项目概况
北京新机场位于永定河北岸，位于北京市大兴区礼贤镇、榆垡镇与河北省廊坊市广阳区之间，距天安门广场46公里，距首都机场68.4公里，为国家重点工程。本工程幕墙系统设计根据建筑功能和自然条件，充分考虑其在安全、热工、声学、光学等性能方面的特点和要求，采用多种幕墙技术、材料、方法和工艺，实现优越的围护功能（图1）。
本项目一标段幕墙工程主要包括立面框架玻璃幕墙、采光顶两大系统，本文重点对立面框架玻璃幕墙系统进行介绍。
图1 整体鸟瞰图
外立面框架玻璃幕墙系统设计介绍
立面框架玻璃幕墙系统分布于整个机场中心区域的北立面及东、西、东南、西南四面，上部与屋面连接，下部位于一楼或二楼混凝土楼面（图2）。
图2 立面框架玻璃幕墙局部效果图
由于立面框架玻璃幕墙位于客流密集区域，建筑师非常重视幕墙的简洁通透，因此选用了2250mm（宽）×3000mm（高）的大尺寸玻璃。系统采用竖向明框、横向无结构的单向结构体系，由于横向无结构，立面的通透性大大提高。外部铝合金立柱不仅承担结构荷载，还兼顾装饰遮阳功能，使建筑美观的同时节省了建筑造价。
2.1 立面框架玻璃幕墙标准节点设计
立面框架玻璃幕墙的铝合金立柱分内、外两部分，内、外铝柱通过排列的不锈钢螺栓紧密配合，达到协调受力的目的，承受垂直于玻璃面的荷载。
铝合金内柱与主体钢结构通过“两夹一钢板”连接，两根16mm厚钢板连接件焊接在主体钢结构上，一根18mm钢板连接件用多根M8不锈钢螺栓与铝柱连接，16mm钢板连接件与18mm钢板连接件配合焊接，以补偿主体钢结构带来的误差（图3、图4）。
图3 标准截面节点
图4 标准纵剖面节点
立面幕墙分为直幕墙和斜幕墙，直幕墙采用12+18A+12中空双银Low-E钢化超白玻璃，斜幕墙采用12+12A+10+1.52PVB+10中空双银Low-E钢化夹胶超白玻璃。单片玻璃重量达到550kg。为了支撑如此重的玻璃，选用角铝玻璃支撑板，通过内六角不锈钢螺栓与铝柱连接。同时在内铝合金柱腔内增加加强筋，有效将玻璃的重量转移到铝合金柱上。玻璃安装到位后，需要后续安装外铝合金柱。为防止玻璃脱落，每片玻璃上均增加4块铝合金防坠块，可作为临时固定措施，确保安装时及安装后玻璃的安全（图5）。
图5 装配图
2.2 玻璃四点非共面问题的研究及解决
本项目斜立面为双曲面（图6），从模型分析可知，相邻两柱不在同一平面，因此单片玻璃存在四点不共面的问题。由于两侧柱间存在空间夹角，且角度不同，导致每片玻璃的翘曲程度不同。立面幕墙共有4609片玻璃，如果人工统计，将耗费大量的时间和精力。因此在深化设计之初，利用BIM参数化软件对三维模型进行了分析。分析结果显示，单片玻璃的最大翘曲角度为26mm（图7）。
图 6 倾斜立面
图7 玻璃翘曲数据
采用ANSYS软件对玻璃进行建模分析，在尺寸为2250mm×3000mm的12+12A+10+1.52PVB+10钢化夹层玻璃的三个角点固定不动的情况下，在另一个角点上施加一定的垂直载荷，以消除该角点在玻璃表面法线方向的变形（即翘曲）（图8）。
图8 玻璃翘曲计算分析
鉴于机场项目的重要性，为保证设计方案的可行性，在理论计算的同时还进行了相关的模拟试验：选用钢管框架模拟铝合金龙骨，采用相同配置的玻璃进行弯曲试验。试验结果与理论计算结果基本一致。玻璃翘曲可以通过施加外力来解决，一人单手就可以轻松完成。这一结果也证明了采用垂直柱和平板玻璃模拟空间变化面的方案是可行的。
2.3大跨度铝合金柱安装变形研究及解决
立面幕墙标准跨度为6000mm，铝柱与垂直面最大倾斜角为9.8°，倾斜幕墙铝柱在0°~9.8°之间逐渐向室内倾斜。幕墙安装顺序为先安装内层铝柱，后安装玻璃，最后安装外层铝柱。根据建筑师对建筑效果及遮阳功能的要求，竖向铝合金龙骨设计为内层尺寸小，外层尺寸大。当内层柱上安装玻璃时，玻璃自重在垂直于柱子方向产生的重力会使内层铝柱发生变形，以标准跨度6m为例，跨中变形为10mm。
内铝柱的变形会给外柱的安装带来困难，具体影响就是内外柱孔位不能自然对正，螺栓无法安装。针对此问题，采取以下措施：玻璃安装好后，用自制工装（图9）通过调节M12螺栓对外柱施力，用刚度较大的外铝柱将内铝柱拉直，再以间距300mm安装不锈钢螺栓。螺栓安装好后，卸下，外柱安装完毕。
图9 工装示意图
2.4 现场放样方法研究及解决
主体钢结构交接后，工作面条件十分有限，施工现场又没有其他可以利用的辅助结构，因此，采用全站仪测点然后标记的方式很难准确标线放线。经过多次研究和讨论，最终采用“连接圆弧两点，以拱高为中垂线”的方法放线。具体做法是：在相邻轴线位置连接铝柱控制线同一标高两点，以模型中的理论尺寸作为连接线中垂线确定圆弧拱高，中垂线端点为铝柱控制点，利用圆弧与变面之间的偏差值校正铝柱方向（图10、11），然后将铝柱就位，点焊固定。立柱安装完毕后，用全站仪检查复测点，用尺子检查相邻铝柱之间的间隙。
图10 渐变弧与圆弧对比
图11 线校正
2.5 部分使用新材料
在施工过程中发现当玻璃自重较大时，普通橡胶垫片无法承受玻璃与玻璃托板相互压缩产生的荷载首都机场3号航站楼钢结构 造价，垫片几乎全部被破坏，于是及时更换了邵氏硬度90度的TPE材料垫片。TPE是介于传统硫化橡胶与树脂之间的一种新型高分子材料，不仅能部分替代传统硫化橡胶，还能使塑料得到很好的改性。与普通橡胶材料相比，TPE材料既具有普通橡胶材料的弹性、回弹性、韧性和耐候性，又可以采用塑料加工的方式加工成型，加工成本低、节能、易回收、对环境无污染，单位体积所需原材料少。它用于幕墙工程的优势有：1）材料硬度调节范围广；2）不渗透油污，不会污染幕墙；3）与其他建筑材料的相容性有所提高。 因此TPE材料是替代PVC和硫化橡胶的重要材料。
结论
北京新机场旅客航站楼及综合换乘中心立面幕墙具有一定的技术复杂性，设计施工中运用了不少新技术、新材料，对无梁体系、空间变化曲面玻璃幕墙的设计施工、新型幕墙材料的运用等进行了深入的探索和研究，在利用已有成熟技术的基础上，对传统的设计理念和施工方法进行了创新改造，更有针对性地服务于北京新机场幕墙工程建设。在预制化幕墙潮流的探索中首都机场3号航站楼钢结构 造价，秉承精益求精的工匠精神，力争为中国打造世界一流的国际化新航标。
关于作者
王继辉，深圳市三鑫科技发展有限公司北京分公司首席设计师，代表作品有北京新机场主航站楼、中航资本大厦、北京浦项中心、太原华润万象城等幕墙项目。
杨俊，深圳市三鑫科技发展有限公司北京分公司副总工程师。代表作品：北京电视台、沧州会展中心、鄂尔多斯那达慕、北京三星电子总部、北京新机场主航站楼等幕墙工程。
注：本文为原创，已发表于《建筑幕墙》杂志2018年4月第8期。
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《建筑幕墙》是由中国建筑学会建筑幕墙学术委员会、中国建筑设计研究院、亚太建筑技术与信息研究所、现代城市建筑设计研究院联合主办的建筑幕墙专业学术期刊，由《建筑工艺》杂志社出版，随《建筑工艺》免费赠送给读者，主要读者为建筑师、房地产开发商、幕墙设计师等。杂志主要刊登国内外建筑幕墙新材料、新技术的设计、研究、施工及应用方面的论文，突出专业性、先进性、实用性和时效性。联系电话： 13918635063、57368778。
