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海口美兰国际机场航站楼幕墙工程技术介绍

来源:2019年会论文集  作者:陈国新 花定兴  日期:2019-5-14
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  摘要:本文介绍了海口美兰国际机场航站楼幕墙工程的大跨度装饰型铝合金立柱的特点,对新型多向可转动连接机构及幕墙结构进行了受力分析。
  关键词:大跨度; 连接机构

  1、 工程概况

  海口美兰国际机场二期扩建工程新建旅客航站楼,建设规模为地上4层(局部5层),地下1层,总建筑面积约30万㎡,建筑高度33.74米。该工程由航站楼中心区主楼、西南指廊、西北指廊、东南指廊、东北指廊五部分组成。航站楼东西向总宽度 750 米,南北向总进深约为 405 米,主楼进深196.75 米,幕墙面积大约11万平方米(如图1)。

图1 项目整体效果图

  本项目幕墙工程主要包括以下几个系统:

  A、主立面大装饰条(词条“装饰条”由行业大百科提供)玻璃幕墙系统,A1子系统:陆侧入口玻璃幕墙,A2子系统:空侧玻璃幕墙 ;

  B、内庭拉索玻璃幕墙系统;

  C、中央商业街、指廊高侧幕墙系统,C1子系统:中央商业街高侧玻璃幕墙;

  D、采光带玻璃幕墙系统,D1子系统:中央商业街玻璃采光带;

  E、首层外幕墙系统,E1子系统:VIP出入口及外幕墙(中心区陆侧),E2子系统:中心区远机位出发及到达玻璃幕墙(不含VIP出发及到达部分);

  F、出入口门套及雨蓬幕墙系统,F1子系统:陆侧三层连桥斗及玻璃雨蓬、首层地下服务车道出入口雨蓬, F2子系统:陆侧中心区首层铝板门斗,F3子系统:首层陆侧和空侧VIP雨蓬,F4子系统:中心区登机口门套, F5子系统:陆侧中心区二层入口玻璃厅幕墙;

  G、幕墙和采光顶遮阳系统,G3子系统:中央商业街采光顶固定水平内遮阳;

  基本风压 0.75kN/㎡(50年一遇)

  地面粗糙度(词条“地面粗糙度”由行业大百科提供)类别 B类

  抗震设防烈度 7度(0.15g,基于本工程设有减震措施降低一度设计)

  风荷载(词条“风荷载”由行业大百科提供)风洞试验报告及规范计算最不利情况取值; 幕墙设计使用年限为25年,幕墙结构设计使用年限为50年。

  2、 A系统主立面大装饰条玻璃幕墙系统介绍

  机场航站楼幕墙具有如下特点:通透性强;无楼层,竖向跨度大;有遮阳、通风、排烟等功能要求。毫无疑问,海口美兰机场更加注重幕墙的简洁、通透性,着重强调竖向效果,与其它大型机场航站楼不同的是,本工程未设置大横梁装饰条,而采用了外突出大铝合金立柱玻璃幕墙系统,由大合金立柱承担主要的玻璃幕墙风荷载,立柱与大间距(9-11米)的钢横梁连接,保证了航站楼整个玻璃幕墙外立面的新颖、简洁、通透,同时实现了玻璃幕墙系统结构、装饰、遮阳的一体化(如图2)。

  

图2 主立面竖向大装饰条玻璃幕墙系统效果图

  大装饰条铝合金立柱宽度150mm,高度500mm,其中位于室外玻璃面之外的为415mm,室内只有65mm的铝合金扣盖,最大程度地节省了室内空间,也较好地提升了室内的视觉效果。从室外看,间距约1800mm、突出玻璃面415mm的大装饰条形成了一个直纹曲面的立面,实现了建筑的几何逻辑。由于大装饰条兼作主要的结构构件,而且由于采用了无横梁设计,面板固定在左右两侧立柱之上,面板的受力方式为对边简支板,本项目无横梁大装饰条铝合金立柱的设计也较大地降低了工程成本(如图3)。

主立面大装饰条玻璃幕墙三维图(图3)

  本项目玻璃幕墙采用竖明横隐构造形式,竖向大装饰条铝合金立柱作为幕墙竖向受力构件承担幕墙玻璃的水平及竖向荷载,本系统玻璃水平宽度约1800mm,高度3000mm,主要玻璃配置为12(双银Low-E)+18A+12 钢化中空超白Low-E玻璃,为保证安全性,旅客可接触到的玻璃为12(双银Low-E)+12A+8+1.52SGP+8 钢化中空夹胶超白Low-E玻璃;铝合金装饰条最大长度为11m,固定在水平钢梁上,上下两根铝合金装饰条采用长1000mm的铝合金芯套连接。玻璃幕墙水平采用无横梁设计,玻璃与玻璃水平连接位置只需要在室内外打密封胶即可,胶缝宽度为20mm,玻璃与立柱之间打硅酮结构密封胶,这种构造体系由于玻璃的嵌固作用使玻璃与立柱之间形成良好的抗侧能力(如图4),便于严格的控制侧向变形,通过动态风压试验证明,模拟15级台风( 46.2—50.9米/秒 ),相当于侧向施加的风压为1.57 KPa,侧向位移为几乎为0(如图4)。

  根据结构荷载规范计算及风洞试验报告,本工程建筑幕墙抗风压变形性能取大值为4级,但实际做试验按风压值3.822KPa检测的幕墙系统的抗风压性能,完全满足试验要求。

动态风压测试侧向位移效果图(图4)

  A系统大立面铝合金装饰条立柱作为主受力构件,与幕墙水平钢横梁采用26mm厚钢板(词条“厚钢板”由行业大百科提供)连接,预先将两块竖向钢板现场放线定位焊接在水平幕墙横钢梁上,将单片竖向钢板与预先焊于水平钢横梁的双钢板定位焊接,再将此钢板与铝合金装饰条立柱上端通过不锈钢螺栓组连接,上下立柱之间采用1000mm铝合金插芯紧密连接,上端立柱的底部与钢板连接开圆孔,下端立柱顶部与钢板连接开长圆孔,实现幕墙伸缩变形的同时满足坐立式立柱的受力形式(如图5)。

  立柱与钢结构横梁连接图(图5)

  3、A系统传力路径及钢柱连接机构设计介绍

  幕墙玻璃面板为双边固定简支板,所受到的水平荷载(词条“水平荷载”由行业大百科提供)传递到大装饰条铝合金立柱,所产生的竖向重力荷载通过角码也传递给大装饰条铝合金立柱,立柱将荷载通过连接钢板传递给水平幕墙钢横梁,再传递给大钢柱,大钢柱间距18米,玻璃幕墙传力途径为:水平荷载—玻璃面板—竖向装饰立柱—连接钢板—水平幕墙钢横梁—大钢立柱—顶、底部主体结构

  竖向荷载—玻璃面板—竖向装饰立柱—连接钢板—水平幕墙钢横梁—大钢立柱—底部主体结构。

  大装饰条铝合金立柱大部分位于室外,突出玻璃面约415mm,大装饰条铝合金立柱也会传递侧向风荷载给横向及竖向钢结构柱,再加上侧向地震作用,钢结构柱受到的各种荷载需要传递到主体结构,底部为主体混凝土结构,钢柱底部用销轴及耳板连接(如图6)。

(图6) (图7)

  航站楼上部屋顶为网架结构,由于网架结构在周边存在竖向位移,玻璃幕墙也有沿侧向的水平位移,因此玻璃幕墙为了有效地将风荷载传递给屋顶主体结构,幕墙钢柱顶部就需要设计一种能适应以上两种位移能力又可以传递水平风荷载的连接机构(如图7)。

  整体幕墙结构系统上下处于混凝土结构与屋顶钢网架之间, 刚性较大的混凝土结构与屋顶钢网架平面外体系之间会存在上下变形不一致的问题,幕墙钢结构与屋顶钢网架结构不在同一高度,受到的水平风荷载会对网架产生较大的弯矩,屋顶钢网架能抵抗的弯矩能力有限,对水平轴向方向受力较好,设计时将水平连杆位于网架节点(词条“节点”由行业大百科提供)中心连线。这种连接结构能适应上下变形且只传递水平轴向力给屋顶网架结构。在侧向风荷载和侧向地震力作用时,幕墙结构与屋顶网架结构又有相对上下位移且左右方向变形不一致的问题,这种连接结构就要有一定的左右方向转动且传力的能力,这就是此种为多向可转动型连接机构的由来(如图8)。

  此种为多向可转动型鼓型机构能上下转动一定的距离,左右转动一定的距离,传递给屋顶钢网架的只有水平轴向力,不承受幕墙竖向荷载,重力释放最后传给混凝土楼板。为了减少网架连接支座局部应力,设计了两个对应的斜向连接支座,用以分散支座反力

多向可转动型鼓型机构连接节点图(图8)

  多向可转动型鼓型机构的设计经过实验的检测,完全满足受力要求,通过100T液压试验机检测,当模拟荷载作用时,试件几乎完好无损(如图9)。

多向可转动型鼓型机构试验图(图9)

  4、BIM技术在项目中的运用

  本项目设计采用了大量的BIM技术:①建立三维模型,将整个机场的设计思路及效果展示在所有人的面前;②碰撞问题的协调检查,幕墙的构件与钢结构单元的布置、与给排水的管线等的交叉问题的解决;③采光顶幕墙整体排水的设计,排水路径的表达;④A系统等幕墙玻璃及构件的下单统计;为整个工程的设计及实施提供了巨大的支持(如图10、11、12)。

主立面大装饰条玻璃幕墙系统BIM模型效果 (图10)

A系统立面BIM模型局部效果图(图11)

采光顶及高侧立面BIM模型局部效果图(图12)

  5 、结语

  大型机场航站楼建筑幕墙设计具有结构跨度大、平面空间造型复杂等诸多特点,海口美兰机场的设计包括通过设计的创新,幕墙各个主次结构杆件及其连接件的认真分析,幕墙结构与主体结构的传力分析及其连接构造,既要把幕墙结构的荷载安全可靠的传给主体结构,又要适应主体网架结构的各种位移,将大跨度结构与幕墙技术完美结合,为装饰形大立柱无横梁系统再添浓厚一笔,为机场航站楼幕墙工程的复杂结构传力体系提供新的思路。

  参考文献

  花定兴,大型机场航站楼建筑幕墙设计关键要点分析;《钢结构建筑工业化与新技术应用》中国建筑出版社2016.4

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专家介绍

 花定兴

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:深圳市三鑫幕墙工程有限公司

技术职称:教授级高级工程师

专业:建筑幕墙、建筑结构

专长:  大型空间建筑幕墙复杂钢结构、索结构的方案设计、复杂的幕墙结构与主体建筑结构的力学关系原理分析。

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2019-5-14/45875-1.htm
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