1、 工程概況
海口美蘭國際機場二期擴建工程新建旅客航站樓，建設(shè)規(guī)模為地上4層(局部5層)，地下1層，總建筑面積約30萬㎡，建筑高度33.74米。該工程由航站樓中心區(qū)主樓、西南指廊、西北指廊、東南指廊、東北指廊五部分組成。航站樓東西向總寬度 750 米，南北向總進(jìn)深約為 405 米，主樓進(jìn)深196.75 米，幕墻面積大約11萬平方米(如圖1)。
圖1 項目整體效果圖
本項目幕墻工程主要包括以下幾個系統(tǒng)：
A、主立面大裝飾條玻璃幕墻系統(tǒng),A1子系統(tǒng)：陸側(cè)入口玻璃幕墻,A2子系統(tǒng)：空側(cè)玻璃幕墻 ;
B、內(nèi)庭拉索玻璃幕墻系統(tǒng);
C、中央商業(yè)街、指廊高側(cè)幕墻系統(tǒng),C1子系統(tǒng)：中央商業(yè)街高側(cè)玻璃幕墻;
D、采光帶玻璃幕墻系統(tǒng),D1子系統(tǒng)：中央商業(yè)街玻璃采光帶;
E、首層外幕墻系統(tǒng),E1子系統(tǒng)：VIP出入口及外幕墻(中心區(qū)陸側(cè))，E2子系統(tǒng)：中心區(qū)遠(yuǎn)機位出發(fā)及到達(dá)玻璃幕墻(不含VIP出發(fā)及到達(dá)部分);
F、出入口門套及雨蓬幕墻系統(tǒng),F1子系統(tǒng)：陸側(cè)三層連橋門斗及玻璃雨蓬、首層地下服務(wù)車道出入口雨蓬, F2子系統(tǒng)：陸側(cè)中心區(qū)首層鋁板門斗,F3子系統(tǒng)：首層陸側(cè)和空側(cè)VIP雨蓬,F4子系統(tǒng)：中心區(qū)登機口門套, F5子系統(tǒng)：陸側(cè)中心區(qū)二層入口玻璃廳幕墻;
G、幕墻和采光頂內(nèi)遮陽系統(tǒng),G3子系統(tǒng)：中央商業(yè)街采光頂固定水平內(nèi)遮陽;
基本風(fēng)壓 0.75kN/㎡(50年一遇)
地面粗糙度（詞條“地面粗糙度”由行業(yè)大百科提供）類別 B類
抗震設(shè)防烈度 7度(0.15g，基于本工程設(shè)有減震措施降低一度設(shè)計)
風(fēng)荷載（詞條“風(fēng)荷載”由行業(yè)大百科提供）以風(fēng)洞試驗報告及規(guī)范計算最不利情況取值; 幕墻設(shè)計使用年限為25年，幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年。
2、 A系統(tǒng)主立面大裝飾條玻璃幕墻系統(tǒng)介紹
機場航站樓幕墻具有如下特點：通透性強;無樓層，豎向跨度大;有遮陽、通風(fēng)、排煙等功能要求。毫無疑問，海口美蘭機場更加注重幕墻的簡潔、通透性，著重強調(diào)豎向效果，與其它大型機場航站樓不同的是，本工程未設(shè)置大橫梁裝飾條，而采用了外突出大鋁合金（詞條“鋁合金”由行業(yè)大百科提供）立柱玻璃幕墻系統(tǒng)，由大鋁合金立柱承擔(dān)主要的玻璃幕墻風(fēng)荷載，立柱與大間距(9-11米)的鋼橫梁連接，保證了航站樓整個玻璃幕墻外立面的新穎、簡潔、通透，同時實現(xiàn)了玻璃幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、裝飾、遮陽的一體化(如圖2)。
圖2 主立面豎向大裝飾條玻璃幕墻系統(tǒng)效果圖
大裝飾條鋁合金立柱寬度150mm，高度500mm，其中位于室外玻璃面之外的為415mm，室內(nèi)只有65mm的鋁合金扣蓋，最大程度地節(jié)省了室內(nèi)空間，也較好地提升了室內(nèi)的視覺效果。從室外看，間距約1800mm、突出玻璃面415mm的大裝飾條形成了一個直紋曲面（詞條“曲面”由行業(yè)大百科提供）的立面，實現(xiàn)了建筑的幾何邏輯。由于大裝飾條兼作主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而且由于采用了無橫梁設(shè)計，面板固定在左右兩側(cè)立柱之上，面板的受力方式為對邊簡支板，本項目無橫梁大裝飾條鋁合金立柱的設(shè)計也較大地降低了工程成本(如圖3)。
主立面大裝飾條玻璃幕墻三維圖(圖3)
本項目玻璃幕墻采用豎明橫隱構(gòu)造形式，豎向大裝飾條鋁合金立柱作為幕墻豎向受力構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）承擔(dān)幕墻玻璃的水平及豎向荷載，本系統(tǒng)玻璃水平寬度約1800mm，高度3000mm，主要玻璃配置為12(雙銀Low-E)+18A+12 鋼化中空超白Low-E玻璃，為保證安全性，旅客可接觸到的玻璃為12(雙銀Low-E)+12A+8+1.52SGP+8 鋼化中空夾膠超白Low-E玻璃;鋁合金裝飾條最大長度為11m，固定在水平鋼梁上，上下兩根鋁合金裝飾條采用長1000mm的鋁合金芯套連接。玻璃幕墻水平采用無橫梁設(shè)計，玻璃與玻璃水平連接位置只需要在室內(nèi)外打密封膠即可，膠縫寬度為20mm，玻璃與立柱之間打硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，這種構(gòu)造體系由于玻璃的嵌固作用使玻璃與立柱之間形成良好的抗側(cè)能力(如圖4)，便于嚴(yán)格的控制側(cè)向變形，通過動態(tài)風(fēng)壓試驗證明，模擬15級臺風(fēng)( 46.2—50.9米/秒 )，相當(dāng)于側(cè)向施加的風(fēng)壓為1.57 KPa，側(cè)向位移為幾乎為0(如圖4)。
根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范計算及風(fēng)洞試驗報告，本工程建筑幕墻抗風(fēng)壓變形性能取大值為4級，但實際做試驗按風(fēng)壓值3.822KPa檢測的幕墻系統(tǒng)的抗風(fēng)壓性能，完全滿足試驗要求。
動態(tài)風(fēng)壓測試側(cè)向位移效果圖(圖4)
A系統(tǒng)大立面鋁合金裝飾條立柱作為主受力構(gòu)件，與幕墻水平鋼橫梁采用26mm厚鋼板（詞條“厚鋼板”由行業(yè)大百科提供）連接，預(yù)先將兩塊豎向鋼板現(xiàn)場放線定位焊接在水平幕墻橫鋼梁上，將單片豎向鋼板與預(yù)先焊于水平鋼橫梁的雙鋼板定位焊接，再將此鋼板與鋁合金裝飾條立柱上端通過不銹鋼螺栓組連接，上下立柱之間采用1000mm鋁合金插芯緊密連接，上端立柱的底部與鋼板連接開圓孔，下端立柱頂部與鋼板連接開長圓孔，實現(xiàn)幕墻伸縮變形的同時滿足坐立式立柱的受力形式(如圖5)。
立柱與鋼結(jié)構(gòu)橫梁連接圖(圖5)
3、A系統(tǒng)傳力路徑及鋼柱連接機構(gòu)設(shè)計介紹
幕墻玻璃面板為雙邊固定簡支板，所受到的水平荷載（詞條“水平荷載”由行業(yè)大百科提供）傳遞到大裝飾條鋁合金立柱，所產(chǎn)生的豎向重力荷載通過角碼也傳遞給大裝飾條鋁合金立柱，立柱將荷載通過連接鋼板傳遞給水平幕墻鋼橫梁，再傳遞給大鋼柱，大鋼柱間距18米，玻璃幕墻傳力途徑為：水平荷載—玻璃面板—豎向裝飾立柱—連接鋼板—水平幕墻鋼橫梁—大鋼立柱—頂、底部主體結(jié)構(gòu)。
豎向荷載—玻璃面板—豎向裝飾立柱—連接鋼板—水平幕墻鋼橫梁—大鋼立柱—底部主體結(jié)構(gòu)。
大裝飾條鋁合金立柱大部分位于室外，突出玻璃面約415mm，大裝飾條鋁合金立柱也會傳遞側(cè)向風(fēng)荷載給橫向及豎向鋼結(jié)構(gòu)柱，再加上側(cè)向地震作用（詞條“地震作用”由行業(yè)大百科提供），鋼結(jié)構(gòu)柱受到的各種荷載需要傳遞到主體結(jié)構(gòu)，底部為主體混凝土結(jié)構(gòu)，鋼柱底部用銷軸及耳板連接(如圖6)。
(圖6) (圖7)
航站樓上部屋頂為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在周邊存在豎向位移，玻璃幕墻也有沿側(cè)向的水平位移，因此玻璃幕墻為了有效地將風(fēng)荷載傳遞給屋頂主體結(jié)構(gòu)，幕墻鋼柱頂部就需要設(shè)計一種能適應(yīng)以上兩種位移能力又可以傳遞水平風(fēng)荷載的連接機構(gòu)(如圖7)。
整體幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上下處于混凝土結(jié)構(gòu)與屋頂鋼網(wǎng)架之間， 剛性較大的混凝土結(jié)構(gòu)與屋頂鋼網(wǎng)架平面外體系之間會存在上下變形不一致的問題，幕墻鋼結(jié)構(gòu)與屋頂鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不在同一高度，受到的水平風(fēng)荷載會對網(wǎng)架產(chǎn)生較大的彎矩，屋頂鋼網(wǎng)架能抵抗的彎矩能力有限，對水平軸向方向受力較好，設(shè)計時將水平連桿位于網(wǎng)架節(jié)點中心連線。這種連接結(jié)構(gòu)能適應(yīng)上下變形且只傳遞水平軸向力給屋頂網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在側(cè)向風(fēng)荷載和側(cè)向地震力作用時，幕墻結(jié)構(gòu)與屋頂網(wǎng)架結(jié)構(gòu)又有相對上下位移且左右方向變形不一致的問題，這種連接結(jié)構(gòu)就要有一定的左右方向轉(zhuǎn)動且傳力的能力，這就是此種為多向可轉(zhuǎn)動型連接機構(gòu)的由來(如圖8)。
此種為多向可轉(zhuǎn)動型鼓型機構(gòu)能上下轉(zhuǎn)動一定的距離，左右轉(zhuǎn)動一定的距離，傳遞給屋頂鋼網(wǎng)架的只有水平軸向力，不承受幕墻豎向荷載，重力釋放最后傳給混凝土樓板（詞條“樓板”由行業(yè)大百科提供）。為了減少網(wǎng)架連接支座局部應(yīng)力，設(shè)計了兩個對應(yīng)的斜向連接支座，用以分散支座反力。
多向可轉(zhuǎn)動型鼓型機構(gòu)連接節(jié)點圖(圖8)
多向可轉(zhuǎn)動型鼓型機構(gòu)的設(shè)計經(jīng)過實驗的檢測，完全滿足受力要求，通過100T液壓試驗機檢測，當(dāng)模擬荷載作用時，試件幾乎完好無損(如圖9)。
多向可轉(zhuǎn)動型鼓型機構(gòu)試驗圖(圖9)
4、BIM技術(shù)在項目中的運用
本項目設(shè)計采用了大量的BIM技術(shù)：①建立三維模型，將整個機場的設(shè)計思路及效果展示在所有人的面前;②碰撞問題的協(xié)調(diào)檢查，幕墻的構(gòu)件與鋼結(jié)構(gòu)單元的布置、與給排水的管線等的交叉問題的解決;③采光頂幕墻整體排水的設(shè)計，排水路徑的表達(dá);④A系統(tǒng)等幕墻玻璃及構(gòu)件的下單統(tǒng)計;為整個工程的設(shè)計及實施提供了巨大的支持(如圖10、11、12)。
主立面大裝飾條玻璃幕墻系統(tǒng)BIM模型效果 (圖10)
A系統(tǒng)立面BIM模型局部效果圖(圖11)
采光頂及高側(cè)立面BIM模型局部效果圖(圖12)
5 、結(jié)語
大型機場航站樓建筑幕墻設(shè)計具有結(jié)構(gòu)跨度大、平面空間造型復(fù)雜等諸多特點,海口美蘭機場的設(shè)計包括通過設(shè)計的創(chuàng)新，幕墻各個主次結(jié)構(gòu)桿件及其連接件的認(rèn)真分析，幕墻結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的傳力分析及其連接構(gòu)造，既要把幕墻結(jié)構(gòu)的荷載安全可靠的傳給主體結(jié)構(gòu)，又要適應(yīng)主體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的各種位移，將大跨度結(jié)構(gòu)與幕墻技術(shù)完美結(jié)合，為裝飾形大立柱無橫梁系統(tǒng)再添濃厚一筆，為機場航站樓幕墻工程的復(fù)雜結(jié)構(gòu)傳力體系提供新的思路。
參考文獻(xiàn)
花定興，大型機場航站樓建筑幕墻設(shè)計關(guān)鍵要點分析;《鋼結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化與新技術(shù)應(yīng)用》中國建筑出版社2016.4
