【分析】廣州新機(jī)場(chǎng)的點(diǎn)支式玻璃幕墻設(shè)計(jì)

　　廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)是華南地區(qū)的主要樞紐機(jī)場(chǎng)。其航站樓建筑設(shè)計(jì)完美地結(jié)合了當(dāng)代建筑藝術(shù)和現(xiàn)代科技成果，優(yōu)美的建筑造型和立面晶瑩剔透的點(diǎn)式玻璃幕墻將成為具有二十一世紀(jì)國(guó)際先進(jìn)水平的大型現(xiàn)代化國(guó)際航空港。本工程點(diǎn)支式玻璃幕墻面積為當(dāng)今世界上單項(xiàng)工程面積最大。整個(gè)工程幕墻設(shè)計(jì)及主樓幕墻施工均由三鑫公司承擔(dān)。為使大家對(duì)該現(xiàn)代化幕墻工程有個(gè)了解，現(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況介紹如下：

　　1、 工程概況

　　首期航站樓建筑面積約30萬(wàn)平方米。幕墻面積約14.9萬(wàn)平方米，其中點(diǎn)支式玻璃幕墻為8.15萬(wàn)平方米，共由七個(gè)部分組成：主樓、東連接樓、西連接樓、東一指廊、東二指廊、西一指廊（見(jiàn)圖一）。

圖一 鳥(niǎo)瞰圖

　　各部分幕墻面積及長(zhǎng)、寬、高尺寸分別見(jiàn)下表：

　　2、 幕墻特點(diǎn)、難點(diǎn)

　　（1） 、主樓南、北立面點(diǎn)支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，平面長(zhǎng)約288米，中間幕墻最高約40米立面高呈孤形，中間高，兩端低（見(jiàn)圖二）。幕墻立面前傾角為80度。整個(gè)立面實(shí)際成為錐形曲面一部分。每個(gè)構(gòu)件及玻璃尺寸不一，型號(hào)多，對(duì)加工、測(cè)量放線及安裝要求精度高。

圖二 主樓立面圖

　　（2）、預(yù)應(yīng)力自平衡索桁架作為幕墻支承新型結(jié)構(gòu)體系首次在國(guó)內(nèi)大規(guī)模采用。其結(jié)構(gòu)輕巧、通透，視覺(jué)好，廣為人們歡迎。此結(jié)構(gòu)施工工藝復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)難度大，技術(shù)要求高。

　　（3）、每建筑物及各立面結(jié)構(gòu)類型不一，其型式繁多，有鋼桁架、索桁架、單管結(jié)構(gòu)、弧形鋼管、吊索體系等。

　　（4）、采用了新材料、新工藝。其中鋼索采用了德國(guó)生產(chǎn)加工的不銹鋼鋼絞線，玻璃、PVB膠膜、密封膠、鋁板、涂裝等分別采用國(guó)內(nèi)外品牌產(chǎn)品。

　　3、主要結(jié)構(gòu)型式介紹

　　1）、 主 樓：原主體設(shè)計(jì)未考慮設(shè)計(jì)幕墻抗風(fēng)桁架柱，經(jīng)與廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院、業(yè)主多方案比較后確定采用單片抗風(fēng)鋼桁架（見(jiàn)圖三），柱距9米，每塊玻璃寬高理論尺寸為3×1.5米，水平設(shè)立跨度約9米的預(yù)應(yīng)力自平衡索桁架，與鋼桁架腹桿鉸接，柱頂設(shè)立一道縱向空間三角形鋼托架，伸縮縫處柱間設(shè)立交叉不銹鋼拉桿支撐，柱底與樓層鉸接，柱頂與屋面水平抗風(fēng)桁架活動(dòng)鉸接（僅傳水平力，不傳垂直力），詳見(jiàn)圖四。為保證豎向鋼桁架平面外穩(wěn)定需要，設(shè)立了兩道通長(zhǎng)水平鋼桁架。

　　傳力途徑：水平風(fēng)力由玻璃面板通過(guò)連接件傳給水平預(yù)應(yīng)力自平衡索桁架，再通過(guò)豎向鋼桁架柱分別傳給樓板及屋蓋。玻璃幕墻重量通過(guò)吊索傳給上部柱頂鋼托架，然后由三角形鋼托架通過(guò)豎向鋼桁架柱傳給樓面。

　　與主體建筑連接原則及其措施：由設(shè)計(jì)院提供大屋蓋在最不利荷載組合下，其各方向位移分別為：沿玻璃面（縱向）位移為50mm；垂直玻璃面（橫向）位移為100mm，豎向（上、下）位移為50mm，由于整個(gè)玻璃幕墻的主要材料玻璃為脆性材料，因此要求幕墻必須在滿足牢固連接（依附）在主體建筑物上的同時(shí)，還必須適應(yīng)主體建筑屋蓋的各向位移。屋面水平抗風(fēng)桁架只能傳水平力，不允許傳垂直力，設(shè)計(jì)中在柱頂設(shè)一特殊的活動(dòng)機(jī)構(gòu)與屋面抗風(fēng)桁架連接，此機(jī)構(gòu)為三向活動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)（如圖四），當(dāng)屋架發(fā)生變形時(shí)，此機(jī)構(gòu)完全可滿足屋面的三向位移。并能可靠地傳遞水平風(fēng)力，根據(jù)結(jié)構(gòu)體系需要，柱腳設(shè)計(jì)為固定鉸連接。

　　2）、連接樓陸側(cè)：自平衡索桁架間距3米，詳見(jiàn)圖五。頂部與屋架活動(dòng)機(jī)構(gòu)鉸接，下部與樓板鉸接。水平設(shè)立兩道拉索通過(guò)與夾緊器將自平衡索桁架中間壓桿連接，以保證該壓桿平面外穩(wěn)定。

　　3）、指廊：采用單片魚(yú)腹式鋼桁架，柱距3米，頂部與屋架活動(dòng)機(jī)構(gòu)鉸接，下部與樓板鉸接。水平設(shè)立兩道拉索通過(guò)與夾緊器將鋼桁架連接，以保證該壓桿平面外穩(wěn)定。

　　４、 結(jié)構(gòu)計(jì)算

　　考慮到航站樓幕墻結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，主要荷載為水平風(fēng)力，結(jié)構(gòu)受風(fēng)動(dòng)力影響很大，因此我們委托哈爾濱工業(yè)大學(xué)完成了主樓空間結(jié)構(gòu)、連接樓的自平衡索桁架的靜力及動(dòng)力分析，從而提出了合適的風(fēng)動(dòng)力系數(shù)，計(jì)算中我們分別采用了北京大學(xué)編的SAP8450有限元計(jì)算程序、同濟(jì)大學(xué)編的3D3S程序以及國(guó)外的先進(jìn)有限元計(jì)算程序分別進(jìn)行了計(jì)算，并且作了相互校核。

圖 五

　　５、預(yù)應(yīng)力自平衡索桁架設(shè)計(jì)

　　本工程預(yù)應(yīng)力自平衡索桁架是一種由主壓桿、橫支撐桿和呈拋物體布置的高強(qiáng)鋼絞線等組成的結(jié)構(gòu)，其外形輕巧，美觀新穎，受力合理；索的預(yù)拉力不會(huì)傳給主體結(jié)構(gòu)而由主壓桿承擔(dān)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成力的平衡，故稱為預(yù)應(yīng)力自平衡索桁架。這種結(jié)構(gòu)可在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，從而減少現(xiàn)場(chǎng)工作量而加快施工進(jìn)度，因此備受用戶及一般設(shè)計(jì)人員歡迎。然而自平衡索桁架結(jié)構(gòu)施工制作要求高，預(yù)應(yīng)力張拉工藝較為復(fù)雜，又是一種非常規(guī)結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能，預(yù)應(yīng)力張拉工藝尚未為人們完全認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)的正確性、計(jì)算參數(shù)取值的合理性等均有賴于試驗(yàn)驗(yàn)證。這次測(cè)試工作委托東南大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)與材料試驗(yàn)中心和廣東省建筑科學(xué)研究院負(fù)責(zé)，試驗(yàn)工作在我公司索結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加工中心專用試驗(yàn)臺(tái)座上進(jìn)行。通過(guò)這次預(yù)應(yīng)力自平衡索桁架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，結(jié)果與理論計(jì)算很接近。

　　６、設(shè)計(jì)的主要材料：

　　1）、玻璃: 航站樓的主樓、指廊、連接樓陸側(cè)點(diǎn)支式玻璃幕墻設(shè)計(jì)選用12(FT)+1.52PVB　　+10(FT)(由外向內(nèi))鋼化夾膠鍍膜玻璃。其中連接樓空側(cè)設(shè)計(jì)選用12(FT)+1.52PVB+10(FT)(由外向內(nèi))彎鋼化夾膠鍍膜玻璃。

　　2）、駁接系統(tǒng):駁接爪設(shè)計(jì)選用點(diǎn)距為300x600的H型不銹鋼駁接爪及配套系列，主樓南北立面、連接樓空側(cè)駁接頭為抱頭，其它部位都為沉頭,與玻璃的連接形成球鉸連接。材料為0Gr18Ni9。

　　3）、鋼索：選用德國(guó)進(jìn)口不銹鋼鋼鉸線，其單絲抗拉強(qiáng)度為1450Mpa；

　　4）、鋼材：選用20號(hào)鋼。

　　5）、密封膠:設(shè)計(jì)選用由國(guó)家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)的硅酮結(jié)構(gòu)膠及相應(yīng)密封膠,點(diǎn)式玻璃幕墻部分選用硅酮密封膠，顏色為半透明；鋁板幕墻部分選用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，顏色為銀灰色；防火節(jié)點(diǎn)部分選用硅酮阻燃密封膠；顏色為白色。

　　７、結(jié)語(yǔ)

　　鑒于點(diǎn)支式玻璃幕墻及預(yù)應(yīng)力自平衡索桁架在國(guó)內(nèi)幕墻同行業(yè)起步不久，設(shè)計(jì)工作除考慮重要的結(jié)構(gòu)方案計(jì)算分析及力學(xué)試驗(yàn)外，還必須考慮切實(shí)可行先進(jìn)的施工工藝，以確保設(shè)計(jì)意圖的順利實(shí)現(xiàn)，為此我公司多次組織技術(shù)人員研究，發(fā)揮大家技術(shù)智慧，把成功的國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)及我公司多年來(lái)積累的寶貴施工經(jīng)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，充分利用我公司現(xiàn)有的6個(gè)專利技術(shù)，將這些經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)巧妙地應(yīng)用在廣州機(jī)場(chǎng)幕墻工程上。廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)旅客航站樓幕墻索桁架點(diǎn)支式玻璃幕墻工程的結(jié)構(gòu)形式集新技術(shù)、新工藝、新材料于一體。目前幕墻施工正緊鑼密鼓緊張進(jìn)行，相信不久后，一個(gè)具有世界一流的現(xiàn)代化國(guó)際樞紐機(jī)場(chǎng)風(fēng)貌將展現(xiàn)在世人面前。