大型机场航站楼建筑幕墙工程设计特点及案例分析

一

大型机场航站楼建筑幕墙特点：

    

1）、建筑造型复杂（屋面或立面多为曲面和斜面）；

2）、建筑立面高低起伏大（如昆明新机场屋面高低起伏达50米）；

3）、建筑平面尺度大、伸缩缝多（建筑周长约4-9公里，边长达200-800米）；

4）、建筑立面倾斜面多（如北京T3、上海浦东T2、广州T1、深圳T3、厦门T4）； 

5）、幕墙结构体系跨度大（一般为20-40米，风荷载作用下变形大）；

6）、主体结构屋面外挑檐长，风压作用变形对立面幕墙影响大；

7）、建筑构造复杂，收边收口和转角多。

8）、幕墙结构体系复杂多样（包括单杆结构、平面钢桁架、空间钢桁架、预应力索桁架和单层索网结构）；采用预应力索结构的有广州、重庆、昆明、青岛、宁波等机场航站楼幕墙。

9）、幕墙结构材料包括钢结构、不锈钢索结构、铝合金结构、玻璃结构，甚至由各种材料组成的其它组合结构。

二

大型机场航站楼幕墙设计重难点

    

1）、幕墙型式与结构体系综合确定；

2）、幕墙结构体系与主体结构力学关系的确立；

3）、建筑伸缩缝构造与幕墙结构关系（包括登机桥）；

4）、幕墙空间结构体系概念设计与计算分析。

5）、幕墙结构自身及和主体结构连接；

6）、建筑幕墙与主体建筑收边收口（异性面板）处理；

7）、幕墙与主体建筑相互位移适应（风、地震、温度）的构造防水设计。

8）、超大尺寸的电动开启窗的刚度、 强度、五金连接的开启问题。

三

大型机场航站楼幕墙结构设计要点


    

1）、必须了解幕墙面板布置及其分格（一般由建筑师提出并全面熟悉设计院图纸）。

2）、熟悉幕墙后面主体结构支承情况（楼层及梁柱、屋面结构等）。

3）、了解主体结构对幕墙的边界条件（特别对索结构）。

4）、建筑师及业主对幕墙结构型式的要求。

5）、各种结构型式的受力特点；

6）、各种结构型式适用条件；

7）、各种结构型式经济合理性；

8）、各种结构型式与幕墙的匹配性；

9）、不要盲目追求使用索结构，特别是单索，使用索结构对边界条件要求高，由于建筑结构设计结束后才开始进行幕墙设计，设计院往往未考虑予拉力荷载。幕墙索结构和主体结构存在互为影响关系。索结构对主体结构产生较大反力，主体结构的变形对索结构预拉力也有很大影响。

10）、单索结构计算必须考虑几何非线性影响，索结构的张拉对相邻索结构有很大影响，必须进行施工期间索张拉计算，合理确定索结构预应力的张拉方案。

11）、应重视钢结构连接节点可靠性（耳板、销轴、焊缝的计算等）；其连接非常重要（预埋件、螺栓、角码）；

12）、隐框玻璃幕墙设计要谨慎，玻璃下设可靠铝合金托条，结构胶设计计算及质量要有可靠保证。

13）、钢结构的稳定计算要考虑长细比及平面外稳定。有些计算软件无法进行钢结构稳定计算，必要时应人工校核。平面外支撑要有可靠保障。

14）、应明确各种荷载传递路径与结构体系中各杆件所担负功能。尽量使荷载传递路径简捷。

15）、要考虑结构安装活动调节控制。

四

工程案例分析   

4.1北京首都国际机场扩建工程T3航站楼

1)、大板块玻璃幕墙

玻璃幕墙以大分格、大跨度玻璃为主（最大玻璃规格为3464x2500）。为满足建筑师对视觉效果的要求，玻璃幕墙采用三角形空间钢桁架结构作为主受力体系，以横向铝合金横梁作为抗风、以竖向吊杆作为竖向承重、从而形成可靠的幕墙结构体系，实现了具有通透视觉，宏伟壮观的建筑幕墙。

局部外视效果图

局部内视效果图

2)、大铝合金横梁

为满足建筑使用要求，在幕墙外部设置水平遮阳板，结合幕墙的结构体系，综合考虑之下，将横向水平铝合金横梁截面向幕墙玻璃面外延伸形成一定宽度，具有遮阳效果，同时本横梁又作为幕墙结构体系中水平抗风杆件，从而既满足了建筑要求，又满足了结构受力要求，可谓是建筑与结构经典的结合。

铝合金横梁主要承受水平方向的风荷载、地震荷载、维护荷载等作用力。大跨度铝合金横梁自身的强度、刚度满足设计要求，并通过支座将荷载传递给主支承桁架体系，支座的设计还应能满足垂直荷载产生的扭转力矩，并可实现横梁三维方向的调整，以保证横梁的安装精度。竖直方向的荷载（重力荷载、雪荷载等），通过嵌在玻璃缝隙中的高强不锈钢吊杆传递给隐藏在屋面空间桁架边缘处的箱梁，再通过箱梁传递给主支承桁架体系。

铝合金横梁采用了高强度铝合金（6063A T5/T6），单根横梁长度达到13.9m，这样对铝合金的开模、挤压、加工、喷涂、安装各个环节的难度是国内幕墙工程中是前所未有的。

铝合金横梁集三种功能于一体：

a.


外挑出玻璃外面450mm，可做为幕墙的遮阳板；

b.


抗风梁承受幕墙的风荷载和地震荷载的作用；

c.


作为统一明显的装饰线条，形成建筑外立面的主基调。      

3）、不锈钢吊杆

不锈钢吊杆的使用有效地弥补了横梁弱轴方向的不足，充分利用吊杆抗拉能力强的特点。不锈钢吊杆要承受整个幕墙一半的重量，而且要藏在玻璃接缝中间，所以要尽可能的细，最后选用S630高强不锈钢。不锈钢吊杆的受力是从下往上递增的，所以越到上面越粗，最大直径为?22,最小为?14。不锈钢吊杆在大跨径横梁纵向区格内，采用分段安装方式，采用等强度的不锈钢套筒同向螺纹进行上下连接。通过螺栓螺母与大跨径横梁连接，并通过调节螺栓、螺母，来保证大跨径横梁安装的直线度。不锈钢吊杆为绝热型，嵌在EWS-1玻璃幕墙系统的纵向玻璃缝中，纵向玻璃缝采用平装黑色相容的干嵌缝材料通过机械固定在玻璃铝嵌条内。嵌缝材料不仅具有良好的隔热、隔声性能，而且能够满足不锈钢吊杆因大跨径横梁受力后挠曲变形而产生的位移。

4）、幕墙钢结构

为达到立面宏伟壮观、通透明快的效果，幕墙主受力构件采用弧形桁架，通过桁架将幕墙传来的荷载全部传递给混凝土结构。桁架布置间距为13.9m左右，沿幕墙面均匀布置（见下图）。

7）、本工程最大亮点：

a、抗风铝合金大横梁与横向装饰及遮阳功能三合一；

b、隐藏不锈钢吊杆承受幕墙自重（立面简洁）；

c、三角形支撑幕墙钢桁架与主体结构活动球铰链接适应屋架风压变形；

4.2、昆明长水国际机场航站楼

昆明新国际机场航站楼建筑面积54.8万平方米，建筑幕墙面积约15万平方米。航站楼主要由前端主楼、前端东西两侧指廊、中央指廊、远端东西Y型指廊和登机桥等部分组成。南北总长度为855.1米。东西宽1134.8米。中央指廊宽度为40米；Y指廊宽度37米，尽端局部放大到63米； 前端东西两侧指廊端部双侧机位的部分，指廊宽度46米；航站楼最高点为南侧屋脊顶点，相对标高72.25米。在幕墙的设计及施工中，采用了多项新技术。

正立面照片

1）、悬索点式玻璃幕墙系统

该工程最大特点是南立面60米高的点式玻璃幕墙单层索网体系与主体彩色钢结构连为一体。索的巨大预拉力和钢彩带变形相互影响其力学关系复杂，其柔性单层索网结构在箱型钢结构中滑动的复杂结构体系为国内外行业内首创。单索点支式玻璃幕墙镶嵌在金黄色钢彩带内，尤其是南立面波浪型钢彩带给单索点支式玻璃幕墙结构设计和施工带来前所未有技术难题。这种由高强度不锈钢钢丝拉索结合高强度瓜件组成玻璃幕墙的支撑体系，大大减少了幕墙构件对于建筑外部造型的限制，创造出一种更为轻巧、明快的现代建筑形象，在机场夜幕下更起着显著的标识性作用。

单索点式幕墙系统采用单索结构体系，索结构布置如下图：

中间ф40竖索和横索，两边ф36竖横索 两端ф30竖索

钢彩带为700×2500

×

70尺寸不等的箱型钢结构，考虑到如果竖索在钢彩带之间分段，竖索张拉时非常繁琐，而且会因为张拉过程对主体钢彩带产生额外的附加荷载，这对主体钢彩带是非常不利的。要实现竖索相对于钢彩带可以上下滑动，只传递水平荷载给钢彩带，为了实现这个功能，深化设计时采用了定滑轮的设计思路，这是定滑轮在国内幕墙拉索体系中的首次应用。

竖索穿钢彩带节点做法

上图中定滑轮固定在钢彩带预留的孔洞中，竖索穿过定滑轮，上下可以自由滑动，水平能传递荷载给钢彩带，定滑轮的摩擦系数非常小，能有效的防治竖索磨损。为了更有效的防治不锈钢竖索磨损，定滑轮的两个滑轮的材质采用的是比不锈钢软的铝，这样，即使有磨损，高预应力的不锈钢丝也能得到保护。为了构造简单及施工方便，横索采用分段设计和施工。

张拉计算结果表明，根据设定的前十二种张拉工况，在每种张拉工况下，主动张拉区对被动影响区影响都较小，对钢结构的位移和应力也都较小，均控制在设计范围内。

正立面局部通透简洁效果

2）、两翼超大旋转幕墙系统

昆明新机场在节能减排已成为国家战略的大背景之下，进行了大胆全面的尝试，阳光穿过四面巨大的玻璃幕墙，通过玻璃幕墙的自然采光，航站楼的全年人工照明可节能20%~30%。可以自动开关的航站楼天窗和玻璃幕墙自动窗以及东西两侧的8扇超大自动智能化旋转门，让身处其中的旅客随时能够感受到舒适的自然风。

昆明地理位置属北纬亚热带，然而境内大多数地区夏无酷暑，冬无严寒，具有典型的温带气候特点，素以“春城”而享誉中外；在考虑航站楼的幕墙节能设计时，针对昆明的气候特点，在航站楼大厅采用了自然通风的设计理念，在航站楼中心区东、西两面，位于EWS5.2位置，各采用8樘9米x6米（高x宽）两翼旋转玻璃幕墙系统，旋转幕墙三维图、样板照片如下：

9米×6米旋转玻璃幕墙三维图

旋转幕墙系统1:1样板

本旋转玻璃幕墙系统位于东西两侧幕墙，非主要人流出入口，主要是自然通风的功能，当处于关闭状态时，和整幅幕墙非常协调统一，本系统实现了四个角度开启、风速、雨水感应、防夹防撞、火灾报警等智能化控制功能。整个航站楼几乎可以不设空调，达到节能环保的目的。

3）、小结

昆明长水国际机场南立面采用单索点支式玻璃和金黄色波浪形钢结构彩带浑为一体巧妙地组合成“金镶玉”幕墙，建筑设计方案造型独特。本工程幕墙采用了多项新技术，其节能环保、绿色建筑理念得到很好实现，获得业主和专家论证好评。


该工程已经获得鲁班奖和詹天佑工程大奖。


因此一座具有云南民族特色的标志性航站楼宏伟建筑展现在世人面前。建成后北立面照片见下图。