南宁国际机场新航站楼幕墙工程的深化设计

中国建筑第八工程局广西公司 南宁 530028

1 工程概况

南宁国际机场新航站楼中央大厅幕墙工程包括B幕墙、C幕墙、E幕墙及铝板幕墙4 种类型，B幕墙位于航站楼中央大厅南端入口处，C幕墙、E幕墙及铝板幕墙位于航站楼空侧，E幕墙和铝板幕墙从±0.00 m升至4.15 m标高，C幕墙从4.15 m标高升至屋檐底。

B幕墙为单向拉索幕墙，其水平跨度逾200 m，幕墙高度从0～32 m，索间距为3.03 m，地面向上第1块玻璃分格为2 m，往上以1.5 m进行等分。幕墙往外倾斜10°，呈倒锥形状，竖向单索，横向没有拉索，此种带倾斜角度的单层竖向双索结构体系的幕墙在国内为首创（图1、图2）。

图1 B幕墙立面分格示意

图2 B幕墙和C幕墙视觉效果图

C型玻璃幕墙外形呈双曲面形状。幕墙总长度约为310 m，最高点位于中间对称轴S01处，向着两边标高由17.3 m降到13.3 m，降幅达到4 m，垂直方向的截面剖切线从由R=12 800 mm圆弧和R=5 950 mm圆弧组成的空间曲线过渡到R=5 950 mm圆弧，水平方向由2 段外弧和1 段内弧组成，由以上条件拟合完成的曲面为不规则双曲面。沿着高度方向的玻璃分格是按2 段弧长九等分进行划分，因此每块玻璃的完成面也是双曲面，而且是曲率半径变化的双曲面，如图3所示[1-4]。

图3 C幕墙三维效果图

2 幕墙深化设计重点和难点

1）C幕墙外形呈双曲面形状，玻璃的4 个点不共面，C幕墙玻璃弯曲成型的方法是深化设计的重点。

2）由于B幕墙往外倾斜10°，呈倒锥形状，竖向单索，如何选取玻璃的支撑方式是一个难点。

3）B幕墙与钢结构拱桁架的连接节点是另一难点；且由于B幕墙结构为柔性结构，拉索穿过钢连桥的节点，需要考虑拉索在风荷载下的最大位移。

3 幕墙深化设计流程

为了便于管理、协调，使深化设计能够按照施工总体进度实施，需明确深化设计的工作流程[5-7]。

1）根据业主下发或认可的设计院施工图文件开始深化设计，在此过程中，提出幕墙与各专业间碰、缺、漏等问题，由深化设计部初步协调后，向设计院提供。

2）设计院根据幕墙深化设计提交的资料进行整合，确定需要与幕墙进行同步深化的其他专业，深化设计部协调设计院专业设计人员及其他专业的深化设计单位技术人员进行配合。

3）幕墙深化设计图需要与建筑图、结构图（土建和钢结构）等综合协调，解决专业间的碰、缺、漏等问题。

4）在充分协调各专业的基础上，幕墙提出深化设计图，提交总包深化设计部初审，总包方初审合格后，将深化图报送监理、建筑师、业主审核确认，建筑师的审核结果分为A、B、C三个等级：

A级表示图纸和文件正确无误，可以实施；

B级表示图纸和文件原则上可以接受，但须稍加修改，经总包复核无误，再报设计院复核无误后方可实施；

C级表示图纸和文件错误较大，不予接受，须重新设计，再经总包方初审后，发送原设计师审批。

A级和B级图纸和文件经复审无误后须由设计院加盖施工图批准章，由总包方提交监理和业主，然后可以进入现场施工。如未通过，须根据业主审核意见修改，牵涉到其他专业的还须重新进行流转确认程序。

4 幕墙设计方案

由于E幕墙和铝单板幕墙在国内已经普遍使用，深化设计技术成熟，在此不再进行介绍，主要针对本工程的两大特色幕墙（C幕墙和B幕墙）进行介绍。

4.1 C幕墙深化设计方案

按建筑师原来思路， C型幕墙通过平板玻璃过渡来实现，但由于C墙为不规则双曲面幕墙，即使深化设计细化分格，单块玻璃仍为双曲面，即玻璃板块平面内四点不共面。从效果图对比的情况来看，若采用平板玻璃，无法实现玻璃平顺接缝，必然存在错台的问题，只有双曲弯弧玻璃才能满足建筑要求。而能满足双曲弯弧玻璃的工艺有热弯和冷弯2 种。

厂内热弯玻璃是在模具中成型，再经退火而成，模具需要与现场实际相吻合，由于厂内热弯加工时，生产的玻璃与模具存在偏差，同时，热弯要求施工现场精度控制过高，必然导致施工进度慢，不利于工期紧的项目。另外，热弯加工存在开模时间长、加工周期长、成本高等缺点。

深化设计在实施中进行统计，C幕墙中玻璃板面翘起范围0～5 mm的共有422 块，翘起范围5～10 mm的共有504 块，翘起范围10～15 mm的共有252 块（图4）。

根据统计信息，玻璃的翘曲值均较小，玻璃自身具有一定的弯曲可塑性，只要将翘曲值控制在玻璃的弯曲极限值内，就可以采用玻璃冷弯扭拧达到设计效果。玻璃冷弯扭拧是通过外力，强迫玻璃按设计边界要求进行就位，从而达到设计曲面效果，其优点是施工简便，成本较低。但由于该技术在国内罕见，需要进行玻璃冷弯扭拧试验，验证冷弯成型玻璃的可靠性及确定玻璃的安装工法。

图4 C幕墙单块玻璃弯曲示意

由于南宁国际机场新航站楼幕墙工程工期紧，且玻璃的翘曲值较小，若采用厂内热弯，无法满足工期要求，同时成本高。经过与参建各方研讨，并咨询业内的专业人士，最终确定采用现场冷弯扭拧成型的方案，同时委托试验机构进行玻璃冷弯扭拧试验。

4.2 B幕墙深化设计方案

4.2.1 玻璃的支撑方式

B幕墙采用的是柔性设计，在风荷载作用下，变形较大，且由于B幕墙向外倾斜10°，因此，玻璃的支撑方式的选取关系到荷载的传递及拉索的变形极限值。

方案采用现阶段技术比较成熟的点支式支撑方式，它有以下特点：幕墙的通透性好，力的传递直接、简单，不锈钢夹具采用球铰设计，玻璃在荷载的作用下，其球铰可以产生三维转动，避免玻璃棱角产生应力集中，同时也能满足玻璃平面内的变形。因此可以有效地解决在风荷载作用下，玻璃面位置的变化而产生的位移变形与应力。

荷载传递方式：风 、地震等荷载先传递给玻璃→风 、地震等荷载及玻璃自重通过玻璃传递给不锈钢夹具→荷载通过不锈钢夹具传给拉索→通过拉索传给主体结构。

4.2.2 B幕墙拉索变形分析

拉索编号由S1轴分为东西两侧，西侧为W1～W32，东侧为E1～E32（图5）。

图5 拉索编号示意

B幕墙编号为W1、E1、W2、E2的4 条拉索为最不利位置拉索。该4 条拉索在重力荷载下的变形、风荷载下的变形及玻璃面板的位移值如图6所示。

图6 重力荷载下的变形、风荷载下的变形及玻璃面板的位移值

4.2.3 B幕墙张拉力计算及合理性分析

以设计提供的张拉完成时刻索力分布为基准，按照选择的张拉顺序，进行倒拆，对每一个张拉步骤进行计算，然后提取每个张拉步骤对应的拉索索力即为该索的张拉力。张拉过程最大值和张拉完成时刻最大值对比见表1。

表1 张拉过程最大值和张拉完成时刻最大值对比

根据表1对比结果，本方案张拉过程中各项指标均与张拉完成时刻比较接近，因此从张拉过程中结构的受力状态来看，张拉方案是比较合理的。

4.2.4 拉索与钢连桥的衔接

B幕墙的拉索要穿过钢连桥，钢连桥加工时，要预留索孔，索孔的设置必须满足拉索在风荷载下的最大变形值。因此，在深化设计时，要将该最大变形值提供给钢结构，以便钢结构在工厂加工生产钢梁桥时，将该索孔预留，避免现场加工，制约工期。B幕墙与钢连桥的衔接如图7所示。

图7 B幕墙与钢梁桥处的衔接

预留索孔处幕墙解决方案：拉索幕墙在荷载作用下，在钢连桥与玻璃幕墙相交处的拉索不受任何约束，可以自由移动，因此，造型铝板与门斗之间用三元乙丙胶条进行双层密封，造型铝板与拉索幕墙通过钢龙骨固定在一起，跟随拉索幕墙自由移动（图8）。

图8 拉索穿钢连桥洞口大样

5 实施效果

南宁国际机场新航站楼B幕墙和C幕墙，通过深化设计，预先找出了实施过程中会遇到的施工技术难题，提前将原设计未考虑到的细节直接在深化设计中进行明确。同时，通过对深化设计的管理，将总包的管理理念和施工方向提前向幕墙分包单位进行共同确认，形成一致意见，从而在源头上避免了施工过程中的管理缺失问题。并且对在幕墙施工过程中遇到的问题，通过总包单位进行协调，将各个专业分包单位紧密地联系在一起，共同商讨衔接面的处理办法，为幕墙的施工创造了有利的条件。最终，由于及时发现问题，提前解决问题，南宁国际机场新航站楼的幕墙工程按照业主的节点工期得以顺利完成，同时，也保证了施工质量[8]。