無橫樑玻璃幕牆搭配大裝飾條鋁合金立柱會碰撞出什麼火花？

最新 06-26

項目概況

北京新機場位於永定河北岸，北京市大興區榆垡鎮、禮賢鎮和河北省廊坊市廣陽區之間，包括航站樓、飛行區域、軌道交通中心、停車樓、綜合服務樓工程和配套服務設施，總建築面積約141萬m2。按2025年旅客吞吐量7 200萬人次、貨郵吞吐量200萬t、飛機起降量62萬架次的目標設計，預計2019年建成通航，定位為「大型國際樞紐機場」，是首都北京乃至全國的重大標誌性工程。

路側高架橋位置局部效果圖

北京新機場航站樓採用了五指廊放射構型，整體構型控制在一個1.2km直徑的圓內。充足的停機延展線也帶來了超長的立面系統，立面展開長度達到5.4km，玻璃幕牆最高處約43m。針對這一「超級工程」的特點，設計中創新地採用了無橫樑大裝飾條鋁合金立柱玻璃幕牆系統。

整體鳥瞰效果圖

機場航站樓幕牆具有如下特點：通透性強；無樓層，豎向跨度大；有遮陽、通風、排煙等功能要求。而北京新機場的立面造型也有其自身特點，整個外圍立面系統表皮為連續的直紋曲面，由上下兩條曲線控制，幕牆系統為垂直到內傾連續變化。因此，與北京首都機場T3、昆明長水國際機場中採用的無立柱大裝飾條橫樑玻璃幕牆系統不同，我們更加強調豎向劃分，採用了無橫樑大裝飾條鋁合金立柱玻璃幕牆系統。這一系統符合新機場立面表皮直紋曲面的幾何邏輯，保證了立面的簡潔通透，同時實現了幕牆系統結構、裝飾、遮陽的一體化。

空側效果圖

北京新機場無橫樑大裝飾條鋁合金立柱幕牆的特點

2.1 結構、裝飾、遮陽一體化

無橫樑幕牆系統的主要特點是不設橫樑，面板固定在左右兩側立柱之上，面板的受力方式為對邊簡支板。無橫樑幕牆系統技術已經非常成熟，一般的玻璃肋幕牆系統、單向豎索系統、豎向鋼管點式幕牆系統、陶土板幕牆系統、掛鉤式鋁板幕牆系統均採用了無橫樑幕牆系統，現已得到廣泛應用，在北京T3首都機場的出入口門廳也少量採用了無橫樑幕牆系統。本項目首次大規模在玻璃幕牆中採用無橫樑幕牆系統，並且使用室外大裝飾條鋁合金立柱作為幕牆的受力構件，同時起到裝飾和遮陽的作用。

幕牆節點三維線框室外、室內圖

大裝飾條鋁合金立柱寬度125mm，高度400mm，其中位於室外玻璃面之外的為350mm，室內只有50mm的鋁合金扣蓋，最大程度地節省了室內空間，也較好地提升了室內的視覺效果。從室外看，間距約2 250mm、突出玻璃面350mm的大裝飾條形成了一個直紋曲面的立面，實現了建築的幾何邏輯。由於大裝飾條兼作主要的結構構件，而且由於採用了無橫樑設計，本項目的鋁合金含量不到7kg/m2，而常規框架式玻璃幕牆的鋁合金含量約為10kg/m2，單元式玻璃幕牆的鋁合金含量約為15kg/m2，因此本項目無橫樑大裝飾條鋁合金立柱的設計也較大地降低了工程成本。

由於採用了五指廊放射構型，太陽在任一位置時，大部分的立面幕牆與太陽存在不同的水平夾角，突出玻璃350mm的大裝飾條能有效起到外遮陽作用。經模擬測算，有裝飾立柱情況下能把立面平均輻射得熱由149.85W/m2降低到120.90W/m2，遮陽率接近20%。

幕牆有無遮陽立面輻射得熱對比圖

2.2 和結構互動的幕牆設計

北京新機場的幕牆豎向跨度大，主立面幕牆高43m無層間支撐，這樣的跨度並不由幕牆系統獨立完成，而要與航站樓鋼結構緊密結合進行一體化的設計。航站樓外圍支撐鋼柱間距9m，之間設置水平鋼橫樑作為幕牆的支撐結構。結合幕牆裝飾條立柱的尺度和受力計算，最終確定水平鋼橫樑間距為6m。而在主立面位置，大跨度的豎向結構不僅需要承受屋面豎向力，還需承擔風荷載和水平地震作用。結合幕牆水平鋼橫樑受力和出入口設置需求，特別設計了蜂窩狀的支撐結構，不僅滿足了建築和幕牆受力的需求，而且取得了非常驚艷的視覺效果。

中心區室內幕牆效果圖

航站樓中心區室內外幕牆三維圖

北京新機場是世界上最大的減隔震建築，中心區支撐底部設置了1 100多個隔震墊，混凝土板500多m未設縫，但在中心區與指廊交界處，主體結構設置了防震縫伸縮縫，縫寬達到800mm，這給幕牆設計帶來了巨大挑戰。防震縫位置室內外面板均採用了左右兩塊鋁板，兩塊鋁板各固定在防震縫兩側的結構上，可左右相對滑動300mm，適應溫度伸縮和小震時的相對變形；如遇到罕遇地震，考慮鋁板可破壞。室內外鋁板之間，設置了支撐鋁板的次龍骨、可伸縮風琴板及保溫棉，確保系統的水密性、氣密性和可適應主體變形的能力。

幕牆豎向鋁合金裝飾條與水平鋼樑連接節點圖

2.3 隱藏式通風和排煙系統

不同於在玻璃幕牆上設置開啟扇的傳統做法，本項目玻璃幕牆通風電動開啟扇設置在玻璃幕牆底部的水平裝飾格柵之內，氣動排煙扇設置在幕牆頂部屋架之內，所有開啟裝置從室內外看均為隱藏式。電動開啟扇為開啟狀態時，氣流通過幕牆底部格柵、電動開啟扇、散熱器進入室內進行通風換氣。氣動開啟扇與消防系統連接，發生火災接收到消防信號時，氣動開啟扇自動開啟，煙可通過氣動開啟扇排出室外。通過利用首層的出挑做法和屋面的網架空間，在滿足排煙、通風等功能要求的同時，保證了立面設計的整潔和完整。

熱壓通風工況下室內壓力和風速分布圖

無橫樑大裝飾條鋁合金立柱玻璃幕牆系統設計

項目玻璃幕牆採用豎明橫隱構造形式，豎向為大裝飾條鋁合金立柱，鋁合金外裝飾條既有外裝飾和遮陽作用，而且還作為幕牆豎向受力構件承擔幕牆玻璃的水平及豎向荷載。本系統玻璃水平寬度約2.25m，高度3m，主要玻璃配置為12（雙銀Low-E）＋18A＋12；鋁合金裝飾條長度為6m，弔掛在間距為6m水平鋼樑上，上下兩根鋁合金裝飾條採用鋁合金芯套連接。玻璃幕牆水平採用無橫樑設計，玻璃與玻璃水平連接位置只需要在室內外打密封膠即可，膠縫寬度為20mm，簡潔通透，內外視覺效果好。

鋁合金裝飾條立柱作為主受力構件，與幕牆水平鋼橫樑採用鋼板連接，預先將兩塊豎向鋼板現場放線定位焊接在水平幕牆橫鋼樑上，將單片豎向鋼板與預先焊於水平鋼橫樑的雙鋼板定位焊接，再將此鋼板與鋁合金裝飾條立柱上端通過不鏽鋼螺栓連接，此設計可以滿足幕牆水平鋼橫樑進出施工偏差±40mm。幕牆裝飾立柱頂部與鋼板連接開圓孔，底部與鋼板連接開長圓孔，以釋放溫度作用產生的變形；鋼板外露表面採用氟碳噴塗處理，確保美觀。

幕牆玻璃面板為單向受力簡支板，所受到的水平荷載傳遞到大裝飾條鋁合金立柱，大裝飾條鋁合金立柱將水平荷載通過連接鋼板支座傳遞給水平幕牆鋼橫樑，即：水平荷載—玻璃—鋁合金室內壓板—豎向裝飾立柱—連接鋼板—水平幕牆鋼橫樑—幕牆支撐鋼柱—頂底主體結構。由於裝飾條位於室外，突出玻璃面約350mm，左側向風荷載或者側向地震作用時，大裝飾條鋁合金立柱側向弱軸受彎，鋁合金立柱與水平鋼樑的連接鋼板及焊縫也側向受彎，對此處也進行了精心設計及計算。

幕牆玻璃面板的自重通過玻璃底部兩端固定在大裝飾條鋁合金立柱上的厚角鋁傳遞到鋁合金立柱，角鋁通過不鏽鋼螺栓與大裝飾條鋁合金立柱連接，即：玻璃自重—鋁合金厚角鋁—大裝飾條鋁合金立柱—連接鋼板—水平幕牆鋼橫樑—幕牆支撐鋼柱—底部主體結構。

幕牆玻璃自重固定點裝配圖

無橫樑大裝飾條鋁合金立柱玻璃幕牆專項設計

4.1 玻璃配置

玻璃是幕牆項目最重要的材料之一，影響到建築外觀效果、節能及安全，而且對幕牆的整體造價還有較大的影響，所以，玻璃配置的選擇在幕牆設計中起著關鍵作用。本項目幕牆採用無橫樑設計，玻璃受力方式與普通框架系統不同，故對玻璃的厚度要求較高，經結構受力分析後，選用12（雙銀Low-E）＋18A＋12中空鋼化超白玻璃可以滿足要求。雖然選用的玻璃較厚，但是，由於項目採用無橫樑設計，從整個幕牆工程的角度而言，其工程造價與帶橫樑降低玻璃厚度的設計方案造價基本持平。

幕牆電動通風窗節點圖

幕牆氣動排煙窗節點圖

本幕牆項目所有玻璃採用鋼化超白玻璃，是因為項目豎直面幕牆未採用夾膠玻璃，雖然鋼化玻璃為安全玻璃，但安全的定義是相對的，由於鋼化玻璃材料和加工的特性，存在一定自爆率，且玻璃均質處理目前沒有有效的技術鑒別手段加以識別。如選用超白鋼化玻璃，根據國內外超白玻璃多年的使用情況統計，會較大降低玻璃的自爆率，由此提高了幕牆的安全性。

其次，玻璃本身並不是完全透明的，玻璃材質一般都是淺綠色，隨著玻璃厚度的增加，玻璃材料本身的顏色將越來越深，且經過Low-E鍍膜後，玻璃顏色與鍍膜顏色交叉疊加，導致玻璃透光率降低，建築外觀效果變得暗沉。而本項目幕牆玻璃都較厚，項目地點又在北方，對採光要求較高，採用超白中空Low-E玻璃，則更加能夠體現建築幕牆的通透性，提升建築品質。

4.2 防水設計

本玻璃幕牆屬於框架式幕牆系統，採用雙道防水設計，豎向第一道防水為鋁型材與玻璃的膠條防水，第二道防水為玻璃與鋁立柱採用硅酮密封膠打膠防水，即玻璃豎向兩側與鋁合金豎向裝飾型材室內側注膠形成豎向膠縫。玻璃水平橫向對接形成室內外兩道硅酮密封膠膠縫防水。玻璃水平橫向內側膠縫與豎向膠縫形成交圈，由此形成嚴密的氣密及防水線。

4.3 節能設計

玻璃幕牆系統節能設計最主要的是玻璃配置選擇、型材隔熱設計、外遮陽設計。本系統主要玻璃配置為12（雙銀Low-E）＋18A＋12中空鋼化超白玻璃，玻璃傳熱係數K值小於1.7，遮陽係數小於0.4；室內外大裝飾條鋁型材立柱採用間斷隔熱墊固定，無鋁合金橫樑，綜合計算玻璃幕牆傳熱係數小於2.3，室外大裝飾條鋁合金立柱遮陽效果較好，幕牆遮陽係數小於0.35。本項目玻璃透光率大於60%，自然採光較好。

4.4 防撞設計

為了提高建築效果，增加室內使用空間，本項目玻璃幕牆室內側不採用防護欄杆，樓層上第一個分格玻璃可以通過加強玻璃配置的方式來滿足防撞安全要求。標準位置玻璃配置為12（雙銀Low-E）＋18A＋12中空鋼化超白玻璃，而從樓層開始的第一塊玻璃採用12（超白雙銀Low-E）＋12A＋8（超白）＋1.52SGP＋8（超白）中空雙銀Low-E鋼化玻璃。由於採用了SGP膜，8＋1.52SGP＋8玻璃的折算厚度約為16mm，根據計算分析，能滿足規範規定的撞擊要求。由於採用了無橫樑幕牆系統設計，必須保證第一塊玻璃厚度與第二塊一致，否則會影響建築效果，為此標準位置的玻璃中空層的厚度取為18mm，這樣第一塊玻璃厚度為41.52mm，第二塊玻璃厚度為42mm，厚度基本一致，空氣層加厚也對節能參數有幫助。

4.5 玻璃幕牆的清洗與檢修維護

軌道式擦窗機在機場項目中故障率高，使用率低，還影響美觀。機場幕牆的高度不高，本項目玻璃幕牆最高處約為43m，室內外均可採用蜘蛛車來清洗玻璃，靈活性好，操作簡便。由於玻璃存在自爆率，有可能需要更換玻璃。本幕牆項目玻璃分格大，最大約為2 250mm×3 500mm，玻璃重量較重，一般的提升設備不能滿足玻璃更換要求，在屋蓋底部鋼結構上單獨設計了更換玻璃的隱藏吊環，通過吊環與電動葫蘆將玻璃提升至需要更換的位置，工作人員配合蜘蛛車便可以更換幕牆玻璃。