1. 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，北距天安门广场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，充分考虑其在安全性能、热工性能、声学性能、光学性能等方面的特点和要求，采用多种幕墙技术、材料、方法和工艺，打造优越的围护功能（见图1）。
整体鸟瞰图（图1）
本项目幕墙工程主要包括以下两大系统：
1）立面框架玻璃幕墙系统；
2）天窗系统；
本文主要讨论立面框架玻璃幕墙系统。
2. 立面框架玻璃幕墙系统设计简介
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（见图2）。
立面框架玻璃幕墙局部效果图（图二）
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性和通透性，因此选择了较大的玻璃网格尺寸：2250mm宽、3000mm高。系统采用竖向明框、无水平结构的单向结构体系，由于缺少水平结构，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，美观且节省工程造价。
2.1 立面框架玻璃幕墙标准节点设计
立面框架玻璃幕墙铝合金立柱分为内、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。铝合金内柱通过“两夹一钢板”与主体钢结构连接，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钢连接件与18mm钢连接件配合焊接，以适应主体钢结构的误差（见图3、图4）。
标准横断面节点（图3） 标准纵断面节点（图4）
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，将玻璃的重量有效传递到铝合金柱上。 玻璃安装到位后，因为后续需要安装外铝合金立柱，为了防止玻璃脱落首都机场3号航站楼钢结构 造价，在每块玻璃上增加了4块铝合金防坠块，可以作为临时固定措施，保证安装时及安装后玻璃的安全（见图5）。
装配图（图5）
2.2 玻璃四点不共面问题研究及解决方法
本项目斜立面为双曲面（见图6），从模型分析可知，相邻两柱不在同一平面，使得单片玻璃存在四个不共面的点，由于两侧柱间存在空间夹角，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分析，分析结果显示单片玻璃最大翘曲角度为26mm（见图7）。斜立面（图6）玻璃翘曲数据分析（图7）
通过利用Ansys软件对该玻璃进行建模分析计算发现，对于尺寸为2250mmX3000mm的12+12A+10+1.52PVB+10钢化夹层玻璃，在三个角点固定的条件下，在另一个角点上施加一定的垂直载荷，可以消除该角点在玻璃表面法线方向的变形（即翘曲）（见图8）。
玻璃翘曲计算分析（图8）
鉴于机场工程的重要性，为保证设计方案的可行性，除理论计算外，还进行了相关的模拟试验：选用钢管框架模拟铝合金龙骨，用相同配置的玻璃进行玻璃弯曲试验。试验结果与理论计算结构基本一致。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。本次实验结果也证明了采用立柱与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
立面幕墙的标准跨度为6000mm，铝柱相对于垂直平面的最大倾斜角为9.8°，倾斜幕墙的铝柱在0°~9.8°之间逐渐向内部倾斜。幕墙的安装顺序为先安装内侧铝柱，后安装玻璃，再安装外侧铝柱。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侧尺寸小，外侧尺寸大。当在内侧柱上安装玻璃时，玻璃自重在垂直于柱子方向产生的重力会使内侧铝柱发生变形，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，具体影响主要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（见图9）调整外侧M12螺栓对外柱施力，用刚度较大的外铝柱将内铝柱拉直，再安装间距300mm的不锈钢螺栓。螺栓安装好后卸下，即可完成外柱的安装。
工装图（图9）
2.4 现场放样方法研究及解决
主体钢结构交接后，工地条件十分受限，施工现场又没有其他辅助结构可用，采用全站仪测量点位再进行标记的方式很难准确标注放线。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”的方式放线。具体方法如下：（1）在相邻轴线位置取铝柱控制线高程相同的点，连接两点，以模型中的理论尺寸确定圆弧拱高为连接线中垂线，中垂线端点即为铝柱控制点。利用圆弧与变面之间的偏差值来校正铝柱方向（见图10、11）。然后将铝柱放置好，点焊固定。 立柱安装完毕后首都机场3号航站楼钢结构 造价，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）（图11）
2.5 部分部件采用新材料
在施工过程中发现当玻璃重量较大时，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，垫片几乎全部破坏，因此及时更换了邵氏硬度为90°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，而且可以使塑料很好的改性。TPE材料相较于普通橡胶材料的优势在于既具有普通橡胶材料的弹性、复原性、韧性和耐候性，又可采用塑料加工方式加工成型，另外加工成本低、节省能源、易于回收、对环境无污染，单位体积原材料较少。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、硫化橡胶的重要材料。
3 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。我们在无梁体系设计施工、空间变化曲面玻璃幕墙、新型幕墙材料运用等方面进行了深入的探索和研究，在利用已有成熟技术的基础上，创新改造传统的设计理念和施工方式，更有针对性地服务于北京新机场幕墙工程建设。探索装配式幕墙趋势，坚持精益求精的工匠精神，努力为中国打造世界一流的国际化新航标。
