采光顶工程设计中存在的问题及解决对策分析

　　图4(a) 中央统战部采光顶剖面图

　　图4(b) 节点A详图

　　3.2 结构设计不合理

　　3.2.1 结构体系选择不当，挠度控制不够严格。

　　采光顶的结构体系如果选择不当，会使结构体系甚至是整个采光顶都处于不稳定的状态。例如单层索网体系，如果不经过严格地论证，盲目地采用，再加上预应力施加不正确，极有可能在结构验算时，变形都满足要求，但在长期温度应力作用下，使采光顶的结构在平面内产生过大的变形，导致密封胶开裂，最后出现渗漏现象。所以说在结构体系选择时，尽量不要选择变形不够稳定的单层索网结构。如果必须选用，那么应加大胶缝的宽度到30mm，并采用可承受更大变形的(压缩模量大)的密封胶。

　　对采光顶的挠度控制不够严格是指：一、指上文提到的标准要求不够严格;二、对在恒载长期作用产生的挠度估计不足。很多采光顶设计师经常会忽略组合挠度?的问题(?=?1+?2，其中?1为结构梁的挠度，2为玻璃的挠度)。只有当?1+?2<Δ(Δ为起坡绝对值)时，排水才会通畅，玻璃表面才不会积水。因此，除通过修订规范从严规定?1和?2自身的允许挠度值外，设计师还应根据积水的情况适当增加安全系数。例如在采光顶的汇水位置，因为瞬间会积水很高，所以计算强度和挠度时只考虑板块和支撑体系的自重作用显然是不恰当的。

　　3.2.2采光顶结构不设变形缝，预应力构件跨越结构变形缝。

　　一般来说，采光顶采用的结构(如钢结构、铝结构等)体系，吸收变形的能力都很强，其自身可不设变形缝。只有当主体结构设有变形缝，采光顶的整体结构才随着主体结构设置变形缝。

　　图5 采光顶变形缝处做法

　　图6 不同建筑物采光顶剖面

　　如图5为跨越Ⅰ、Ⅱ两段结构间的变形缝的采光顶，此处的采光顶的支撑结构应增设一根钢梁或钢柱，同时玻璃面板应完全分离，其缝隙不得小于25mm，同一块玻璃严禁跨越变形缝。如图6所示，工程中经常在两建筑物之间增加采光顶，这两建筑物有可能相互完全独立，由基础沉降、温度变形或地震等因素引起的变形角则可能不同。因此横跨于两楼之上的采光顶，必须具有较强的自变形能力，以适应两楼不完全一致的变形。通常的做法是支撑结构采用铰支座或滑动支座，其变形角能吸收建筑物的变形差异;此处的面板应尽量采用金属板，而不是玻璃。

　　对于采光顶的预应力构件跨越结构变形缝的问题，非常棘手且不易解决。如图7为青岛某工程的采光顶，整个采用索杆结构，即南北向为张弦梁，东西向为预应力索，位于结构Ⅰ段和Ⅱ段之间，中间跨过一个伸缩缝。由于温度变形的不确定性，施加的预应力损伤也难以确定，从而使结构处于不稳定状态。玻璃面板发生渗漏现象，也就不可避免了。实际施工时，只能将温度变形的预应力损失考虑到最大，但也存在过强拉的问题。因此，在土建结构设计时要尽量避免出现类似问题。

　　图7 预应力索的采光顶跨伸缩缝

　　图8 采光顶与铝镁锰合金板（词条“铝镁锰合金板”由行业大百科提供）连接的错误做法

　　3.3.3 不同结构体系混用，土建结构设计不到位。

　　同一个采光顶由不同结构组成，也许由混凝土结构（词条“混凝土结构”由行业大百科提供）和钢结构组成，或者由桁架梁结构，和索网结构组成，或者由钢网壳结构和铝网壳结构组成。由于各种结构体系自身刚度不同，对同样荷载产生的变形也不同，有可能造成两者的变形不协调。这种变形不协调在不同结构接触位置，极有可能引起玻璃面板破坏，密封胶开裂。就比如郑州某大学的教学楼采光顶工程，同一采光顶由双层网壳和单层索网两部分构成，外形非常漂亮。由于双层网壳刚度非常大，而单层索网则相对较弱，两者交接处，变形不一致，常常出现胶缝开裂并发生雨水渗漏。所以，同一采光顶尽量采用同一种结构形式，不可多种结构形式混用。当不可避免地采用多种结构形式时，应当增设变形过渡区，使不同结构类型的变形能逐渐地协调一致。

　　土建结构工程师有时设计不到位，比如某穹顶采光顶工程采用单层网壳结构，将其部分支座放在一层地面上，既没有基础又不与主体结构连成一个整体，土建结构的设计工作显然没有完成，却把此难题推给采光顶设计师。采光顶设计师也一定束手无策，还得采取增设混凝土环形基础等方法解决此难题。因此，采光顶在设计前，首先要看土建设计是否完成，是否已提供一个结构稳定、可靠的承重体系。

　　3.3 节点构造设计不合理

　　3.3.1 不同界面的连接做法不合理

　　与采光顶接触的界面可以有很多，如石材、面砖、砂浆抹灰(外刷涂料)、清水混凝土、铝板、铝镁锰合金板、钢板(排水槽处)、太阳能光电板等;其过渡交接的方式则有平接、搭接、插接等几种方式。平接是两种界面分别固定（词条“固定”由行业大百科提供）在框上，通过密封胶或密封胶条过渡，其特点是顺着流水坡度方向平滑顺畅。平接过渡方式对设计和施工而言都比较简单，不易出错，但对密封胶的施工质量要求比较严格。搭接是顺着水流方向，一种界面压住另一种界面，这是一种古老的过渡方式，但遇到新材料时，却不断出现设计和施工问题。如图8所示本人参与审查的某工程采光顶的节点图。该采光顶的玻璃与金属屋面板的下层镀锌铁皮搭接，玻璃在上层，且顺着水流方向，似乎没错。然而设计师却未考虑到在镀锌铁皮上还有保温层和铝镁锰合金面板，反而玻璃在下面，成为倒排水。所以搭接应遵守的原则是“水往谁流，谁就在下”。并且压住的面一定是与水接触的面，切不可中间过度面。而插接方式一般使用在有较大结构应力位置，比如变形缝处，外侧仍采用密封胶密封。

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