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文章摘要：

        在北京新机场这一“超级工程”中，设计创新地大量采用了无横梁大装饰条铝合金立柱玻璃幕墙系统。这一系统符合新机场立面表皮直纹曲面的几何逻辑，保证了立面的简洁通透，造价合理，同时实现了幕墙系统结构、装饰、遮阳的一体化。

       北京新机场位于永定河北岸，北京市大兴区榆垡镇、礼贤镇和河北省廊坊市广阳区之间，其中包括航站楼、飞行区域、轨道交通中心、停车楼、综合服务楼工程和配套服务设施，总建筑面积约141万平米。按2025年旅客吞吐量7200万人次、货邮吞吐量200万吨、飞机起降量62万架次的目标设计，预计2019年建成通航，定位为“大型国际枢纽机场”，是我国及首都重大标志性工程。

       北京新机场航站楼采用了五指廊放射构型，整体构型控制在一个1.2公里直径的圆内。充足的停机延展线也带来了超长的立面系统，立面展开长度达到5.4公里，玻璃幕墙最高处约43米。针对这一“超级工程”的特点，设计中创新地采用了无横梁大装饰条铝合金立柱玻璃幕墙系统。

 

1.为什么选择无横梁大装饰条铝合金立柱幕墙系统

       机场航站楼幕墙具有自身的特点：通透性强； 无楼层，竖向跨度大； 有遮阳、通风、排烟等功能要求。而北京新机场的立面造型也有其自身特点，整个外围立面系统表皮为连续的直纹曲面，由上下两条曲线控制，幕墙系统为垂直到内倾连续变化。因此，与北京T3首都机场、昆明长水国际机场中采用的无立柱大装饰条横梁玻璃幕墙系统不同，在北京新机场项目中，我们更加强调竖向划分，采用了无横梁大装饰条铝合金立柱玻璃幕墙系统。这一系统符合新机场立面表皮直纹曲面的几何逻辑，保证了立面的简洁通透，同时实现了幕墙系统结构、装饰、遮阳的一体化。

2.北京新机场无横梁大装饰条铝合金立柱幕墙的特点

2.1     结构、装饰、遮阳一体化

       无横梁幕墙系统的主要特点是不设横梁，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。无横梁幕墙系统技术已经非常成熟，一般的玻璃肋幕墙系统、单向竖索系统、竖向钢管点式幕墙系统、陶土板幕墙系统、挂钩式铝板幕墙系统，均采用了无横梁幕墙系统，并已经大量并成熟的使用，在北京T3首都机场的出入口门厅，也少量采用了无横梁幕墙系统。本项目首次大规模的在玻璃幕墙中采用无横梁幕墙系统，并且使用室外大装饰条铝合金立柱作为幕墙的受力构件，同时起到装饰和遮阳的作用。

       大装饰条铝合金立柱宽度为125mm，高度为400mm，其中位于室外玻璃面之外的为350mm，室内只有50mm的铝合金扣盖，最大可能的节省了室内空间，也较好的提升了室内的视觉效果。从室外看，间距约2250mm、突出玻璃面350mm的大装饰条形成一个直纹曲面的立面，实现了建筑几何逻辑。由于大装饰条兼作了主要的结构构件，而且本项目采用了无横梁设计，本项目每平面的铝合金含量不到7kg/平方米，而常规框架式玻璃幕墙的铝合金含量约为10kg/平方米，单元式玻璃幕墙的铝合金含量约为15kg/平方米，因此本项目无横梁大装饰条铝合金立柱的设计也较大降低了工程成本。

       由于本项目采用了五指廊放射构型，太阳在任一位置时，大部分的立面幕墙与太阳存在不同的水平夹角，突出玻璃350mm的大装饰条能有效起到外遮阳作用。经模拟测算，有装饰立柱情况下能把立面平均辐射得热由149.85W/m²降低到120.90W/m²，遮阳率接近20%。

2.2     和结构互动的幕墙设计

       北京新机场的幕墙竖向跨度大，主立面幕墙高43米无层间支撑，这样的跨度并不由幕墙系统独立完成，而要与航站楼钢结构紧密结合，进行一体化的设计。航站楼外围支撑钢柱间距9米，之间设置水平钢横梁作为幕墙的支撑结构。结合幕墙装饰条立柱的尺度和受力计算，最终确定水平钢横梁间距为6米。而在主立面位置，大跨度的竖向结构，不仅需要承受屋面竖向力，还需承担风荷载和水平地震作用。结合幕墙水平钢横梁受力和出入口设置需求，特别设计了蜂窝状的支撑结构，不仅满足了建筑和幕墙受力的需求，而且取得了非常惊艳的视觉效果。

       北京新机场是世界上最大的减隔振建筑，中心区支撑底部设置了1100多个隔震垫，混凝土板500多米未设缝，但在中心区与指廊之间交界处，主体结构设置了抗震缝伸缩缝，缝宽达到800mm，这给幕墙设计带来了巨大挑战。抗震缝位置室内外面板均采用了左右两块铝板，两块铝板各固定在抗震缝两侧的结构上，可左右相对滑动300mm，适应温度伸缩和小震时的相对变形；如遇到罕遇地震，考虑铝板可破坏。室内外铝板之间，设置了支撑铝板的次龙骨、可伸缩风琴板及保温棉，确保系统的水密性、气密性和可适应主体变形的能力。

2.3     隐藏式通风和排烟系统

       不同于在玻璃幕墙上设置开启扇的传统做法，本项目玻璃幕墙通风电动开启扇设置在玻璃幕墙底部的水平装饰格栅之内，气动排烟扇设置在幕墙顶部屋架之内，所有开启装置从室内外看均为隐藏式。电动开启扇为开启状态时，气流通过幕墙底部格栅、电动开启扇、散热器进入室内进行通风换气。气动开启扇与消防系统连接，发生火灾接收到消防信号时，气动开启扇自动开启，烟可通过气动开启扇排出室外。通过利用首层的出挑做法和屋面的网架空间，在满足排烟、通风等功能要求的同时，保证了立面设计的整洁、完整。

 

图：幕墙电动通风窗节点图

图：幕墙气动排烟窗节点图

3.无横梁大装饰条铝合金立柱玻璃幕墙系统设计

       本项目玻璃幕墙采用竖明横隐构造形式，竖向为大装饰条铝合金立柱，铝合金外装饰条既有外装饰和遮阳作用，而且还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2.25米，高度为3米，主要玻璃配置为12(双银Low-E)+18A+12；铝合金装饰条长度为6米，吊挂在间距为6米水平钢梁上，上下两根铝合金装饰条采用铝合金芯套连接。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，简洁通透，内外视觉效果好。

       铝合金装饰条立柱作为的主受力构件，与幕墙水平钢横梁采用钢板连接，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连接，此设计可以满足幕墙水平钢横梁进出施工偏差±40mm。幕墙装饰立柱顶部与钢板连接开圆孔，底部与钢板连接开长圆孔，以释放温度作用产生的变形；钢板外露表面采用氟碳喷涂处理，确保美观。

       幕墙玻璃面板为单向受力简支板，所受到的水平荷载传递到大装饰条铝合金立柱，大装饰条铝合金立柱将水平荷载通过连接钢板支座传递给水平幕墙钢横梁，即：水平荷载→玻璃→铝合金室内压板→竖向装饰立柱→连接钢板→水平幕墙钢横梁→幕墙支撑钢柱→顶底主体结构。由于装饰条位于室外，突出玻璃面约350mm，侧向风荷载或者侧向地震作用时，大装饰条铝合金立柱侧向弱轴受弯，铝合金立柱与水平钢梁的连接钢板及焊缝也侧向受弯，此处也进行了精心设计及计算。

       幕墙玻璃面板的自重通过玻璃底部两端固定在大装饰条铝合金立柱上的厚角铝传递到铝合金立柱，角铝通过不锈钢螺栓与大装饰条铝合金立柱连接，即玻璃自重→铝合金厚角铝→大装饰条铝合金立柱→连接钢板→水平幕墙钢横梁→幕墙支撑钢柱→底部主体结构。

图九：幕墙玻璃自重固定点装配图

4.无横梁大装饰条铝合金立柱玻璃幕墙专项设计

4.1     玻璃配置

       玻璃是幕墙项目材料中的最重要材料之一，影响到建筑外观效果、节能及安全，而且对幕墙的整体造价还有较大的影响，所以，玻璃配置的选择在幕墙设计中起着关键作用。本项目幕墙采用无横梁设计，玻璃受力方式与普通框架系统不同，故对玻璃的厚度要求较高，幕墙玻璃经结构受力分析后，选用12(双银Low-E)+18A+12中空钢化超白玻璃可以满足受力要求。虽然选用的玻璃厚度较厚，但是，由于本项目采用的无横梁设计，从整个幕墙工程的角度而言，其工程造价与带横梁降低玻璃厚度的设计方案造价基本持平。

       本幕墙项目所有玻璃采用钢化超白玻璃，是因为本项目竖直面幕墙未采用夹胶玻璃，虽然钢化玻璃为安全玻璃；但安全的定义是相对的，由于钢化玻璃材料和加工的特性，存在一定自爆率，且玻璃均质处理目前没有有效的技术鉴别手段加以识别；如选用超白钢化玻璃，根据国内外超白玻璃多年的使用情况统计，会较大降低玻璃的自爆率，也就提高了幕墙的安全性。

       其次，玻璃本身并不是完全透明的，玻璃材质的颜色一般都是浅绿色，随着玻璃厚度的增加，玻璃材料本身的颜色将越深，且经过Low-E镀膜后，玻璃颜色与镀膜颜色交叉叠加，导致玻璃透光率降低，建筑外观效果显得暗沉，且本项目幕墙玻璃厚度都较厚，本项目又在北方，对采光要求较高，玻璃透光率较高，采用超白中空Low-E玻璃，则更加能够体现建筑幕墙的通透性，提升建筑品质。

4.2     防水设计

       本玻璃幕墙属于框架式幕墙系统，采用双道防水设计，竖向第一道防水为铝型材与玻璃的胶条防水，第二道防水为玻璃与铝立柱采用硅酮密封胶打胶防水，即玻璃竖向两侧与铝合金竖向装饰型材室内侧注胶形成竖向胶缝。玻璃水平横向对接形成室内外2道硅酮密封胶胶缝防水。玻璃水平横向内侧胶缝与竖向胶缝形成交圈，由此形成严密的气密及防水线。

4.3     节能设计

       玻璃幕墙系统节能设计最主要的是玻璃配置选择、型材隔热设计、外遮阳设计。本系统主要玻璃配置为12（双银Low-E+18A+12中空钢化超白玻璃，玻璃传热系数K值小于1.7，遮阳系数小于0.4；室内外大装饰条铝型材立柱采用间断隔热垫固定，无铝合金横梁，综合计算玻璃幕墙传热系数小于2.3，室外大装饰条铝合金立柱遮阳效果较好，幕墙遮阳系数小于0.35。本项目玻璃透光率大于60%，透光率较高，自然采光较好。

4.4     防撞设计

       为了提高建筑效果，增加室内使用空间，本项目玻璃幕墙室内侧不采用防护栏杆，楼层上第一个分格玻璃可以通过加强玻璃配置的方式来满足防撞安全要求。标准位置玻璃配置为12(双银Low-E)+18A+12中空钢化超白玻璃，而从楼层开始的第一块玻璃采用12（超白双银Low-E）+12A+8（超白）+1.52SGP+8（超白）中空双银Low-E钢化玻璃，由于采用了SGP膜，8+1.52SGP+8玻璃的折算厚度约为16mm，根据计算分析，能满足规范规定的撞击要求。由于采用了无横梁幕墙系统设计，必须保证第一块玻璃厚度与第二块一致，否则两块玻璃不一样厚会影响建筑效果，为此标准位置的玻璃中空层的厚度取为18mm，这样第一块玻璃厚度为41.52mm，第二块玻璃厚度为42mm，厚度基本一致，空气层加厚也对节能参数有帮助。

4.5   玻璃幕墙清洗与检修维护

        轨道式擦窗机在机场项目中故障率高，使用率低，还影响美观。机场幕墙的高度不高，本项目玻璃幕墙最高处约为43米，室内外均可采用蜘蛛车来清洗玻璃，蜘蛛车灵活性好，操作简便。由于玻璃存在自爆率，有可能需要更换玻璃，本幕墙项目玻璃分格大，最大约为2250x3500mm，玻璃重量较重，一般的提升设备不能满足玻璃更换要求，在屋盖底部钢结构上单独设计了更换玻璃的隐藏吊环，通过吊环与电动葫芦将玻璃提升至所需要更换的位置，工作人员配合蜘蛛车便可以更换幕墙玻璃。