北京天文館新館的建筑位置位于北京市西直門外大街138號，總建筑面積22000平方米．是一個大型綜合性天文館。工程建筑設計由美國王弄極建筑師事物所和中國航天建筑設計研究院聯合承擔完成；玻璃幕墻設計和施工由深圳市三鑫特種玻璃技術股份有限公司承擔完成。(圖1)
圖1 北京天文館新館北立面 建筑物由五層
鋼筋混泥土結構、鋼
結構玻璃幕墻及
采光頂、馬鞍形玻璃通道和四個各具象征意義的玻璃旋體組合而成。在四個玻璃旋體內部分別布置多功能廳、動感影劇院、天文觀測臺等功能建筑。在建筑物中部設置了一個由異形玻璃拼接的馬鞍形玻璃通道貫穿整個建筑，將北立面的玻璃幕墻和南立面的
石材幕墻連接。其建筑創意新穎、造型別致、層次分明，用玻璃與
鋼結構的有機結合體現了過去與未來、藝術與自然的和諧統一。本工程為北京市六十項重點工程之一。
在本工程玻璃幕墻和玻璃旋體的設計與施工過程中，我們嚴格按照建筑師的原創意圖和精神，力求用最先進的加工手段和最精確的工藝技術將建筑設計意圖完美的表現出來，使整個建筑成為一個精湛的藝術品。
玻璃工程分成三個主要部分：北立面幕墻以及采光頂、馬鞍形玻璃通道、四個空間鋼結構玻璃旋體。無論從設計和施工的技術難度都超乎想象。
1、北立面玻璃幕墻和采光頂
北立面玻璃幕墻由于
建筑節能要求，玻璃采用8mm(鋼化)+12A(
中空) +8mmLow—e(鋼化)玻璃，玻璃基本分割尺寸3000mmXl000mm。幕墻按橫明豎隱構造。同以往幕墻結構系統不同，橫向由T
型鋼龍骨支托，既作為外視橫線條也作為
玻璃面板的水平
支承結構。在建筑物北立面幕墻與東、西立面幕墻的銜接過渡處是由兩段不同半徑的弧面銜接過渡，避免通常情況下的直角銜接；在幕墻的西側局部為球型玻璃表面，而球面與
平面銜接處為平滑過渡的空間三維
曲面，設計、加工及安裝難度均為國內幕墻業所不多見。整個建筑物線條流暢合理，與周圍建筑物益顯和諧。(圖2)
圖2 北立面局部圖 北立面幕墻結構按9m跨度布置18根中800mm直經的鋼管柱，為適應玻璃幕墻的藝術造型，在18根直徑為φ800mm、高度為30m，每根重量為9．9噸鋼
立柱中就有8根為
彎曲鋼柱。由于鋼管的直徑太大，彎曲孤線要求
精度高，又是每根彎曲弧線不一致，給加工制作和現場安裝造成了很大的難度。經技術人員、施工人員多次試驗，克服了各種困難，最后采用方案是：在后場分級
熱彎剪裁成型；在現場放樣逐級校正的辦法。
圖3 北女面鋼結構內視 在安裝過程中采用了全站儀三維坐標放樣法與直角坐標空間定位結合的方案進行定位放線，同時將數據輸入電腦，依靠專用程序進行跟蹤校核，并隨時調整以保證安裝的準確度，確保了鋼結構施工的順利完成。結構計算采用先進的ANSYS
有限元計算軟件，整體建模分析在受到100 年一遇的最大
風荷載時的安全性能同時又分別對幕墻進行結構靜力計算和地震反應譜分析。見圖5，分析計算模型圖。
圖4 北立面鋼結構
圖5 有限元整體計算模型圖 為達到立面通道的效果，在柱與柱之間的支承結構上我們采用了9m跨的變載面水平
玻璃肋作為玻璃幕墻受風
荷載的主要支承結構，用橫向玻璃肋與鋼方通的組合結構支撐著有橫向線條的立面玻璃，用~12mm的
鋼拉桿來保證玻璃肋的平面外穩定，這在國內是首次使用的。為確保安全，玻璃肋采用25．52mm的雙
鋼化夾膠玻璃，用
不銹鋼夾板連接，并通過運用ANSYS軟件作整體計算和幕墻三項性能實體試驗證明，該結構安全、合理。
圖6 北立面橫向玻璃肋 采光頂采用隱框作法，玻璃為中空鋼化
夾膠玻璃。
排水坡度為3％。根據建筑物的功能要求設置13個電動通風排煙
窗。為避免夏季陽光的過度照射，在采光頂的室內我們設置了玻璃
遮陽百頁。合理的
節點設計和材料組合保證幕墻的功能要求。(見圖7)
2、馬鞍形玻璃通道
在建筑物中部設置了一個由曲形鋼結構支撐，用360片不同尺寸規格的雙曲面
熱彎夾膠玻璃拼接的馬鞍形玻璃通道。貫穿整個建筑，將北立面的玻璃幕墻和南立面的石材幕墻連接。它的特殊之處在于極具創造性的利用鋼結構和雙曲面玻璃組成連續的馬鞍形空間雙曲面。(見圖8)、(見圖9)
圖7 采光頂外視圖
圖8 雙曲面馬鞍形玻璃通道
圖9 雙曲面馬鞍形玻璃通道結構圖 在南、北立面的馬鞍通道人口處，由于外形和玻璃分割線所限，使鋼結構龍骨的加工和玻璃的加工安裝碰到很大的難題。
固定玻璃的次龍骨是曲線形，而固定玻璃的槽口又要與玻璃的邊緣對應，這就出現了次龍骨為曲線扭曲形狀；異形邊雙曲面玻璃最大長度達
3680mmXl200mm，這在國內玻璃加工業是從未遇到過的難題。經多次論證和試驗，確定了加工安裝方案：
①鋼龍骨的分兩步進行，首先將龍骨的外形按設計要求的曲線制作成形，保證將誤差控制在土1．5mm之內，并預安裝到位，再按每隔lOOmm作一個與玻璃面的切線對應點，確定扭曲度數并逐級校正成形，確保玻璃邊緣與龍骨槽口吻合。
②異形雙曲面玻璃的加工采取每片玻璃對應一個鋼
模具的辦法。用網格式空間模形確定玻璃下料尺寸。在模具制作時按網格橫線條的曲度將鋼管彎曲成形。每隔lOOmm一根曲形鋼管并按網格的豎向線條曲度拼接成空間雙曲面模具，并預留出玻璃在燒制過程中回彈尺寸余量，保證玻璃的曲面偏差在±2．5mm之內，外形尺寸偏差在±3mm之內。
經過嚴格的對加工制作、現場安裝每道工序控制，解決了一個又一個的技術難題，一個由360個鋼模具加工出來的尺寸各異、形狀不同的玻璃馬鞍體通道如期建成，完美的達到了建筑效果的要求。
3、玻璃旋體
四個各具特色空間玻璃旋體的共同特點是在豎向坐標的一系列圓心隨著高度的變化在空間不斷飄移，每一層玻璃水平分割線的圓心坐標位置各不一樣，最大相差3670mm，并由半徑不斷變化的圓弧在空間組合形成空間弧面。旋體最高為38．5m并高出屋面8．5m異形玻璃的基本分割為1000mmXl000mm。(如圖)
1號旋體的最大直徑為24m，最小直徑為15．8m，總高度34m。玻璃為上下兩點支承，玻璃之間為
搭接開縫式連接，安裝在鋼結構的外側；2號旋體的最大直徑為25m，最小直徑為19．5m，總高度為34m，玻璃為上下兩點支承，玻璃之間為搭接開縫式連接，安裝在鋼結構的內側；3號旋體的
截面為大、小圓相交，并分室內、室外兩部分。大圓最大直徑18m，小圓最小直徑13m，總高度為38．5m；玻璃均為四點支承，玻璃之間 為搭接閉縫式連接，室內為鋼化夾膠玻璃，室外為中空
鋼化玻璃。在3號旋體的頂部設置了點支式斜面
玻璃采光頂；4號旋體的截面隨圓形，豎向支承結構和豎向玻璃縫均為螺旋式，旋體總高度為32．8m，玻璃為上、下兩點支承，玻璃之間為搭接開縫式連接，玻璃安裝在鋼結構的外側。(如圖10)
圖10 空間玻璃旋體實拍圖
空間玻璃旋體鋼結構的設計、施工難點在于結構空間組合的任意性．共計320根體形各異的鋼管需要進行空間三維加工，其中主管為q0159X 6mm，次管為120X 60X 5mm矩形管，結構與玻璃板面是通過不銹鋼爪件連接，安裝精度要求極高。在6200個玻璃安裝點上，每個點的尺寸誤差都必須控制在土2mm之內。
為解決技術難題，在設計中根據工程特點發明了新的節點并使用在本工程上：“雙頭連接駁接頭”、“可調式轉角支承爪件”、“雙層玻璃定位夾”等，都是針對本工程設計的特殊節點。既解決了設計于施工難題又滿足了建筑造型的要求。
在結構設計上充分利用先進的結構計算軟件建立四個旋體的空間模型，對旋體的每一條桿件都進行靜力學和動力學的分析。確保結構的安全性。
由于該結構體系為空間變化，形體復雜，一方面要保證龍骨結構視覺造型上的藝術性，另一方面還要控制鋼結構加工、安裝的誤差。在結構設計中采用專用3D建模軟件，準確確定弦體曲面位置和結構的空間參數，以保證施工圖設計和加工工藝的精確度；工廠加工時采用了三維剛性胎模控制、檢測幾何尺寸保證每根鋼管的空間彎曲度；現場安裝時將每根鋼管的電腦定位座標用全站儀三維空間定位，再用激光經緯儀配合跟蹤測量，以確保玻璃安裝時準確無誤。
在北京天文館新館玻璃幕墻和玻璃旋體施工中采用了多項新工藝、新材料、新技術，其難度之大精度之高為國內鋼結構和幕墻的設計、安裝所不多見的，其中許多地方都打破了常規，為國內幕墻特殊異型鋼結構的安裝，積累了豐富的經驗。
參考文獻
[1)《jC京天文部館新館施工圖技術說明》——深圳三鑫公司
[2]《點支式玻璃幕墻設計與施工》——王德勤
[3]《北京天文館新館幕墻工程施工工藝》——深圳三鑫公司
[4]《北京天文館新館幕墻結構相關技術》——王德勤
[5]《玻璃幕墻工程技術規范》
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