建筑项目屋面采光顶系统分类及结构浅析
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[摘要]：采光、遮风挡雨、保温、隔热、装饰的功能，结构形式多样，合理进行分类，便于指导设计和施工。结构形式的确定，利于造型和工程应用。
[关键词]：采光顶 分类 选型结构形式
中图分类号：G267 文献标识码：A 文章编号：
1．前言
建筑玻璃采光顶作为建筑物护的一种，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。
2．玻璃采光顶分类
建筑玻璃采光顶是随建筑发展而形成和发展的，从古代建筑到现代建筑，形
成了多种形式的采光顶。从造型和外形来分有平顶、坡顶、拱顶、圆顶、空间曲面顶、各种平面几何形状顶、单坡顶、双坡顶、半圆球顶、1/4圆球顶、圆锥顶、多角锥顶、锥体顶、圆穹顶等等，并由此组合成联体、群体形式。与建筑关系来分又有独立式、嵌入式、骑脊式等形式。由此来看，其造型形式多样种类繁多。从其构造组成来看，支承方式也有多种，早期有木质结构支承采光顶、钢木结合支承采光顶，现代建筑主要有钢框架支承采光顶、铝框架支承采光顶、钢铝结合组合式支承采光顶、玻璃支承采光顶、点式支承采光顶、点式支承采光顶又分钢结构支承、玻璃支承、拉杆、拉索支承及组合支承等多种形式。从安装形式有分体式和整体式两种安装方式（即框架式和单元式）。从使用功能性来分，绝大部分是封闭采光保温型采光顶，也有开敞式、遮阳型（或装饰型）采光顶以及动态调控型（可整体移动型）。
建筑玻璃采光顶是建筑的关键部位，其与建筑构造的处理，承受荷载组合方
式多重，防水构造工艺难度高，内外视效果表现重要，所以其分类尤为关键，有了一好的划分方式，可以针对性制定相应的构造设计与制作安装标准，可以确保结构安全、密封可靠、保温隔热、装饰效果良好、制作和安装工艺合理。针对上述问题建议从以下几个方面划分。
2．1按造型和外形分：平顶、坡顶、弧形顶、异形顶、组合顶。
造型是采光顶直观表现，分类是必要的，但其种类细分有多种，从其本质划分，能够达到大同而小异，其形体都能归结在其本造型中，以其本造型来划分。
2．2按与屋盖的立面关系分：独立式顶、嵌入式顶、骑脊式顶。
采光顶与建筑密不可分，与建筑的结合形式，决定其受力传力方式、构造处理。应合理划分其方式，通过建筑形体确定荷载参数。特殊形体应做风洞实验。
2．3按使用功能分：封闭保温式顶、敞开式顶、移动式顶。
使用功能决定构造设计形式、荷载传递形式，采光顶制作和安装也有区别。
2．4按支承方式分：框式支承玻璃采光顶、点式支承玻璃采光顶、单元式支承
玻璃采光顶，组合支承玻璃采光顶。
玻璃采光顶支承方式是结构设计的本质划分方式，从设计、制作和安装来讲是针对结构形式来选用进行的。所以按支承方式划分几大类别主要是基于构造组成、传力方式、制作和安装方式来划分。采光顶结构设计按支承方式不同进行分类设计。
3.采光顶的结构设计
3.1框式支承玻璃采光顶
3.1.1框式玻璃采光顶由饰面材料、龙骨、连接构造、密封系统组成。饰面材料应采用安全玻璃，选用夹层中空玻璃或夹层玻璃，单片最小厚度不应小于6mm，有保温隔热要求的须选用夹层中空玻璃，非夹层玻璃和单独使用的夹层玻璃采用钢化处理，夹层玻璃的夹层胶片不应小于0.76mm。
3.1.2龙骨选用铝合金型材、钢型材或钢桁架，表面处理符合相关材料规定的要求，满足防腐和防火及装饰的要求。
3.1.3框式结构采光顶分为明框、半隐框和隐框形式，半隐框和隐框形式须采用硅酮结构胶粘接，采用分体式粘接方式，即在工厂内将玻璃板片与附板粘接，现场施工采用机械方式连接。
3.1.4支承结构可分为双向龙骨体系、单向桁架+单向龙骨体系，双向桁架以及单向桁架+双向单龙骨体系等多种。龙骨与主体结构铰接，当支承点可能产生较大位移时，应采用与位移相适应的支承装置。
3.1.5龙骨之间连接采用可伸缩结构，一般应预留1.5～2.0mm间隙，对于多根龙骨一点连接必须采用专用连接件连接。形成坡顶的构造，顶部设置专用泛水，一般构造顶部不采用隐框方式，利于密封，防止漏水。
3.1.6构造防水设计，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。
3.1.7玻璃槽口安装尺寸必须符合《建筑玻璃应用技术规程》的要求，对于特种形式要计算玻璃板块位移量，按计算结果设置构造。
3．2点式支承玻璃采光顶
3.2.1点式玻璃采光顶由饰面材料、驳接系统、支承体系、连接构造、密封系统组成，玻璃选用同框式玻璃采光顶，所用玻璃均钢化处理，夹层玻璃夹层胶片厚度宜不小于1.14mm。四边形玻璃面板可采用四点支承，有依据时也可采用六点支承，三角形玻璃面板可采用三点支承。采用浮头式驳接系统玻璃厚度不应小于6mm，采用沉头式驳接系统玻璃厚度不应小于8mm（包括中空玻璃及夹层玻璃的单片厚度）。
3.2.2玻璃接缝采用硅硐建筑密封胶嵌缝，不应小于10mm，并计算位移量，按计算结果选取，支承孔周边采用多道密封措施。
3.2.3支承头应能适应玻璃面板在支承点处的转动变形，宜采用球铰形式。
3.2.4支承结构可采用单根型钢或钢管、桁架、肋玻璃、张拉杆索体系，以及组合体系。对于较大跨度优先选用组合体系。受压杆件的长细比不应大于150，在风荷载标准值作用下，挠度限值宜取跨度的1/300。张拉杆索体系，其挠度限值取支承点跨度的1/200。结构形式设计要充分考虑稳定验算，整体稳定和局部稳定应分别校验，并加构造处理。
3.2.5张拉杆索体系设计的连接件、拉杆、拉索宜采用不锈钢材料，拉索宜采用不锈钢绞线，铝包高强钢绞线。张拉杆索体系的预拉力最小值应使拉杆或拉索在荷载设计值作用下保持一定的预拉力储备。
4．结束语
玻璃采光顶是建筑装饰中构造较难处理和运用的特种结构形式之一，其安全性和功能性决定构造应用的多重性。大量的工作需业内人士深入的研究、实验和开发。巴黎戴高乐机场的候机厅和莫斯科德兰士水上乐园玻璃屋顶的突然倒塌教训深刻。采光顶的构造设计，材料选用以及加工、组装及现场安装都是其关键的环节。在一些大型采光顶构造设计中建议引入破损安全理念和剩余强度的设计要求，确保结构的高安全度。本文供业内人士参考，不妥之处，敬请指正。
参考文献：[1]中国建筑材料科学研究院主编《建筑玻璃应用技术规程》
北京：中国建筑工业出版社
[2]张芹主编《建筑幕墙与采光顶设计施工手册》
北京：中国建筑工业出版社
[3]中国建筑科学研究院主编《玻璃幕墙工程技术规范》
北京：中国建筑工业出版社