2.3 三角形玻璃板块设计
三角形玻璃板块遍布单体表皮，分布在采光天顶、立面、吊顶底面，具有空间任意多角度形态的特点。空间异形体设计难点有两个方面：1)经优化后的构造设计，能采用较少的模具种类完成平面内从阴角90°到阳角 90°的板块变化，实现建筑表皮造型控制;2)在用玻璃系统对于异形网壳钢架主体结构平面内、外变形进行适应性设计的同时，兼顾板块重力影响。为此，我们研究了已建成的上海世博轴的曲面采光顶喇叭状工程的构造案例(图4)。
图4 世博轴曲面采光顶节点详图示意
这种系统将板块夹角变化的功能落实在玻璃附框的圆弧形模具上面，三角形玻璃板块系统采用的是连续外部点压多点固定的方式，它适用于表皮玻璃板块之间的夹角变化范围不大(圆弧形模具可调角度有限)，一般适用于坡度不大的采光顶或斜立面角度变化不大的幕墙系统。但是本项目中相邻板块玻璃品种(厚度)不一致，角度变化大，特别是有吊底玻璃面的时候，这种框架式的构造形式难以胜任，甚至有安全隐患。异形钢网壳主体结构的平面内、外变形较大，支撑构造也需特殊处理。又经考察上海悦达 889 项目，玻璃采用点支撑系统，与本项目相差甚远，无可借鉴(图5)。
图5 上海悦达889项目
必须以一种创新的、积极的设计思维走出困境。通过对表皮分格形态的研究，设计团队终于发现所有的玻璃板块在重力方向上是由两种基本形状的三角形板块组合而成(图6)，故决定采用玻璃单元板块形式。事实证明，通过玻璃板块之间角度的变化来解决整体造型的角度变化问题，是可行的(图7)。将玻璃与附框做成单元体形式，单元体与支座采用类似雨棚拉杆铰接的形式，以点支式固定到主体钢结构上，板块之间的夹角可通过固定点铰支约束完成。
图6 “欢庆之云”三角形板块基本形状类型
图7 “欢庆之云”三角形板块三维效果图
另外，从钢结构主体变形数据整理和计算中得到在全荷载工况下相邻板块之间平面外变形值，结合板块之间硅酮密封胶宽度的伸缩极限，确定单元边框型材开模的数量和种类，在适应平面外变形的同时，圆满完成建筑表皮形体的表达。
玻璃单元板块本身设计为明框嵌槽，辅以结构胶粘结玻璃做安全保障，且保证了玻璃与附框共同位移，将玻璃与附框之间的平面内位移转换到单元板块与主体支座间的位移变形。同时，根据重力原理，在三角形板块上设置两种类型支座约束，确保玻璃幕墙系统平面内位移的适应性，平面内变形指标达到 1/100 以上。图中支座 B解决了板块的重力问题，支座 A 用以解决平面内变形，由于板块和支座转接件之间采用轴销铰接，使玻璃板块处于任何位置都具有足够的安全性，全工况均此
。
“欢庆之云”支座约束类型原理图
2.4 小结
三角形玻璃空间幕墙的设计，由于空间任意角度的关系，在设计思路上需要另辟蹊径。研究主体结构类型以及全工况下，当变形发生时对表皮的影响;玻璃形态和建筑找形须依靠 BIM 技术，根据单块玻璃的形状考虑重力设计，通过外表面以明框、隐框、点式等的不同表现形式，研究系统合理性;重点分析相邻玻璃板块之间平面内外变形的规律，抉择系统设计。
3 类似案例及思索
近年来，在英国建筑师 Benoy 极力推广的商业建筑设计中，采用单层异形网壳自由曲面采光顶作为中庭采光顶设计的项目越来越多，已形成一定规模的市场。考虑到自由曲面采光顶设计包含顶面、立面、顶面等不同角度的空间形态，大部分表皮系统采取以主体钢结构为支撑的幕墙系统，这在现行规范中尚无界定。
目前，单层网壳节点设计一般有两种类型：焊接节点和螺接节点。而规范条款规定为须采用刚性节点，以控制整体的挠度和变形。
如图所示，两个项目的玻璃面层与主体钢结构接近，从而显得整个体系轻盈通透，赋予建筑与结构之美感。可以看到，经优化的设计使主体结构和幕墙系统趋于合理，对于钢结构和幕墙的构件而言，其生产加工、连接工艺的先进性正是项目获得成功的关键，值得深思。
上海悦达889自由空间曲面点支式玻璃边夹支撑系统
上海K11艺术购物广场自由空间曲面钢结构焊接节点系统
4 结论
表皮设计承担着文化历史的传承与创新的重要作用。对于特定的文化建筑或者城市标志性建筑物，需要以不同寻常的辨别度、气度非凡的表皮语言，淋漓尽致地激跃其设计理念，这就要求幕墙设计和材料运用有所突破，不得不承认幕墙设计师正面临着前所未有的挑战。
本文正是通过具有相当代表性的自由曲面三角形玻璃幕墙系统的设计介绍，展现攻克技术重点与难点的过程，以开辟新的思路。
