风压产生的变形，减小变形造成的应力集中，从而减少玻璃的应力变形。

2.0.2 施工快捷，维修方便。双曲面球铰夹具幕墙无需安装主次龙骨，由此，施工速度相对较快。另外，由于各种原因，幕墙拆卸更换或维修在所难免，双曲面球铰夹具幕墙安装、拆卸维修方便，在更换维修时将不能影响幕墙的正常使用。

2.0.3 可调节性强。圆形双曲面球铰夹具幕墙采用万向球铰连接，能够吸收荷载对玻璃产生的变形，同时能够通过调节球铰夹具，消除土建施工的误差及加工误

差。

3 适用范围

本工法适用于：钢结构幕墙尤其适用于曲面复杂造型复杂的建筑物，对其他复杂造型玻璃幕墙有参考价值。

4 工艺原理

4.0.1对心驳接头降低玻璃变形时应力。对心驳接头指驳接头的转动中心和玻璃厚度中心一致。驳接头采用万向球铰连接的目的是为使驳接头吸收玻璃随风压产生的变形，减少变形应力。采用对心结构使玻璃的变形中心（即中性层）—玻璃的厚度中心与驳接头转动中心一致。在同样荷载作用下玻璃变形时应力最低。

4.0.2驳接头受重力的情况下减小扭矩。驳接头固定玻璃处受力分析如图4.0.2-1及图4.0.2-2所示。

M=G· e （式4.0.2-1）

其中，G为玻璃的重力；

N为螺杆球头的支撑力；

e为偏心距离；

M为扭矩。

G=N，驳接头的头部受到力矩G· e，以反作用力方式作用在玻璃孔周围，使玻璃孔周围产生很大应力（这种应力在目前设计计算中一般无法给予考虑）。这种应力在玻璃受风荷载，结构变形等应力组合作用下会导致玻璃破坏。对心驳接头，实现了驳接头的转动中心和玻璃厚度中心的一致（如图4.0.2-3）。这样偏心距e为零，附加扭矩T为零，降低了玻璃孔周围的应力。

4.0.3 双曲面球铰夹具夹持玻璃的方式利于玻璃转动，有效解决多块玻璃不共面问题。

球缺的平面部分贴合玻璃，球面部分贴合在夹具前后盖上（如图4.0.3-1）。玻璃内外两个球缺连同中间夹持部分的玻璃厚度正好形成球体，球心接近玻璃厚度中心，玻璃可以发生自由变形（如图4.0.3-2）。这样每块玻璃都可以绕各自的球心进行一定角度的转动，即可解决相邻六块甚至共多块玻璃不共面的问题（如图4.0.3-3）

5 工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

测量放线→基座焊接→防腐防火处理→扫描下料→球铰夹具安装→玻璃安装→嵌缝打胶→变形监测。

5.2 操作要点

5.2.1测量放线。根据设计要求进行放线确定点驳件位置。

5.2.2基座焊接。根据放线确定的点驳件位置，将点驳件与预埋构件或者钢结构焊接。

5.2.3防腐防火处理。在每个基座焊接后，对焊缝处进行打磨，焊缝超声检测完毕后，对基座焊缝进行防腐防火处理。

5.2.4扫描下料。采用三维扫描装置进行测量下料并形成三维模型。根据所得的烛点的扫描坐标系值，采用计算机辅助设计的方式，建立三维模型，对每块玻璃进行编号，并形成尺寸及规格料单，根据料单进行工厂加工。

5.2.5安装夹具。根据三维建模模型编号及在主体钢结构上的测量放线，进行夹具安装。首先安装托盘，并调节托盘上的玻璃肋隔板以便于后续玻璃安装。

5.2.6安装玻璃。根据三维建模的编号及相关的设计文件进行玻璃安装。安装玻璃时，采用专用吸盘将玻璃吸住，然后吊装抬升，到达安装点。

5.2.7嵌缝打胶。根据设计文件的要求进行密封打胶。

5.2.8变形监测

采用无线检测设施在重点的结构部位进行监测，并设置报警装置，如变形超过允许范围，及时维修处理，保证结构安全。

6 材料与设备

6.1材料

6.1.1圆形双曲球铰夹具、玻璃、烛棒、硅酮胶、焊条等。

6.2机具设备

本工法采用的机具设备包括：水准仪、全站仪、三维激光扫描仪、三维激光扫描仪配套软件、塔尺、棱镜、汽车吊、塔吊、数据储存设备、计算机、胶枪、电焊机、打磨机、米尺等。

7质量控制

7.1 规范与标准

《工程测量规范》 GB50026

《建筑工程施工质量验收统一标准》 GB50300

《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T139

《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133

《建筑玻璃应用技术规范》 JGJ 113

《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102

7.2 质量控制措施

7.2.1测量放线应当保证在规范及设计允许误差范围内。如果在管桁架结构上测量放线，应当保证相贯线交点即点驳件中心点。

7.2.2材料控制。材料进场前严格落实材料“三检”制度，进材料必须保证合格证和质量检测报告等证明文件齐全，而且材料与报告一致。

7.2.3点驳件焊接过程中，保证点驳件中心点即为钢结构构件的相贯线点。而且对焊缝进行超声波检测，保证焊缝达到设计要求。

7.2.4三维建模过程中须对材料进行编号，保证模型、料单及现场编码统一，便于施工和管理。

7.2.5安设烛点时，应将驻点插至点驳件底部，第一保证稳定、防脱落，第二可以保证烛棒与点驳件的切合度，提高扫描测量的精度。

8 安全措施

8.0.1测量、安全、信号工、塔吊工、施工人员等必须持证上岗。

8.0.2施工人员必须戴好安全帽，并系帽带。严禁酒后作业及违章作业。在操作层设置安全平网，保证作业人员安全。

8.0.3扫描工作过程中要安装固定到位，并由专人检查。

8.0.4烛棒安装属于高空作业，操作人员佩戴安全帽并穿防滑鞋。

8.0.5塔吊指挥人员应为专职的信号工且持证上岗。

8.0.6立面维护幕墙的测量借助脚手架时，在脚手架上进行测量作业应佩戴安全带。

8.0.7焊接过程中应疏散下部人流，避免交叉作业，并在作业下方设置金属制焊渣接斗，防止焊渣引起火灾。

8.0.8临电管理。设置专职人员进行临电管理，按照施工现场临电使用规范进行管理和使用确保用电安全。

9环保措施

9.0.1脚手架搭设后应挂设密目网防止扬尘。

9.0.2对装运建筑材料的车辆，派专人负责清扫及冲洗，保证行驶途中不污梁道路和环境。

9.0.3严格执行工程所在地有关运输车辆管理的规定。

9.0.4施工现场应做到整洁、卫生、活完料净，废弃垃圾应集中堆放、处理。

10 效益分析

10.1 经济效益分析

以2014青岛世界园艺博览会植物馆为例，综合考虑质量控制、成本造价以及对工期的影响等三个方面，与目前常用的二种可行方案进行经济分析。如采用非圆形双曲面球铰夹具幕墙，为了防止节点处玻璃因应力变形发生破裂，玻璃的厚度需比圆形双曲面球铰夹具幕墙增加约1/6,由此，材料费及运费增加约1/10。圆形双曲面球铰夹具幕墙整个植物馆玻璃的费用（含运费）约7200万，若采用非圆形双曲面球铰夹具幕墙，此项成本将增加约720万。因此采用圆形双曲面球铰夹具幕墙对于材料成本的降低起到了决定性的作用，经济效益显著。

10.2 社会和环保效益

本工法即取得了可观的经济效益，又取得了良好的社会效益。得到了建设方、监理方、设计方以及质检站的一致好评，巩固了企业在社会上的良好形象。异形幕墙工程的施工完成受到建筑界各类人士关注，业内同行多次组织观摩学习。尤其值得一提的是，通过三维扫描下料，可以大大降低工程事故的发生率，其隐形的安全效益也是巨大的。

11 工程实例

11.1 2014青岛世界园艺博览会植物馆工程

11.1.1工程概况。2014青岛世界园艺博览会植物馆工程位于青岛市天水路以北，百果山森林公园内，占地面积2.44公顷，工程总造价2.93亿。 本工程总建筑面积22749㎡其中地上建筑面积13522㎡，地下建筑面积9227㎡，是全亚洲最大的钢结构植物馆之一。建筑结构类型及层数：地上一层钢结构，地下一层混凝土结构A馆为暖温带植物展区，B馆为竹艺展区，C馆为温带植物展区，D馆为海洋展区，是世界上唯一一座把海洋展区建在山区的建筑物。

11.1.2 施工情况。整个植物馆分为四个馆区，钢结构为管桁架结构，总吨位只有约3000吨，拼装杆件却达到14000多根，而且所有杆件均为现场拼装焊接，且焊缝总长度达到了17000米，相当于10000吨常规钢结构工程的焊接量，植物馆幕墙整体结构为玻璃幕墙，所有玻璃幕墙分割快造型均为不规则三角形，总计板数约12000块。施工时间为2012年9月至2013年5月。

11.1.3应用效果。在施工过程中严格按照本工法中的工艺流程和质量要求进行施工，取得了良好的经济、社会效益。场馆幕墙的整体效果和施工速度得到了建设单位和监理单位的一致好评，取得了良好的社会效益。

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