球面棱锥玻璃幕墙的构建方法及其中的幕墙单元连接系统

摘要

本发明涉及一种球面棱锥玻璃幕墙的构建方法，其包括如下步骤：（1）搭建符合设计的幕墙支撑结构—球面网架,球面网架的每个角点形成连接节点；（2）在每个连接节点上竖直向上地设置一个支座，支座垂直于对应的连接节点处的切线方向；（3）在球面网架上搭建幕墙支撑单元体—四棱锥钢架单元；每个四棱锥钢架单元具有四个侧面和一个底面，底面的四个角点刚接在各自对应的支座上；（4）使用第一连接装置和第二连接装置，在每个四棱锥钢架单元的每个侧面上安装幕墙玻璃单元，形成球面棱锥玻璃幕墙，其具有球面四棱锥外形（荔枝外表）和三向位移功能。本发明还涉及用于球面棱锥玻璃幕墙构建的幕墙玻璃单元连接系统。

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种玻璃幕墙的构建方法及其使用的装置，尤其涉及一种球面棱锥玻璃幕墙的构建方法及其使用的幕墙玻璃单元连接系统。

背景技术

球体玻璃幕墙建筑物由于其独特的外形，而为现代社会大众所喜爱；但在现有技术中球体玻璃幕墙施工技术仍不成熟。众所周知，球体网壳结构在受外力（恒载、风荷载）作用下及温度变化的情况下，势必产生内力和位移。球体上任意一点的位移值不同、方向也不同，并且是三维的。三维的内力和变形，使幕墙结构产生复杂的附加内力和附加变形，缩短了幕墙的使用寿命。现有技术中一般的幕墙结构为平面结构，内力和变形是二维的，不适合球体网壳结构特点和变形特点。再者，现有技术中，玻璃幕墙的受力变形由结构胶来承担，在玻璃幕墙受到三维多方向外力的情况下，加快了结构胶老化，从而缩短了使用寿命，带来漏水等现象。

为此，需要提供一种改进的球面棱锥玻璃幕墙的构建方法及其使用的幕墙玻璃单元连接系统。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种球面棱锥玻璃幕墙的构建方法，其能构建出由棱锥侧面形成表面的球面棱锥玻璃幕墙，且其能承受三维的不同方向的外力，安装时能根据现场实际情况做出调整，结构胶不易老化，防水效果好。

   为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

   球面棱锥玻璃幕墙的构建方法，其包括如下步骤：

（1）搭建符合设计的幕墙支撑结构—球面网架，所述球面网架的每个角点形成连接节点； 

（2）在每个所述连接节点上竖直向上地设置一个支座，所述支座垂直于对应的所述连接节点处的切线方向；

（3）在所述球面网架上固定若干个四棱锥钢架单元,每个所述支座对应四个四棱锥钢架单元；每个所述四棱锥钢架单元形成四个侧面和一个底面，所述底面的四个角点对应于并固定于各自对应的所述支座上；

（4）使用第一连接装置和第二连接装置，在每个所述四棱锥钢架单元的每个所述侧面上安装一块幕墙玻璃单元；所述第一连接装置连接于形成所述侧面的侧棱的中部，每条所述侧棱上设置一个以上所述第一连接装置；所述第二连接装置连接于所述侧棱的底部；

其中，所述第一连接装置包括棱连接件、承托玻璃的第一副框以及连接于所述棱连接件和所述第一副框之间的第一中间连接件；

所述棱连接件包括下端弧部和上端连接部；所述下端弧部与对应的所述侧棱的外壁相适应且设置有螺孔，以利用螺钉使所述弧部被固定在所述侧棱的外壁上；所述上端连接部上设置有腰形孔；

所述第一副框包括用于承接幕墙玻璃单元第一玻璃托接部和第一导向槽，所述第一导向槽的横截内表面为圆弧形；所述第一导向槽位于所述第一玻璃托接部的下方的合适位置，以在起导向作用的同时满足所述幕墙玻璃的安装角度要求；

所述第一中间连接件包括与所述棱连接件的所述上端连接部对应的第一下连接板，以及连接于所述第一下连接板顶端的第一导向部；所述第一导向部和所述第一下连接板形成适当的夹角，以满足所述幕墙玻璃的安装角度要求；所述第一导向部的头部与所述第一导向槽适配，且所述头部的横截面为与所述第一导向槽内表面适配的圆形；所述第一下连接板上具有供螺栓穿过的螺孔，螺栓穿过所述螺孔和所述棱连接件的上端连接部的所述腰形孔，从而使所述第一下连接板与所述棱连接件的所述上端连接部可调节地固定连接在一起；

其中，所述第二连接装置包括连接侧棱的角码、连接幕墙玻璃的第二副框以及连接于所述角码和所述副框之间的第二中间连接件；对应的所述侧棱的底部设置有护板；

所述角码具有两个垂直的连接板，其中一个所述连接板与所述护板连接，另一个所述连接板与所述第二中间连接件连接，两个所述连接板上均设置有腰形孔；所述护板上设置有供螺栓穿过的螺孔，螺栓穿过所述螺孔和所述角码的对应连接板上的所述腰形孔，从而使得所述角码被可调节地固定在所述护板上；

所述第二副框包括用于承接幕墙玻璃单元的第二玻璃托接部和第二导向槽，所述第二导向槽的横截内表面为圆弧形；所述第二导向槽位于所述第二玻璃托接部的下方的合适位置，以在起导向作用的同时满足所述幕墙玻璃的安装角度要求；

所述第二中间连接件包括与所述角码的对应连接板连接的第二下连接板，以及设置在所述第二下连接板顶端的第二导向部；所述第二导向部和所述第二下连接板形成适当的夹角，以满足所述幕墙玻璃的安装角度要求；所述第二导向部的头部与所述第二导向槽适配，且所述头部的横截面为与所述第二导向槽内表面适配的圆形；所述第二下连接板上具有供螺栓穿过的螺孔，螺栓穿过所述螺孔和所述角码的对应连接板上的所述腰形孔，从而使所述第二下连接板与所述角码的对应连接板可调节地固定连接在一起；

（5）在相邻所述幕墙玻璃的对接处用结构胶密封。

本发明的目的之二在于提供一种用于球面棱锥玻璃幕墙构建的幕墙玻璃单元连接系统，其能连接于支撑主体与玻璃幕墙之间，起到承接作用；且安装时能根据实际情况做出调整，满足施工要求；能承受三维、不同方向的外力作用，起到一定的协调作用；降低结构胶的老化速度，提高使用寿命，提高防水性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

   球面棱锥玻璃幕墙构建中使用的幕墙玻璃单元连接系统，所述幕墙玻璃单元的安装架为四棱锥钢架单元，在所述四棱锥钢架单元的四个侧面上均分别安装所述幕墙玻璃单元；其特征在于：

    所述幕墙玻璃单元连接系统包括第一连接装置和第二连接装置；

所述第一连接装置连接于形成所述侧面的侧棱的中部，每条所述侧棱上设置一个以上的所述第一连接装置；所述第二连接装置连接于所述侧棱的底部；

其中，所述第一连接装置包括棱连接件、承托玻璃的第一副框以及连接于所述棱连接件和所述第一副框之间的第一中间连接件；

所述棱连接件包括下端弧部和上端连接部；所述下端弧部与对应的所述侧棱的外壁相适应且设置有螺孔，以利用螺钉使所述弧部被固定在所述侧棱的外壁上；所述上端连接部上设置有腰形孔；

所述第一副框包括用于承接幕墙玻璃单元第一玻璃托接部和第一导向槽，所述第一导向槽的横截内表面为圆弧形；所述第一导向槽位于所述第一玻璃托接部的下方的合适位置，以在起导向作用的同时满足所述幕墙玻璃的安装角度要求；

所述第一中间连接件包括与所述棱连接件的所述上端连接部对应的第一下连接板，以及连接于所述第一下连接板顶端的第一导向部；所述第一导向部和所述第一下连接板形成适当的夹角，以满足所述幕墙玻璃的安装角度要求；所述第一导向部的头部与所述第一导向槽适配，且所述头部的横截面为与所述第一导向槽内表面适配的圆形；所述第一下连接板上具有供螺栓穿过的螺孔，螺栓穿过所述螺孔和所述棱连接件的上端连接部的所述腰形孔，从而使所述第一下连接板与所述棱连接件的所述上端连接部可调节地固定连接在一起；

其中，所述第二连接装置包括连接侧棱的角码、连接幕墙玻璃的第二副框以及连接于所述角码和所述副框之间的第二中间连接件；对应的所述侧棱的底部设置有护板；

所述角码具有两个垂直的连接板，其中一个所述连接板与所述护板连接，另一个所述连接板与所述第二中间连接件连接，两个所述连接板上均设置有腰形孔；所述护板上设置有供螺栓穿过的螺孔，螺栓穿过所述螺孔和所述角码的对应连接板上的所述腰形孔，从而使得所述角码被可调节地固定在所述护板上；

所述第二副框包括用于承接幕墙玻璃单元的第二玻璃托接部和第二导向槽，所述第二导向槽的横截内表面为圆弧形；所述第二导向槽位于所述第二玻璃托接部的下方的合适位置，以在起导向作用的同时满足所述幕墙玻璃的安装角度要求；

所述第二中间连接件包括与所述角码的对应连接板连接的第二下连接板，以及设置在所述第二下连接板顶端的第二导向部；所述第二导向部和所述第二下连接板形成适当的夹角，以满足所述幕墙玻璃的安装角度要求；所述第二导向部的头部与所述第二导向槽适配，且所述头部的横截面为与所述第二导向槽内表面适配的圆形；所述第二下连接板上具有供螺栓穿过的螺孔，螺栓穿过所述螺孔和所述角码的对应连接板上的所述腰形孔，从而使所述第二下连接板与所述角码的对应连接板可调节地固定连接在一起。

本发明的有益效果在于：该发明的构建方法中分别构建起主要支撑作用的球面网架以及四棱锥钢架单元结构，保证整体结构的稳定性。该构建方法及其使用的幕墙玻璃单元连接系统下，四棱锥钢架单元上通过第一连接装置和第二连接装置安装幕墙玻璃，能在安装时根据实际情况调节，待安装到位后固定，使得安装更加方便快捷，适应性强；且第一、第二连接装置能承受三维的不同方向的外力，具有协调能力，能够自动消除球体网壳结构因荷载和温度引起的应力和变形，保证幕墙结构和密封胶处于简单的（一维，或二维）受力状态，延长幕墙结构的使用年限和防水维修周期。

附图说明

图1显示了本发明的构建方法中球面网架的俯视图。

图2显示了本发明的构建方法中球面网架的正面视图。

图3显示了本发明的构建方法及其使用的四棱锥体。

图4显示了本发明的构建方法及其使用的幕墙玻璃单元连接系统中的第一连接装置及其连接的幕墙玻璃。

图5显示了本发明的构建方法及其使用的幕墙玻璃单元连接系统中的第二连接装置及其连接的幕墙玻璃。

图6显示了本发明的构建方法及其使用的支座、连接节点。

具体实施方式

下面将结合附图,详细介绍本发明的优选实施方式。

本发明的一个实施例的球面棱锥玻璃幕墙的构建方法中，该球面棱锥玻璃幕墙为球状，其球面由若干个四棱锥角构成，每个四棱锥角的顶部构成球面的波峰，相邻两个四棱锥角的底部连接处形成球面的波谷，从而使得整个球状玻璃幕墙形成球面四棱锥形，即类似“桂味荔枝”的外形。下面将介绍该构建方法，在此过程中，用于构建球面棱锥玻璃幕墙的幕墙玻璃单元连接系统也会被详细的描述出来。由于球面与曲面的相似性，本发明的构建方法和支撑系统也适用于曲面棱锥玻璃幕墙的构建。

该球面棱锥玻璃幕墙的构建方法包括如下步骤。

（1）如图1所示，搭建符合设计球面的球面网架1，从其俯视图1及其正视图2看，该球面网架1为基本单元为三角形的钢网架,该球面网架1的每个角点（四个角点）均形成连接节点100。

    （2）在每个连接节点100上竖直向上地设置一个支座（图中未示出），支座垂直于对应的连接节点100处的切线方向。

（3）在球面网架1上固定若干个四棱锥钢架单元2（如图3所示），每个支座对应四个四棱锥钢架单元；每个四棱锥钢架单元2形成四个侧面和一个底面，底面的四个角点分别对应于球面网架1的相应的四个角点并分别固定于各自对应的支座上。

如图3所示，相邻两条侧棱3与其夹着的一条底棱4构成一个侧面（共有4个侧面）；四条底棱4构成一个底面、四个角点。在该四棱锥钢架单元2的五个角点，对接处都存在有空隙，在稍后的幕墙玻璃安装步骤后，需要在这些角点设置密封用的装置。

（4）参见图4、图5，使用第一连接装置20和第二连接装置40，在每个四棱锥钢架单元2的每个侧面上安装幕墙玻璃单元；第一连接装置20连接于形成侧面的侧棱3的中部，每条侧棱3上设置一个以上第一连接装置20；第二连接装置40连接于侧棱3的底部。

图4为从一条侧棱的中部横截后的示意图，其中标记10指代侧棱3，标记30指代幕墙玻璃单元。在侧棱13的外表面两侧对应地固定两个第一连接装置20、40，在两个第一连接装置20、40的顶端设置两个幕墙玻璃单元30，两个幕墙玻璃单元30形成一个顶角，在两者的对接处用泡沫棒33填充，并在泡沫棒33的外部设置硅酮密封胶密封。由于第一连接装置20与第一连接装置40两者结构相同，因此下文仅以第一连接装置20为例进行介绍。

（4-1）第一连接装置。

第一连接装置20包括棱连接件21、承托玻璃的第一副框23以及连接于棱连接件21和第一副框23之间的第一中间连接件22。

其中，棱连接件21包括下端弧部211和上端连接部212。下端弧部211与对应的侧棱3的外壁相适应且设置有螺孔2110，以利用螺钉2111使弧部211被固定在侧棱3的外壁上。上端连接部212上设置有腰形孔2120,能实现一定范围内的调节作用。

第一副框23包括第一玻璃托接部231和第一导向槽232。第一导向槽232的横截内表面为圆弧形；第一导向槽232位于第一玻璃托接部231的下方的合适位置，以在起导向作用的同时满足幕墙玻璃的安装角度要求。第一玻璃托接部231的托接面上设置有结构胶与双面贴31，以粘接玻璃幕墙单元。

第一中间连接件22包括与棱连接件21的上端连接部212对应的第一下连接板222，以及连接于第一下连接板222顶端的第一导向部221。第一导向部221和第一下连接板222形成适当的夹角，以满足幕墙玻璃的安装角度要求。第一导向部221的头部2210与第一导向槽232适配，且头部2210的横截面为与第一导向槽232内表面适配的圆形。这样，头部2210即能沿第一导向槽232滑动，又能两者适配铰接使得头部2210在第一导向槽232中能转动，实现两个方向的调节。其中，第一下连接板222上具有供螺栓穿过的螺孔（图中未示出），螺栓2121穿过螺孔和棱连接件21的上端连接部212的腰形孔2120，从而使第一下连接板222与上端连接部212可调节地固定连接在一起。

上述第一连接装置20能实现X、Y、Z三个方向的协调，具体实现调节在于：1、棱连接件21的腰形孔2120，其沿着棱连接件21的上端连接部2120纵向设置，使得连接的第一中间连接件22及其上的装置能沿该腰形孔2120的纵向作调整，即Y方向调整。2、玻璃副框23的第一导向槽232的方向平行于幕墙玻璃单元的面，如图4所示垂直于纸面方向，第一中间连接件22的头部2210能沿该方向滑动，从而实现X方向的调整。3、第一中间连接件22的头部2210能在玻璃副框23的第一导向槽232中转动，转动方向垂直于X方向，即实现Z方向的调整。这样，当玻璃幕墙单元安装后，在受到三维的应力和变形时，能通过上述途径得到调节，避免应力过大或变形造成的破坏，而且此时结构胶也不会承受过大的应力和变形，其使用寿命因此会大大地增长，避免玻璃幕墙单元对接处漏水。

如图4所示，一条侧棱10上对称地连接两个第一连接装置20、40，这两个第一连接装置20、40呈镜像设置，使得两者连接的两块玻璃幕墙单元30形成相同的倾斜度，并在顶部对接，形成“波峰”。实际施工中为了加强稳固效果，对应于每块玻璃幕墙单元，可以在侧棱10的上下不同位置设置两个以上的第一连接装置20。又结合图3，一块玻璃幕墙单元对应两条侧棱，那么每条侧棱上都分别设置一个以上的第一连接装置20。当然，在本发明其他的实施例中，第一连接装置20的数量和安装位置也可以与本实施例不同，只要将玻璃幕墙单元安装妥当即可。

（4-2）第二连接装置。

图5显示了左、右两个相邻的四棱锥钢架单元，这两个四棱锥钢架单元的两条底棱43、53均固定安装在底座80上，相应的相邻底棱42、52的端部也固定在底座80上；而底座80安装在支撑网络系统的相邻杆件91、92间的节点93上。

第二连接装置60、70分别安装在上述两个四棱锥钢架单元的侧棱41、51的底部、靠近底棱42、52的地方。第二连接装置60、70连接的两块玻璃幕墙单元底部对接处形成“波谷”。由于两个第二连接装置60、70的结构相同，下文仅以第二连接装置70为例进行描述。

如图5、图6所示，四棱锥钢架单元的侧棱51的底部位置设置有护板511，用于安装第二连接装置70。

该第二连接装置70包括连接侧棱51的角码71、连接幕墙玻璃单元的第二副框73以及连接于角码71和副框73之间的第二中间连接件72。

其中，角码71具有两个垂直的连接板711、712，其中一个连接板711与护板511连接，该连接板711对应的位置设置有腰形孔7110。护板511上设置有供螺栓穿过的螺孔，螺栓512穿过螺孔和角码71的对应连接板711上的腰形孔7110，从而使得角码71能被可调节地固定在护板511上。角码71的另一个连接板712与第二中间连接件72连接，该连接板712上也设置有腰形孔。

第二副框73包括第二玻璃托接部731和第二导向槽732，第二导向槽732的横截内表面为圆弧形；第二导向槽732位于第二玻璃托接部731的下方的合适位置，以在起导向作用的同时满足幕墙玻璃的安装角度要求。第二副框73的结构与第一副框23的结构相似，在此不累述。在第二玻璃托接部731的托接面上设置有结构胶和双面贴730，以粘接玻璃幕墙单元50。相应地，另一玻璃幕墙单元40也是如此安装。

第二中间连接件72包括与角码71的对应连接板712连接的第二下连接板721，以及设置在第二下连接板721顶端的第二导向部722；第二导向部722和第二下连接板721形成适当的夹角，以满足幕墙玻璃的安装角度要求。第二导向部722的头部7220与第二导向槽732适配，且头部7220的横截面为与第二导向槽732内表面适配的圆形。第二下连接板721上具有供螺栓穿过的螺孔（图中未示出），螺栓720穿过螺孔和角码71的对应连接板712上的腰形孔（图中未示出），从而使第二下连接板72与角码71的对应连接板712可调节地固定连接在一起。该第二中间连接件72的结构与上述第一中间连接件22的结构相同；第二中间连接件72与第二副框73的连接方式与第一中间连接件22与第一副框23的连接方式相同，参照上文（4-1）即可。

上述第二连接装置70能实现协调，具体实现调节在于：1、角码71的相应连接板711上设置的腰形孔平行于侧棱的纵向方向，如图5所示，即能沿A方向调整；2、角码的相应连接板712上的腰形孔垂直于该侧棱的纵向方向设置，如图5所示，即能沿B方向调整；3、与其适配的玻璃副框73的第二导向槽732的方向，如图4所示垂直于纸面方向，第二中间连接件72的头部7220能沿该方向滑动，从而实现C方向的调整。4、第二中间连接件72的头部7220能在第二玻璃副框73的第二导向槽732中转动，转动方向垂直于C方向，即实现D方向的调整。这样，当玻璃幕墙单元安装后，在受到三维的应力和变形时，能通过上述途径得到调节，避免应力过大或变形造成的破坏，而且此时结构胶也不会承受过大的应力和变形，其使用寿命因此会大大地增长，避免玻璃幕墙单元对接处漏水。

本发明用于上述球面玻璃幕墙构建的幕墙玻璃单元连接系统的实施例中，幕墙玻璃单元的安装架为四棱锥钢架单元，在四棱锥钢架单元的四个侧面上均分别安装幕墙玻璃单元；该幕墙玻璃单元连接系统包括第一连接装置和第二连接装置。第一连接装置和第二连接装置在上文已经详细描述，因此幕墙玻璃单元连接系统也得以阐述。

以上介绍的是本发明的优选实施例而已，当然不能以此限制本发明的范围。任何对于本发明技术方案的等同变换和替换，都在本发明的保护范围之内。