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【BCW】案例深度解析!浦东机场卫星厅幕墙工程关键技术要点放送

    1工程概述

  浦东机场卫星厅是浦东机场三期扩建的主体工程,位于T1、T2航站楼南侧,距离航站楼1.5~1.7km,总建筑面积62.2万m2,其规模比T2航站楼(48.55万m2)大近14万m2,工程总投资约206亿元,为世界最大的单体卫星厅。作为航站楼服务功能的延伸,通过捷运系统与航站楼连接,形成“航站楼+卫星厅”一体化运营模式,承担了旅客出发候机、到达、中转服务功能。卫星厅与T1、T2航站楼共同运行,年旅客吞吐量为8000万人次。

  浦东机场卫星厅为6层布局,地上5层,地下1层。自下而上为捷运站台层(-7.5m)、中转层(±0.0m)、国际到达层(4.2m)、国内出发到达混流层(8.9m)、国际出发层(12.8m)。卫星厅上端还设有贵宾室,可将机场全景尽收眼底。卫星厅整体呈三阶式,逐层收缩,一、二阶屋面为混凝土屋面,三阶屋面为钢结构金属屋面,卫星厅幕墙总面积约90000m2。

  项目基本设计参数为:基本风压0.55kN/m2,雪荷载取值0.20kN/m2,地震设防烈度7度,地震动峰值加速度0.10g,地面粗糙度A类。本项目还进行了风洞试验,提供了风洞试验报告。

                      

     图1 鸟瞰图

  2 幕墙工程关键技术

  2.1大分格、大悬挑明框幕墙转接系统

  如何在大空间、大跨度中实现幕墙构件的简洁轻盈是本项目的重点。上海浦东机场主立面4m标高以上为大分格、大悬挑竖向装饰条的明框玻璃幕墙,玻璃分格为3600mm×1200mm,竖向装饰条宽度450mm,悬挑出玻璃面650mm。作为大型机场航站楼,立面要求通透流畅,构件要求轻盈简洁。幕墙主立面最大高度15.5m,标准结构楼层高度8.9m,结构柱柱距18m。本项目通过2层结构体系实现构件的简洁轻盈:1)内层钢结构支撑体系;2)外层幕墙铝结构体系。

                    

  2.1.1钢结构支撑系统

  项目水平基本模数3.6m,结构柱柱距18m,在结构柱两侧3.6m处设置钢结构抗风柱,抗风柱间设置横向钢梁,钢梁跨度7.2m和10.8m,钢梁中部3.6m模数处设置钢拉杆,减小钢横梁因幕墙自重造成的挠度。

                     

                                                                    图2 标准系统大样图

  2.1.2幕墙铝结构系统

  项目通过内层钢结构体系提供了幕墙2.4m或3.6m的正常跨度的支撑结构,有效控制了幕墙铝立柱的截面尺寸。立面高度方向基本模数为1.2m,由此形成了3600mm×1200mm基本模数的网格立面。本项目幕墙的特点在于:1)竖向有悬挑650mm的大装饰条;2)水平分格达3.6m;3)装饰条支撑板与幕墙转接一体化,且都位于幕墙十字分缝处。整个系统最大的难点在于要在十字分缝的一个点上实现装饰条及幕墙荷载的传递、立柱的进出调节、横竖构件的连接,并且所有构造要求隐蔽,构件尽可能精致小巧。

  为此特别设计了一套钢铸件全明框框架幕墙系统。本项目的转接系统较为复杂特别,由悬臂支撑板、十字钢铸件和铝插芯组成,以适应该幕墙的特点。

  2.1.3悬臂支撑板

  悬臂支撑板材质为Q345B,前端连接竖向装饰条,承受装饰条的各种荷载,尤其是侧向风荷载。由侧向风荷载产生的悬臂支撑板根部荷载较大,因此悬臂支撑板设计为变截面形式,以减小根部应力。悬臂支撑板尾端设计为T形,增大尾端与主体抗风柱的焊缝长度,避免与抗风柱等强焊接。

                           

                                                                        图3 标准系统横竖剖图

  2.1.4十字钢铸件

  十字钢铸件套接在悬臂支撑板上,幕墙立柱通过十字钢铸件中间的4个螺栓吊挂在十字钢铸件上,十字钢铸件的另一个重要作用是承受玻璃的全部自重荷载,这样横梁不承受玻璃自重,减小了横梁截面,使构件精致小巧。十字钢铸件套接在悬臂支撑板上,之所以没有与之焊接,一是铸件与悬臂支撑板是两种材质,铸件本身焊接性能也不好;二是本幕墙杆件设计尽量精致小巧,各种构造设计极为紧凑,十字钢铸件与悬臂支撑板的接触面上无法形成足够的焊缝高度和长度;三是为了现场的安全施工,便于质量控制,系统设计时尽量减少焊接,仅在悬臂支撑板尾端采用了焊接作业。

  十字钢铸件为本系统关键组件,形状复杂,精度要求较高,因此采用蜡模精密铸造工艺制作。为保证钢铸件的性能和质量,其材质选用ZG270-500,化学成分和力学性能符合《一般工程用铸造碳钢件》GB/T11352-2009中的规定要求。钢铸件表面本色喷砂除锈,粗糙度不大于Ra12.5级,清洁度不小于Sa2级。底漆处理:底漆环氧富锌,干膜厚度不小于80μm;中间漆处理:环氧云铁中间漆,干膜厚度不小于100μm;面漆处理:常温氟碳漆,干膜厚度不小于40μm。钢铸件需进行无损探伤,超声波探伤的质量等级符合《钢锻件超声检测方法》GB/T6402-2008中2级的规定,磁粉碳伤质量等级符合《重型机械通用技术条件第15部分:锻钢件无损探伤》JB/T5000.15-2007中2级的规定。

  2.1.5铝插芯

  铝插芯同样套接在悬臂支撑板上,通过4颗螺栓与十字钢铸件相连,立柱荷载通过十字钢铸件传递给铝插芯,再由铝插芯通过一个螺栓传递到悬臂支撑板上,其作用就是传递立柱荷载,实现立柱的前后调节。连接立柱的4颗螺栓并非是在立柱上攻丝连接,铝型材攻丝的螺纹质量难以保证,为了结构的安全可靠,本系统在铝插芯中设计了螺母槽口,螺栓通过螺母进行连接。本系统不在铝型材上攻丝,所有传力路径上均无铝制螺纹。

  此转接系统特针对本工程特点专门设计,较为完美地实现了建筑师的美学要求。同时需要指出的是,本转接系统舍弃了传统幕墙转接系统的三维调节功能,仅保留了进出方向一个维度的调节。配合本项目BIM三维建模、3D扫描、跟踪测量、大数据核模等先进施工工艺的使用,转接系统的安装更为迅捷、准确。目前项目已完成70%的转接系统安装,验证了此系统的合理性和安全性,幕墙转接系统也已申请专利。

                                 

                                                                     图4 标准系统安装示意图

  2.2防水构造设计及连续打胶装置

  作为超大型机场航站楼,幕墙的水密性能是其基本性能,幕墙漏水会造成恶劣的公众影响和巨大的经济损失。本系统为传统的全明框框架幕墙,采用了内打胶的水密系统方式,也就是在玻璃面材和横梁、立柱等构件间打胶,形成完整

  的水密线,外面再安装明框线条。此种方式打胶部位在明框内侧,方便构造合理的胶缝宽度和深度,避免胶层外露,减少了外界环境对胶缝的影响,因此可以达到更好的防水性能。

  然而,现有幕墙的施工方法为打胶前在幕墙上面板的四周固定临时压块,然后打密封胶,由于临时压块的阻挡,在临时压块遮盖面板的部分位置无法打上密封胶,只能在第一次密封胶固化后移开临时压块,然后再补上此处的密封胶,形成完整密封线。此种施工方法缺点为:1)需要两次打胶,大大降低了施工效率;2)第二次补胶容易缺失,或因打胶缺陷造成漏水,严重影响进度和防水性能。

  有鉴于此,本项目设计了一套连续打胶装置。该装置呈开口框状构造,有两个高脚固定臂,通过一个穿过连接臂的T形螺杆固定在横梁或立柱上,连接臂高于玻璃一定高度,可以允许打胶胶嘴通过该装置,这样就可以在不移除打胶装置的情况下给打胶装置下方的胶缝打胶,实现了明框幕墙的一次性连续打胶,既提高了施工效率也提高了水密性能。目前本装置已申请专利。

                            

                                                                  图5 连续打胶装置安装图

                              

                                                               图6 连续打胶装置三维图

  2.3超大超重气动开启窗设计

  根据机场消防安全的要求,本工程立面上设有1400多樘消防排烟窗,排烟窗分格3600mm×1200mm,玻璃配置与立面玻璃相同,为8Low-E+12A+8+1.52PVB+8mm超白夹胶钢化中空玻璃,单扇重量约265kg,最大开启角度70°,为气动开启。在尺寸超大、超重的情况下要求开启角度达到70°,窗扇在大角度、长行程的情况下,会因窗扇前端的重力影响发生下垂,从而导致窗扇无法关紧、关严。对窗扇、窗框、窗扇组角均进行了加强设计,采用四道胶条密封,经计算多点锁采用八点锁,确保窗扇关闭紧密,气密性和水密性均达到要求。窗扇采用铝合金合页设计,并设计了高度调节机构,保证窗户配合良好。采用气动窗设计,气动开启控制系统由气动开窗机、压缩机、储气罐、控制柜和连接铜管组成。幕墙立柱特别为连接铜管设计了安装槽,连接铜管隐藏在立柱中,不影响外观。气动系统的控制是由消防信号(24V直流常闭火警信号,由两根1.5mm2的防火电线连接排烟窗控制柜中的控制阀与消控中心)发出指令到排烟窗区域控制箱,控制箱发出指令输送气源打开排烟窗。气动排烟窗具备在系统失电等紧急情况下都能正常工作的防失效保护功能,储气罐有足够的气压保证系统开启关闭3次。

  气动控制自动排烟窗简单的空压供应系统成本低、维修少,在火灾等紧急情况下可以安全可靠运行,具备十年以上免维护的品质。空压供应系统能克服由于设备使用年限的增加而使开启阻力变大的情况,即使阻力变大,气动控制模块的反推力也会随之增加,所以气动控制系统用于消防排烟更稳定安全。

                              

                                                                   图7 超大超重气动开启窗

  3 结语

  浦东机场卫星厅立面简洁大气,简单中追求极致:极致大小的分格尺寸、极致大小的竖向装饰条、极致纤细的截面设计、极致紧凑的构造设计,也带来了设计上的挑战。设计过程中不断提出新方案,通过对多种方案的反复比较分析,不断优化,最终形成以上方案,较为完美地实现了建筑的美学要求,并达到了安全可靠的性能要求。

  编辑概况

  徐欣,深圳市三鑫科技发展有限企业上海企业总工程师,高级工程师。代表作品:浦东国际机场卫星厅、沈阳桃仙国际机场、桑给巴尔国际机场、国家体育馆、国家会议中心、迪拜公园塔酒店等项目幕墙工作。

  注:本文系原创,已刊登在《建筑幕墙》2018年4月总第8期杂志中。

                                

  

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