1 .工程概況
北京新機(jī)場(chǎng)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(yáng)區(qū)之間，北距天安門(mén)46公里，距離首都機(jī)場(chǎng)68.4公里，屬?lài)?guó)家重點(diǎn)工程。本項(xiàng)目幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jiàn)圖1)。
整體鳥(niǎo)瞰圖(圖1)
本項(xiàng)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(duì)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(jì)介紹
立面框架玻璃幕墻系統(tǒng)位于北側(cè)立面以及整個(gè)機(jī)場(chǎng)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(jiàn)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(jiǎn)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(wú)結(jié)構(gòu)的單向結(jié)構(gòu)體系，由于橫向無(wú)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(yáng)作用，效果美觀的同時(shí)又節(jié)省了造價(jià)。
2.1立面框架玻璃幕墻標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
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(guò)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(guò)“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(jiàn)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(guò)內(nèi)六角不銹鋼螺栓與鋁立柱連接，同時(shí)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(gè)鋁合金防脫塊，即可作為臨時(shí)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(guò)程及安裝完成后的安全(見(jiàn)圖5)。
組裝圖(圖5)
2.2玻璃四點(diǎn)不共面問(wèn)題的研究與解決
本工程傾斜立面為雙曲面(見(jiàn)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(wèn)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(duì)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(jì)將花費(fèi)巨大時(shí)間和精力，因此深化設(shè)計(jì)之初通過(guò)運(yùn)用BIM參數(shù)化軟件對(duì)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(jiàn)圖7)。 傾斜立面(圖6)玻璃翹曲數(shù)據(jù)分析(圖7)
經(jīng)過(guò)Ansys軟件對(duì)玻璃進(jìn)行建模分析計(jì)算，尺寸2250mmX3000mm的12+12A+10+1.52PVB+10鋼化夾膠玻璃，在三個(gè)角點(diǎn)固定的條件下，對(duì)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(jiàn)圖8)。
玻璃翹曲計(jì)算分析(圖8)
鑒于機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目的重要性，為確保設(shè)計(jì)方案的可行，理論計(jì)算的同時(shí)，還開(kāi)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(jì)算的結(jié)構(gòu)基本一致，玻璃翹角可以通過(guò)施加外力的方法解決，并且靠一個(gè)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(duì)建筑效果以及遮陽(yáng)功能的要求，豎向鋁合金龍骨被設(shè)計(jì)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(huì)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(huì)帶來(lái)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(duì)正，無(wú)法安裝螺栓。為解決這一問(wèn)題，采取如下措施：玻璃安裝完成后，用自制工裝件(見(jiàn)圖9)，通過(guò)調(diào)節(jié)外側(cè)M12螺栓對(duì)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(chǎng)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(chǎng)沒(méi)有其他可以利用的輔助結(jié)構(gòu)。因此很難通過(guò)全站儀測(cè)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(guò)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(duì)鋁立柱的方向進(jìn)行修正(見(jiàn)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(duì)復(fù)測(cè)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(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃自重較大時(shí)普通的橡膠墊片無(wú)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(shí)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(shù)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(duì)環(huán)境無(wú)污染，單位體積耗用原料少。針對(duì)幕墻工程具有的優(yōu)勢(shì)在于(1)材料有寬泛的硬度調(diào)整范圍;(2)不滲油，不會(huì)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(yǔ)
北京新機(jī)場(chǎng)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(jì)施工中采用了多項(xiàng)新工藝、新材料。對(duì)無(wú)橫梁體系、空間變化曲面玻璃幕墻的設(shè)計(jì)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(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念和施工方法進(jìn)行創(chuàng)新與改造，以便能夠更有針對(duì)性的為北京新機(jī)場(chǎng)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(guó)打造世界一流的國(guó)際新航標(biāo)。
