1 .工程概況
北京新機(jī)場位于永定河北岸，北京市大興區(qū)禮賢鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)和河北省廊坊市廣陽區(qū)之間，北距天安門46公里，距離首都機(jī)場68.4公里，屬國家重點(diǎn)工程。本項目幕墻系統(tǒng)設(shè)計從建筑功能和自然條件出發(fā)，充分考慮其在安全性能、熱工性能、聲學(xué)性能、光學(xué)性能上的特點(diǎn)和要求，利用各種幕墻技術(shù)、材料、方法、工藝創(chuàng)造優(yōu)越的圍護(hù)功能(見圖1)。
整體鳥瞰圖(圖1)
本項目幕墻工程主要包括以下兩大系統(tǒng)：
1)立面框架玻璃幕墻系統(tǒng);
2)采光頂系統(tǒng);
本文著重對立面框架玻璃幕墻系統(tǒng)進(jìn)行介紹。
2 .立面框架玻璃幕墻系統(tǒng)設(shè)計介紹
立面框架玻璃幕墻系統(tǒng)位于北側(cè)立面以及整個機(jī)場中心區(qū)域的東、西、東南、西南各面。上部與屋面相接，下部落于一層或二層混凝土樓板(見圖2)。
立面框架玻璃幕墻局部效果圖(圖2)
由于立面框架玻璃幕墻處于旅客密集的區(qū)域，建筑師非常重視該幕墻的簡潔、通透性，因此選用了較大分格尺寸的玻璃：寬2250mmX高3000mm。系統(tǒng)采用豎向明框，橫向無結(jié)構(gòu)的單向結(jié)構(gòu)體系，由于橫向無結(jié)構(gòu)，立面的通透性大大提高，外鋁合金立柱既起到承擔(dān)結(jié)構(gòu)荷載的作用，又兼顧裝飾遮陽作用，效果美觀的同時又節(jié)省了造價。
2.1立面框架玻璃幕墻標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計
立面框架玻璃幕墻鋁合金立柱分為內(nèi)、外兩部分，內(nèi)、外鋁立柱通過布置的不銹鋼螺栓緊密配合達(dá)到協(xié)同受力的目的，承受垂直于玻璃面的荷載。鋁合金內(nèi)立柱通過“二夾一鋼板”與主體鋼結(jié)構(gòu)連接。兩塊16mm厚鋼板連接件與主體鋼結(jié)構(gòu)焊接，一塊18mm鋼板連接件與鋁立柱用多顆M8不銹鋼螺栓連接，16mm鋼連接件與18mm鋼連接件相互配搭、焊接，以適應(yīng)主體鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的誤差(見圖3、圖4)。
標(biāo)準(zhǔn)橫剖節(jié)點(diǎn)(圖3)標(biāo)準(zhǔn)豎剖節(jié)點(diǎn)(圖4)
立面幕墻分為直面幕墻和傾斜面幕墻，直面幕墻選用12+18A+12中空雙銀LOW-E鋼化超白玻璃，傾斜面幕墻選用12+12A+10+1.52PVB+10中空雙銀LOW-E鋼化夾膠超白玻璃，單塊玻璃自重達(dá)到550公斤，為支撐如此沉重的玻璃，選用角鋁玻璃托板，通過內(nèi)六角不銹鋼螺栓與鋁立柱連接，同時在內(nèi)側(cè)鋁合金立柱腔內(nèi)增加一道加強(qiáng)筋，將玻璃自重有效的傳遞給鋁合金立柱。玻璃安裝到位后，因?yàn)樾枰罄m(xù)安裝外側(cè)鋁合金立柱，因此為防止玻璃脫落，在每塊玻璃上增加了4個鋁合金防脫塊，即可作為臨時固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）措施又可確保玻璃安裝過程及安裝完成后的安全(見圖5)。
組裝圖(圖5)
2.2玻璃四點(diǎn)不共面問題的研究與解決
本工程傾斜立面為雙曲面(見圖6)，由模型分析可知相鄰的兩根立柱不在同一平面內(nèi)，使得單塊玻璃存在四點(diǎn)不共面的問題，每塊玻璃因?yàn)閮蓚?cè)立柱之間存在空間夾角并且角度均不相同，所以對每塊玻璃而言有著不同程度的翹曲（詞條“翹曲”由行業(yè)大百科提供）。立面幕墻一共有4609塊玻璃，如果用人工統(tǒng)計將花費(fèi)巨大時間和精力，因此深化設(shè)計之初通過運(yùn)用BIM參數(shù)化軟件對三維模型進(jìn)行分析，分析結(jié)果顯示單塊玻璃翹角最大值為26mm(見圖7)。 傾斜立面(圖6)玻璃翹曲數(shù)據(jù)分析(圖7)
經(jīng)過Ansys軟件對玻璃進(jìn)行建模分析計算，尺寸2250mmX3000mm的12+12A+10+1.52PVB+10鋼化夾膠玻璃，在三個角點(diǎn)固定的條件下，對另1角點(diǎn)施加一定的垂直荷載，可消除該角點(diǎn)在玻璃面法線方向變形(即翹角)(見圖8)。
玻璃翹曲計算分析(圖8)
鑒于機(jī)場項目的重要性，為確保設(shè)計方案的可行，理論計算的同時，還開展了相關(guān)模擬試驗(yàn)：選用鋼管框架模擬鋁合金龍骨（詞條“鋁合金龍骨”由行業(yè)大百科提供），用同等配置的玻璃做了玻璃壓彎試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與理論計算的結(jié)構(gòu)基本一致，玻璃翹角可以通過施加外力的方法解決，并且靠一個人單手的力量就可以輕松完成。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明用直立柱與平板玻璃拼接模擬空間變化曲面的方案可行。
2.3大跨度鋁合金立柱安裝變形的研究與解決
立面幕墻標(biāo)準(zhǔn)跨度為6000mm，鋁立柱與垂直面的最大傾斜角度為9.8°。傾斜面幕墻鋁立柱在0°到9.8°之間漸變的向室內(nèi)側(cè)傾斜。幕墻的安裝順序?yàn)橄劝惭b內(nèi)側(cè)鋁立柱，然后安裝玻璃，再安裝外側(cè)鋁立柱。按照建筑師對建筑效果以及遮陽功能的要求，豎向鋁合金龍骨被設(shè)計成內(nèi)側(cè)尺寸小、外側(cè)尺寸大的特點(diǎn)，當(dāng)玻璃裝至內(nèi)側(cè)立柱上后，玻璃自重產(chǎn)生的重力在垂直于立柱方向的分力會使內(nèi)側(cè)鋁立柱產(chǎn)生變形。以標(biāo)準(zhǔn)跨度6m為例，跨中變形量為10mm。
內(nèi)側(cè)鋁立柱的變形會帶來外側(cè)立柱安裝的困難，具體影響主要是內(nèi)外側(cè)立柱孔位不能自然對正，無法安裝螺栓。為解決這一問題，采取如下措施：玻璃安裝完成后，用自制工裝件(見圖9)，通過調(diào)節(jié)外側(cè)M12螺栓對外側(cè)立柱施加作用力力，用剛度較大的外側(cè)鋁立柱將內(nèi)側(cè)鋁立柱校直，再安裝間距300mm布置不銹鋼螺栓，螺栓安裝完成后卸載，完成外側(cè)立柱的安裝。
工裝示意圖(圖9)
2.4現(xiàn)場放線方法的研究和解決
主體鋼結(jié)構(gòu)移交后工作面條件十分有限，而且施工現(xiàn)場沒有其他可以利用的輔助結(jié)構(gòu)。因此很難通過全站儀測點(diǎn)、然后做標(biāo)記的方法進(jìn)行精準(zhǔn)的打點(diǎn)放線。經(jīng)過多次研究討論，最終采用“圓弧兩點(diǎn)連線，中垂線取拱高”的方法進(jìn)行放線。具體方法是：(1)取相鄰軸線位置鋁立柱控制線同一標(biāo)高的點(diǎn)，兩點(diǎn)連線，根據(jù)模型中理論尺寸當(dāng)作連線的中垂線確定圓弧拱高，中垂線的端點(diǎn)即為鋁立柱控制點(diǎn)。利用圓弧與變化曲面的偏差值對鋁立柱的方向進(jìn)行修正(見圖10、圖11)。然后將鋁立柱落位，點(diǎn)焊固定。立柱安裝完成后用全站儀對復(fù)測點(diǎn)進(jìn)行檢查，結(jié)合拉尺校核相鄰鋁立柱之間的凈空。
(圖10)(圖11)
2.5局部采用新材料
施工過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃自重較大時普通的橡膠墊片無法承受玻璃與玻璃托板之間相互擠壓產(chǎn)生的荷載，墊片幾乎完全破壞。所以及時更換邵氏硬度為90°的TPE材質(zhì)墊塊。TPE是介于傳統(tǒng)硫化橡膠與樹脂之間的一種新型高分子材料，不僅可以取代部分傳統(tǒng)硫化橡膠（詞條“橡膠”由行業(yè)大百科提供），還能使塑料得到良好的改性。TPE材料比較普通橡膠材料的優(yōu)點(diǎn)在于既具有普通橡膠材料的彈性、回復(fù)性、強(qiáng)韌性與耐候性，又能以塑料加工方式加工成型。而且加工成本低，節(jié)省能源，易于回收，對環(huán)境無污染，單位體積耗用原料少。針對幕墻工程具有的優(yōu)勢在于(1)材料有寬泛的硬度調(diào)整范圍;(2)不滲油，不會出現(xiàn)污染幕墻的情況;(3)提高了與其他建筑材料的相容性。因此TPE材料是代替PVC及硫化橡膠的重要材料。
3 結(jié)語
北京新機(jī)場旅客航站樓及綜合換乘中心工程立面幕墻存在一定的技術(shù)復(fù)雜性，設(shè)計施工中采用了多項新工藝、新材料。對無橫梁體系、空間變化曲面玻璃幕墻的設(shè)計與施工以及幕墻新材料的使用等課題進(jìn)行了比較深入的探索與研究。在運(yùn)用已有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)設(shè)計理念和施工方法進(jìn)行創(chuàng)新與改造，以便能夠更有針對性的為北京新機(jī)場幕墻工程的建設(shè)服務(wù)。探索于裝配式幕墻的潮流中，秉承精益求精的工匠精神，力求為中國打造世界一流的國際新航標(biāo)。
