采光顶设计——建筑外围护结构

❖ （12）异型采光顶 ❖ 随着建筑风格多样化，各种异型采
光顶应运而生，贝壳型、宝石型、 三心拱折线型并配对月牙型球网架 等等。
玻璃采光顶的形式
玻璃采光顶的形式
❖ 玻璃采光顶群
❖ 在一个屋面单元上，可以由若干个单体玻璃采光顶组合成玻璃采光顶群。采 光顶群按平面布置方式可分为连续式和间隔式。
玻璃采光顶的形式
❖ 玻璃采光顶按其设置地点有敞开式和封闭式。 ❖ 玻璃采光顶按功能分为密闭型和非密闭型两种。
玻璃采光顶的形式
❖ 单体玻璃采光顶
❖ （1）单坡(锯齿形) ❖ 一个方向排水的，杆件按一定间距以单坡
形式架设在主支承系统上，玻璃安放在杆 件上，并用密封处理。坡形有直线型和曲 面型。
❖ （2）双破(人字形) 以同一屋脊向两个方 向起坡的采光顶，其坡形有平面和曲面两 种。
玻璃采光顶的构造设计
支撑结构 体系
材料选择
支撑方式
细部构造
简述采光 顶支撑结 构体系
简述采光 顶玻璃等 材料选择
简述点支 撑和框支 撑方式
简述采光 顶的细部 构造
玻璃采光顶的构造设计
❖ 玻璃采光顶的构造组成
❖ 玻璃采光顶的构造设计是研究玻璃采光顶各组成部分，包括构件与构件之间 以及构件本身的组合原理和构造方法。
❖ （10）拱形 拱形天窗的为轮廓一般为 半圆形，拱形天窗用金属材料做拱骨架， 根据空间的尺度大小和屋顶结构形式， 可以布置成单拱，或几个并列，布置成 连续拱。
玻璃采光顶的形式
❖ （11）气帽型采光顶 ❖ 气帽型用于屋面通风口的采光顶，
屋面通风门的侧边是百叶窗(多数为 透明百叶窗)，顶盖用帽形采光顶组 合成气帽型采光顶。
采光顶的物理性能
❖ 保温隔热性能 ❖ 采光顶的保温隔热性能要求按《公共建筑节能设计标准》GB50189决定。选
定面板材料后，分别进行热工计算。
❖ 隔声性能 ❖ 玻璃采光顶的隔声性能比普通屋盖隔声性能差得多，要保持室内安静环境，
必须控制玻璃采光顶的隔声性能。在隔声方面，中空玻璃的隔声性能明显优 于单层玻璃。
玻璃采光顶的形式
❖ （7）圆锥 平面为圆锥的椎体，一般 均镶嵌在屋盖某一部位上。
❖ （8）折线型 一般采用半圆或圆内接折 线型，折线又分为等弦长折线和不等弦 长折线。
玻璃采光顶的形式
❖ （9）圆穹 以一个同心圆将杆件和玻璃 弯曲成符合各自所在部位的圆曲形、再 组合成圆穹采光顶，玻璃需用符合各自 所在部位的各种模具热压成型，工艺较 为复杂，成本也很高，大多数镶嵌在屋 面上。
抗震设计应从两方面着手：
❖ ①主支承体系是玻璃采光顶抗震设防的主要环节，要求主支承体系水 平平面变形在地震发生时限制在1/800以内.
❖ ②玻璃采光顶本身的抗震设计，与主支承体系的连接应该可靠，平面 内要有抗挤压变形的能力.
采光顶的物理性能
❖ 空气渗透性能 ❖ 空气渗透性能表征空气通过所有部位处于关闭状态下的玻璃采光顶的能力。
玻璃采光顶的构造设计
❖ 网架 ❖ 网架是将杆件沿一定的曲面、圆柱形、
球形或平面有规律的布置而组成的空间 杆系结构，可分为平板网架和曲面网架。
❖ 网架按节点分为焊接钢板节点网架，焊 接空心球节点网架，螺栓球节点网架。
❖ 拉索 ❖ 拉索和拉杆系统是柔性体系，必须施加
预应力才能形成稳定的形状，承受外荷 载并保持在风力作用下的稳定工作状态。 ❖ 拉索式采光顶通常沿双向或多向布置张 紧的钢索，在钢索上固定钢爪来点支撑 玻璃板材。
❖ 防结露性能 ❖ 当室内外存在较大温差时，玻璃表面遇冷会产生冷凝水，有以下几种方式可
以解决冷凝水。 ❖ 可以选择中空玻璃等热工性能好的透光材料，同时提高玻璃窗的气密性；
❖ 可以在采光顶的内侧采取送风装置，提高采光顶内侧的表面温度，防止结露。
❖ 构造上，玻璃采光顶坡面设计坡度不应小于18°，使结露水沿玻璃下泄以防 止其滴落。并在玻璃采光顶的杆件上设集水槽，将结露水汇流到室外或室内 水落管内。
槽钢)、钢筋混凝土单梁。截面型式有矩形、T型、Y型。
❖ 用于群体系采光项时，往往在单梁上设排水沟，这时要求上部有一定宽度， T型截面就较为适用。梁上还要有安装玻璃采光顶杆件的连接件。
玻璃采光顶的构造设计
❖ 井字梁 ❖ 井字梁一般用于跨度较大(大于6m)的建
筑中，且平面长宽比在2: 1以内。其材 料有钢质和钢筋混凝土两种形式。钢质 井字梁可用型钢(工字钢、槽钢)焊拼而 成，也可用钢板焊拼连接。
玻璃采光顶的构造设计
❖ 受力特点 ❖ 一般上弦的压弯构件采用拱梁或桁架拱，在荷载作用下拱的水平推力由
下弦的抗拉构件承受，减轻拱对支座产生的负担，减少滑动支座的水平 位移。 ❖ 该结构按受力特点可以分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构。
玻璃采光顶的构造设计
❖ 玻璃采光顶中玻璃材料的选择 ❖ 采光顶的玻璃材料应具有良好的热工性能及抗冲击性能。不同的玻璃材料其
采光顶设计
----建筑外围护结构
目录
采光顶的发展历程 采光顶的物理性能及形式 采光顶的构造、防水、节能设计 聚碳酸酯采光顶
膜结构采光顶
采光顶简介
❖ 采光顶简介
❖ 采光顶一般用玻璃作为部分屋面的采光，所以叫做玻璃采光顶。在工业 厂房中叫做天窗，不用玻璃作屋盖的采光顶则是天井和庭院。
玻璃采光顶的发展历程
❖ 平面上可分为等跨度和变跨度两种。 ❖ 按设置部位分为独立式和嵌入式。
玻璃采光顶的形式
❖ （5） 1 / 4圆 杆件与玻璃按同心圆 各自弯曲成型，再组合成四分之一圆外 形的采光顶。
❖ （6）锥体 ❖ 锥形采光顶由杆件组合成锥形，玻璃按
分块形状(矩形、梯形、三角形)及尺寸 分别制作后安装在杆件上。通常采用的 有三角锥、四角锥、五角锥、六角锥、 八角锥等。按设置方法有独立式和嵌入 式两种。
❖ 单坡和双坡玻璃采光顶按设置部位可分为 整片式和嵌入式两种。按与屋盖的分类可 分为独立式、嵌入式与骑脊式。
玻璃采光顶的形式
❖ （3）四坡 是两坡采光顶的一种特殊形 式，即两坡采光顶的两山头不是采用垂直 的竖壁，而是采用坡顶，平面形式分为等 跨度和变跨度两种。
❖ 按设置部位可分为独立式和嵌入式。
❖ （4）半圆 杆件与玻璃以一个同心圆为 基准弯成半圆形，再组合成半圆采光顶。
❖ 玻璃框架玻璃幕墙诞生的同时，出现了玻璃框架玻璃采光顶。这种支承系统 （框架）与采光板全部采用玻璃的新型采光顶。
采光顶在我国的应用
❖ 采光顶在我国的应用范围
❖ 近年来，我国内地采光顶迅速发展，形式 多样，技术水平不断提高。采光顶主要应 用在下列工程中：
❖ (1)写字楼和旅馆建筑的中庭和顶层。 ❖ (2)机场、车站的候机楼、侯车楼顶盖，往
❖ 联体玻璃采光顶
❖ 联体玻璃采光顶系指几种不同形式的单体玻璃采光顶以共同的杆件组合成的 一个联体玻璃采光顶，或玻璃采光顶与玻璃幕墙以共用的杆件组合成一个联 体采光顶与幕墙体系。
❖ 这种联体采光顶，在组合时要特别注意排水设计与连接设计，即所有交接部 位必须用平脊或斜脊以及直通外部带坡的平沟或斜沟连接形成外排水系统。 采用内排水不应形成凹坑。
❖ 玻璃采光顶的发展历程
❖ 早期屋面采光一般有两种做法，一种是用玻璃热压成形如小青瓦的玻璃弧瓦， 这种做法的缺点是采光的面积小，只能在椽子间使用。
❖ 另一种做法是在屋面需要采光的部位做一专门采光口，上铺平板玻璃。这种 采光口，采光面积大，但是排水做法复杂，往往容易渗漏。
玻璃采光顶的发展历程
❖ 19世纪后期随着世界工业化进程，一批大型工业厂房兴起。由于单靠 侧窗采光不能满足厂房内采光需要，因此就出现了采光顶。常用的形 式有采光罩、采光板、采光带、三角形天窗等。
结构、空间索网、单层索网结构支承等;
玻璃采光顶的构造设计
❖ 3)玻璃梁支承，有钢结构与玻璃梁复合式，索结构与玻璃梁复合式，玻璃梁 与其它材质的梁复合支承等
❖ 点支撑方式包括夹板和钢爪支撑两种形式。玻璃通过杆件和主支撑结构相连 接。
玻璃采光顶的构造设计
性能有很大差异，不同气候地区在玻璃材料的选择上有不同的要求，因此在 设计中还应根据建筑所处地区具体的气候特点，加以合理的选择，达到节省 能源的目的。
玻璃采光顶的构造设计
❖ 玻璃采光顶玻璃骨架的形式 ❖ 玻璃采光顶中，玻璃面与骨架的连接方式可采用点支撑方式和框支撑方式。
❖ 点支撑方式 ❖ 在实际应用中，点支式玻璃采光顶的支承结构形式很多。常见的有: ❖ 1)钢结构支承，有钢桁架、钢网架、钢梁、钢拱架支承等; ❖ 2)索结构支承，有鱼腹式索桁架、轮辐式索结构、马鞍型索结构、张弦梁拱
结构的防雷体系有可靠的连接。 ❖ 一般情况无法在玻璃采光顶上设置防雷装置，而是将坡璃采光顶设在建筑物
防雷保护范围之内，即玻璃采光顶要设在建筑物防雷装置45°线之内，且该 防雷装置的冲击接地电阻不大于10Ω。.
玻璃采光顶的形式
❖ 玻璃采光顶的形式
❖ 玻璃采光项可分为:单体—即单个玻璃采光顶；群体—在一个屋盖系统上， 由若干单体玻璃采光顶在钢结构或钢筋混凝土结构支承体系上组合成一个玻 璃采光顶群；联体—由几种玻璃采光顶以共用杆件连成一个整体的玻璃顶。
❖ 20世纪铝合金型材用于建筑门窗、幕墙，也就有了铝合金玻璃采光顶。这种 新型的采光顶在建筑中的应用很广，形式多样。
玻璃采光顶的发展历程
❖ 20世纪80年代随着结构性玻璃装配技术的广泛应用，也出现了铝合金隐框玻 璃采光顶，这种采光顶由于玻璃上表面没有夹持玻璃的压板，玻璃顶上表面 形成平坦的表面，使雨水畅通无阻下泄。
采光顶的物理性能
❖ 防火性能 ❖ 应对采光顶承重构件如采用金属构件时应设置自动灭火设备保护或喷涂防火
材料，使其耐火极限达到1h的要求。 ❖ 采光顶的玻璃应采用夹层玻璃，其强度胜过夹丝玻璃。 ❖ 玻璃采光层设置的喷淋装置，除下喷灭火外还应部分上喷以保护骨架和玻璃。
❖ 防雷性能 ❖ 采光顶的防雷要求应符合GB50057的有关规定，采光顶的防雷装置应与主体
玻璃采光顶的构造设计
张弦梁 ❖ 张弦梁结构是一种新型杂交屋盖体系，它由刚性构件上弦、柔性拉索、中间
连以撑杆形成的混合结构体系，其结构组成是一种新上海浦东机场型自平衡 体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。
❖ 该结构体系简单、受力明确、结构形式多样、充分发挥了刚柔两种材料的优 势，并且制造、运输、施工简捷方便，因此在未来具有良好的应用前景。
❖ 玻璃采光顶是由支撑结构和透光面板组成的结构体系。其中，透光面板还包 括玻璃面和支撑骨架。玻璃面与骨架的连接方式可采用点支撑方式(夹板或 钢爪支撑)和框支撑方式(明框、隐框和玻璃框架)。
玻璃采光顶的构造设计
❖ 玻璃采光顶的支撑结构体系
❖ 单梁 ❖ 单梁主要用于跨度较小的建筑中，一般在6m以内为宜。单梁有型钢(工字钢、
在选材上，应选择气密性能良好的玻璃骨料，并且注意玻璃与骨料之间的密 封处理。
❖ 防水性能 ❖ 防水性能是指玻璃采光顶在风雨同时作用下或积雪局部融化屋面积水情况下，
玻璃采光顶阻止雨水渗漏内侧的能力。
❖ 采光顶要有足够的排水坡度，排水路线要短捷畅通。 ❖ 细部构造应注意接缝的密封，防止渗水。
采光顶的物理性能Biblioteka Baidu
❖ 抗冲击性能 ❖ 抗冲击性能指玻璃采光顶各构件抵抗由于天气原因或人为原因产生的不确
定撞击的能力。提高采光顶的抗冲击性能应提高采光顶各个维护构件的强度， 在透明材料的选择上，应选用安全性能较好的夹层玻璃、钢化玻璃等。
采光顶的物理性能
❖ 抗震性能 ❖ 玻璃采光顶在地震作用的破坏情况是多种多样的，所以玻璃采光顶的
❖ 钢筋混凝土井字梁一般采用现浇钢筋混 凝土。井字梁上设纵、横交叉的排水天 沟，也应有安装玻璃采光顶的连接件。
玻璃采光顶的构造设计
❖ 拱和组合拱 ❖ 拱是压弯杆件，可以跨越较大的距离。
当跨度较大时可以采用各种组合拱。
❖ 桁架 ❖ 桁架是由杆件组成的一种结构体系。当
玻璃采光顶的空间跨度较大时，单梁就 显得不经济，宜采用桁架。 ❖ 桁架分为钢桁架和钢筋混凝土桁架。桁 架的形式分为三角形、梯形、拱形等。
往设置大面积可透光部分。 ❖ (3)体育场馆的顶盖。 ❖ (4)植物园温室、展览观、博物馆的透明顶
盖. ❖ (5)特殊的标志性建筑的透光顶盖.
采光顶的物理性能
❖ 采光顶的物理性能
❖ 安全性能（强度） ❖ 采光顶的各组成构件应具有较高承载力，以满足抵抗风荷载、雨雪荷载、地
震荷载以及构件的自重的能力。各构件必须具有足够的强度，并保证连接牢 固可靠。