中國(guó)建筑第八工程局廣西公司 南寧 530028

1 工程概況

南寧國(guó)際機(jī)場(chǎng)新航站樓中央大廳幕墻工程包括B幕墻、C幕墻、E幕墻及鋁板幕墻4 種類型，B幕墻位于航站樓中央大廳南端入口處，C幕墻、E幕墻及鋁板幕墻位于航站樓空側(cè)，E幕墻和鋁板幕墻從±0.00 m升至4.15 m標(biāo)高，C幕墻從4.15 m標(biāo)高升至屋檐底。

B幕墻為單向拉索幕墻，其水平跨度逾200 m，幕墻高度從0～32 m，索間距為3.03 m，地面向上第1塊玻璃分格為2 m，往上以1.5 m進(jìn)行等分。幕墻往外傾斜10°，呈倒錐形狀，豎向單索，橫向沒(méi)有拉索，此種帶傾斜角度的單層豎向雙索結(jié)構(gòu)體系的幕墻在國(guó)內(nèi)為首創(chuàng)（圖1、圖2）。

圖1 B幕墻立面分格示意

圖2 B幕墻和C幕墻視覺(jué)效果圖

C型玻璃幕墻外形呈雙曲面形狀。幕墻總長(zhǎng)度約為310 m，最高點(diǎn)位于中間對(duì)稱軸S01處，向著兩邊標(biāo)高由17.3 m降到13.3 m，降幅達(dá)到4 m，垂直方向的截面剖切線從由R=12 800 mm圓弧和R=5 950 mm圓弧組成的空間曲線過(guò)渡到R=5 950 mm圓弧，水平方向由2 段外弧和1 段內(nèi)弧組成，由以上條件擬合完成的曲面為不規(guī)則雙曲面。沿著高度方向的玻璃分格是按2 段弧長(zhǎng)九等分進(jìn)行劃分，因此每塊玻璃的完成面也是雙曲面，而且是曲率半徑變化的雙曲面，如圖3所示[1-4]。

圖3 C幕墻三維效果圖

2 幕墻深化設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1）C幕墻外形呈雙曲面形狀，玻璃的4 個(gè)點(diǎn)不共面，C幕墻玻璃彎曲成型的方法是深化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2）由于B幕墻往外傾斜10°，呈倒錐形狀，豎向單索，如何選取玻璃的支撐方式是一個(gè)難點(diǎn)。

3）B幕墻與鋼結(jié)構(gòu)拱桁架的連接節(jié)點(diǎn)是另一難點(diǎn)；且由于B幕墻結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，拉索穿過(guò)鋼連橋的節(jié)點(diǎn)，需要考慮拉索在風(fēng)荷載下的最大位移。

3 幕墻深化設(shè)計(jì)流程

為了便于管理、協(xié)調(diào)，使深化設(shè)計(jì)能夠按照施工總體進(jìn)度實(shí)施，需明確深化設(shè)計(jì)的工作流程[5-7]。

1）根據(jù)業(yè)主下發(fā)或認(rèn)可的設(shè)計(jì)院施工圖文件開(kāi)始深化設(shè)計(jì)，在此過(guò)程中，提出幕墻與各專業(yè)間碰、缺、漏等問(wèn)題，由深化設(shè)計(jì)部初步協(xié)調(diào)后，向設(shè)計(jì)院提供。

2）設(shè)計(jì)院根據(jù)幕墻深化設(shè)計(jì)提交的資料進(jìn)行整合，確定需要與幕墻進(jìn)行同步深化的其他專業(yè)，深化設(shè)計(jì)部協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)院專業(yè)設(shè)計(jì)人員及其他專業(yè)的深化設(shè)計(jì)單位技術(shù)人員進(jìn)行配合。

3）幕墻深化設(shè)計(jì)圖需要與建筑圖、結(jié)構(gòu)圖（土建和鋼結(jié)構(gòu)）等綜合協(xié)調(diào)，解決專業(yè)間的碰、缺、漏等問(wèn)題。

4）在充分協(xié)調(diào)各專業(yè)的基礎(chǔ)上，幕墻提出深化設(shè)計(jì)圖，提交總包深化設(shè)計(jì)部初審，總包方初審合格后，將深化圖報(bào)送監(jiān)理、建筑師、業(yè)主審核確認(rèn)，建筑師的審核結(jié)果分為A、B、C三個(gè)等級(jí)：

A級(jí)表示圖紙和文件正確無(wú)誤，可以實(shí)施；

B級(jí)表示圖紙和文件原則上可以接受，但須稍加修改，經(jīng)總包復(fù)核無(wú)誤，再報(bào)設(shè)計(jì)院復(fù)核無(wú)誤后方可實(shí)施；

C級(jí)表示圖紙和文件錯(cuò)誤較大，不予接受，須重新設(shè)計(jì)，再經(jīng)總包方初審后，發(fā)送原設(shè)計(jì)師審批。

A級(jí)和B級(jí)圖紙和文件經(jīng)復(fù)審無(wú)誤后須由設(shè)計(jì)院加蓋施工圖批準(zhǔn)章，由總包方提交監(jiān)理和業(yè)主，然后可以進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工。如未通過(guò)，須根據(jù)業(yè)主審核意見(jiàn)修改，牽涉到其他專業(yè)的還須重新進(jìn)行流轉(zhuǎn)確認(rèn)程序。

4 幕墻設(shè)計(jì)方案

由于E幕墻和鋁單板幕墻在國(guó)內(nèi)已經(jīng)普遍使用，深化設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，在此不再進(jìn)行介紹，主要針對(duì)本工程的兩大特色幕墻（C幕墻和B幕墻）進(jìn)行介紹。

4.1 C幕墻深化設(shè)計(jì)方案

按建筑師原來(lái)思路， C型幕墻通過(guò)平板玻璃過(guò)渡來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于C墻為不規(guī)則雙曲面幕墻，即使深化設(shè)計(jì)細(xì)化分格，單塊玻璃仍為雙曲面，即玻璃板塊平面內(nèi)四點(diǎn)不共面。從效果圖對(duì)比的情況來(lái)看，若采用平板玻璃，無(wú)法實(shí)現(xiàn)玻璃平順接縫，必然存在錯(cuò)臺(tái)的問(wèn)題，只有雙曲彎弧玻璃才能滿足建筑要求。而能滿足雙曲彎弧玻璃的工藝有熱彎和冷彎2 種。

廠內(nèi)熱彎玻璃是在模具中成型，再經(jīng)退火而成，模具需要與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相吻合，由于廠內(nèi)熱彎加工時(shí)，生產(chǎn)的玻璃與模具存在偏差，同時(shí)，熱彎要求施工現(xiàn)場(chǎng)精度控制過(guò)高，必然導(dǎo)致施工進(jìn)度慢，不利于工期緊的項(xiàng)目。另外，熱彎加工存在開(kāi)模時(shí)間長(zhǎng)、加工周期長(zhǎng)、成本高等缺點(diǎn)。

深化設(shè)計(jì)在實(shí)施中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，C幕墻中玻璃板面翹起范圍0～5 mm的共有422 塊，翹起范圍5～10 mm的共有504 塊，翹起范圍10～15 mm的共有252 塊（圖4）。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息，玻璃的翹曲值均較小，玻璃自身具有一定的彎曲可塑性，只要將翹曲值控制在玻璃的彎曲極限值內(nèi)，就可以采用玻璃冷彎扭擰達(dá)到設(shè)計(jì)效果。玻璃冷彎扭擰是通過(guò)外力，強(qiáng)迫玻璃按設(shè)計(jì)邊界要求進(jìn)行就位，從而達(dá)到設(shè)計(jì)曲面效果，其優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便，成本較低。但由于該技術(shù)在國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)，需要進(jìn)行玻璃冷彎扭擰試驗(yàn)，驗(yàn)證冷彎成型玻璃的可靠性及確定玻璃的安裝工法。

圖4 C幕墻單塊玻璃彎曲示意

由于南寧國(guó)際機(jī)場(chǎng)新航站樓幕墻工程工期緊，且玻璃的翹曲值較小，若采用廠內(nèi)熱彎，無(wú)法滿足工期要求，同時(shí)成本高。經(jīng)過(guò)與參建各方研討，并咨詢業(yè)內(nèi)的專業(yè)人士，最終確定采用現(xiàn)場(chǎng)冷彎扭擰成型的方案，同時(shí)委托試驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行玻璃冷彎扭擰試驗(yàn)。

4.2 B幕墻深化設(shè)計(jì)方案

4.2.1 玻璃的支撐方式

B幕墻采用的是柔性設(shè)計(jì)，在風(fēng)荷載作用下，變形較大，且由于B幕墻向外傾斜10°，因此，玻璃的支撐方式的選取關(guān)系到荷載的傳遞及拉索的變形極限值。

方案采用現(xiàn)階段技術(shù)比較成熟的點(diǎn)支式支撐方式，它有以下特點(diǎn)：幕墻的通透性好，力的傳遞直接、簡(jiǎn)單，不銹鋼夾具采用球鉸設(shè)計(jì)，玻璃在荷載的作用下，其球鉸可以產(chǎn)生三維轉(zhuǎn)動(dòng)，避免玻璃棱角產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)也能滿足玻璃平面內(nèi)的變形。因此可以有效地解決在風(fēng)荷載作用下，玻璃面位置的變化而產(chǎn)生的位移變形與應(yīng)力。

荷載傳遞方式：風(fēng) 、地震等荷載先傳遞給玻璃→風(fēng) 、地震等荷載及玻璃自重通過(guò)玻璃傳遞給不銹鋼夾具→荷載通過(guò)不銹鋼夾具傳給拉索→通過(guò)拉索傳給主體結(jié)構(gòu)。

4.2.2 B幕墻拉索變形分析

拉索編號(hào)由S1軸分為東西兩側(cè)，西側(cè)為W1～W32，東側(cè)為E1～E32（圖5）。

圖5 拉索編號(hào)示意

B幕墻編號(hào)為W1、E1、W2、E2的4 條拉索為最不利位置拉索。該4 條拉索在重力荷載下的變形、風(fēng)荷載下的變形及玻璃面板的位移值如圖6所示。

圖6 重力荷載下的變形、風(fēng)荷載下的變形及玻璃面板的位移值

4.2.3 B幕墻張拉力計(jì)算及合理性分析

以設(shè)計(jì)提供的張拉完成時(shí)刻索力分布為基準(zhǔn)，按照選擇的張拉順序，進(jìn)行倒拆，對(duì)每一個(gè)張拉步驟進(jìn)行計(jì)算，然后提取每個(gè)張拉步驟對(duì)應(yīng)的拉索索力即為該索的張拉力。張拉過(guò)程最大值和張拉完成時(shí)刻最大值對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 張拉過(guò)程最大值和張拉完成時(shí)刻最大值對(duì)比

根據(jù)表1對(duì)比結(jié)果，本方案張拉過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)均與張拉完成時(shí)刻比較接近，因此從張拉過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)來(lái)看，張拉方案是比較合理的。

4.2.4 拉索與鋼連橋的銜接

B幕墻的拉索要穿過(guò)鋼連橋，鋼連橋加工時(shí)，要預(yù)留索孔，索孔的設(shè)置必須滿足拉索在風(fēng)荷載下的最大變形值。因此，在深化設(shè)計(jì)時(shí)，要將該最大變形值提供給鋼結(jié)構(gòu)，以便鋼結(jié)構(gòu)在工廠加工生產(chǎn)鋼梁橋時(shí)，將該索孔預(yù)留，避免現(xiàn)場(chǎng)加工，制約工期。B幕墻與鋼連橋的銜接如圖7所示。

圖7 B幕墻與鋼梁橋處的銜接

預(yù)留索孔處幕墻解決方案：拉索幕墻在荷載作用下，在鋼連橋與玻璃幕墻相交處的拉索不受任何約束，可以自由移動(dòng)，因此，造型鋁板與門斗之間用三元乙丙膠條進(jìn)行雙層密封，造型鋁板與拉索幕墻通過(guò)鋼龍骨固定在一起，跟隨拉索幕墻自由移動(dòng)（圖8）。

圖8 拉索穿鋼連橋洞口大樣

5 實(shí)施效果

南寧國(guó)際機(jī)場(chǎng)新航站樓B幕墻和C幕墻，通過(guò)深化設(shè)計(jì)，預(yù)先找出了實(shí)施過(guò)程中會(huì)遇到的施工技術(shù)難題，提前將原設(shè)計(jì)未考慮到的細(xì)節(jié)直接在深化設(shè)計(jì)中進(jìn)行明確。同時(shí)，通過(guò)對(duì)深化設(shè)計(jì)的管理，將總包的管理理念和施工方向提前向幕墻分包單位進(jìn)行共同確認(rèn)，形成一致意見(jiàn)，從而在源頭上避免了施工過(guò)程中的管理缺失問(wèn)題。并且對(duì)在幕墻施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題，通過(guò)總包單位進(jìn)行協(xié)調(diào)，將各個(gè)專業(yè)分包單位緊密地聯(lián)系在一起，共同商討銜接面的處理辦法，為幕墻的施工創(chuàng)造了有利的條件。最終，由于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提前解決問(wèn)題，南寧國(guó)際機(jī)場(chǎng)新航站樓的幕墻工程按照業(yè)主的節(jié)點(diǎn)工期得以順利完成，同時(shí)，也保證了施工質(zhì)量[8]。