【分析】廣州新機場的點支式玻璃幕墻設計

　　廣州新白云國際機場是華南地區(qū)的主要樞紐機場。其航站樓建筑設計完美地結合了當代建筑藝術和現(xiàn)代科技成果，優(yōu)美的建筑造型和立面晶瑩剔透的點式玻璃幕墻將成為具有二十一世紀國際先進水平的大型現(xiàn)代化國際航空港。本工程點支式玻璃幕墻面積為當今世界上單項工程面積最大。整個工程幕墻設計及主樓幕墻施工均由三鑫公司承擔。為使大家對該現(xiàn)代化幕墻工程有個了解，現(xiàn)將其設計情況介紹如下：

　　1、 工程概況

　　首期航站樓建筑面積約30萬平方米。幕墻面積約14.9萬平方米，其中點支式玻璃幕墻為8.15萬平方米，共由七個部分組成：主樓、東連接樓、西連接樓、東一指廊、東二指廊、西一指廊（見圖一）。

圖一 鳥瞰圖

　　各部分幕墻面積及長、寬、高尺寸分別見下表：

　　2、 幕墻特點、難點

　　（1） 、主樓南、北立面點支式玻璃幕墻結構，平面長約288米，中間幕墻最高約40米立面高呈孤形，中間高，兩端低（見圖二）。幕墻立面前傾角為80度。整個立面實際成為錐形曲面一部分。每個構件及玻璃尺寸不一，型號多，對加工、測量放線及安裝要求精度高。

圖二 主樓立面圖

　　（2）、預應力自平衡索桁架作為幕墻支承新型結構體系首次在國內大規(guī)模采用。其結構輕巧、通透，視覺好，廣為人們歡迎。此結構施工工藝復雜，預應力張拉設計、施工、檢測難度大，技術要求高。

　　（3）、每建筑物及各立面結構類型不一，其型式繁多，有鋼桁架、索桁架、單管結構、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、涂裝等分別采用國內外品牌產(chǎn)品。

　　3、主要結構型式介紹

　　1）、 主 樓：原主體設計未考慮設計幕墻抗風桁架柱，經(jīng)與廣東省建筑設計研究院、業(yè)主多方案比較后確定采用單片抗風鋼桁架（見圖三），柱距9米，每塊玻璃寬高理論尺寸為3×1.5米，水平設立跨度約9米的預應力自平衡索桁架，與鋼桁架腹桿鉸接，柱頂設立一道縱向空間三角形鋼托架，伸縮縫處柱間設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桁架活動鉸接（僅傳水平力，不傳垂直力），詳見圖四。為保證豎向鋼桁架平面外穩(wěn)定需要，設立了兩道通長水平鋼桁架。

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

　　與主體建筑連接原則及其措施：由設計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，還必須適應主體建筑屋蓋的各向位移。屋面水平抗風桁架只能傳水平力，不允許傳垂直力，設計中在柱頂設一特殊的活動機構與屋面抗風桁架連接，此機構為三向活動的連桿機構（如圖四），當屋架發(fā)生變形時，此機構完全可滿足屋面的三向位移。并能可靠地傳遞水平風力，根據(jù)結構體系需要，柱腳設計為固定鉸連接。

　　2）、連接樓陸側：自平衡索桁架間距3米，詳見圖五。頂部與屋架活動機構鉸接，下部與樓板鉸接。水平設立兩道拉索通過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：采用單片魚腹式鋼桁架，柱距3米，頂部與屋架活動機構鉸接，下部與樓板鉸接。水平設立兩道拉索通過與夾緊器將鋼桁架連接，以保證該壓桿平面外穩(wěn)定。

　　４、 結構計算

　　考慮到航站樓幕墻結構型式復雜，主要荷載為水平風力，結構受風動力影響很大，因此我們委托哈爾濱工業(yè)大學完成了主樓空間結構、連接樓的自平衡索桁架的靜力及動力分析，從而提出了合適的風動力系數(shù)，計算中我們分別采用了北京大學編的SAP8450有限元計算程序、同濟大學編的3D3S程序以及國外的先進有限元計算程序分別進行了計算，并且作了相互校核。

圖 五

　　５、預應力自平衡索桁架設計

　　本工程預應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鋼絞線等組成的結構，其外形輕巧，美觀新穎，受力合理；索的預拉力不會傳給主體結構而由主壓桿承擔，在結構內部形成力的平衡，故稱為預應力自平衡索桁架。這種結構可在工廠預制，現(xiàn)場安裝方便，從而減少現(xiàn)場工作量而加快施工進度，因此備受用戶及一般設計人員歡迎。然而自平衡索桁架結構施工制作要求高，預應力張拉工藝較為復雜，又是一種非常規(guī)結構，其力學性能，預應力張拉工藝尚未為人們完全認識，設計的正確性、計算參數(shù)取值的合理性等均有賴于試驗驗證。這次測試工作委托東南大學建筑結構與材料試驗中心和廣東省建筑科學研究院負責，試驗工作在我公司索結構試驗加工中心專用試驗臺座上進行。通過這次預應力自平衡索桁架結構試驗，結果與理論計算很接近。

　　６、設計的主要材料：

　　1）、玻璃: 航站樓的主樓、指廊、連接樓陸側點支式玻璃幕墻設計選用12(FT)+1.52PVB　　+10(FT)(由外向內)鋼化夾膠鍍膜玻璃。其中連接樓空側設計選用12(FT)+1.52PVB+10(FT)(由外向內)彎鋼化夾膠鍍膜玻璃。

　　2）、駁接系統(tǒng):駁接爪設計選用點距為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：選用德國進口不銹鋼鋼鉸線，其單絲抗拉強度為1450Mpa；

　　4）、鋼材：選用20號鋼。

　　5）、密封膠:設計選用由國家經(jīng)貿(mào)委批準的硅酮結構膠及相應密封膠,點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構密封膠，顏色為銀灰色；防火節(jié)點部分選用硅酮阻燃密封膠；顏色為白色。

　　７、結語

　　鑒于點支式玻璃幕墻及預應力自平衡索桁架在國內幕墻同行業(yè)起步不久，設計工作除考慮重要的結構方案計算分析及力學試驗外，還必須考慮切實可行先進的施工工藝，以確保設計意圖的順利實現(xiàn)，為此我公司多次組織技術人員研究，發(fā)揮大家技術智慧，把成功的國內外先進技術及我公司多年來積累的寶貴施工經(jīng)驗有機地結合起來，充分利用我公司現(xiàn)有的6個專利技術，將這些經(jīng)驗，技術巧妙地應用在廣州機場幕墻工程上。廣州新白云國際機場旅客航站樓幕墻索桁架點支式玻璃幕墻工程的結構形式集新技術、新工藝、新材料于一體。目前幕墻施工正緊鑼密鼓緊張進行，相信不久后，一個具有世界一流的現(xiàn)代化國際樞紐機場風貌將展現(xiàn)在世人面前。