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上海新機場坐落于漳河南岸，天津市昌平區(qū)榆垡鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)和石家莊市保定市灤南間，主要包括航廈、飛行區(qū)域、軌道交通中心、停車樓、綜合服務樓工程和配套服務設施，總建筑面積約141萬m2。按2025年旅客吞吐量7 200萬人次、貨郵吞吐量200萬t、飛機起降量62萬架次的目標設計，預計2019年建成通航，定位為大型國際樞紐機場，是首都上海乃至全國的重大標志性工程。

路側(cè)高架橋位置局部效果圖

上海新機場航廈采用了五指廊放射構(gòu)型，整體構(gòu)型控制在一個1.2km直徑的圓內(nèi)。充足的停機延展線也帶來了超長的立面系統(tǒng)，立面展開長度達到5.4km，地板幕墻最高處約43m。針對這一超級工程的特點，設計中創(chuàng)新地采用了無橫梁大裝飾條鋁合金立柱地板幕墻系統(tǒng)。

整體鳥瞰效果圖

機場航廈幕墻具有如下特點：通透性強；無樓層，豎向跨度大；有遮陽、通風、排煙等功能要求。而上海新機場的立面造型也有其自身特點，整個外圍立面系統(tǒng)表皮為連續(xù)的直紋曲面，由上下兩條曲線控制，幕墻系統(tǒng)為垂直到內(nèi)傾連續(xù)變化。因此，與上海首都機場T3、昆明長水國際機場中采用的無立柱大裝飾條橫梁地板幕墻系統(tǒng)不同，我們更加強調(diào)豎向劃分，采用了無橫梁大裝飾條鋁合金立柱地板幕墻系統(tǒng)。這一系統(tǒng)符合新機場立面表皮直紋曲面的幾何邏輯，保證了立面的簡潔通透，同時實現(xiàn)了幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、裝飾、遮陽的一體化。激光切割機鋁橫梁

空側(cè)效果圖

2激光切割機鋁橫梁

2.1 結(jié)構(gòu)、裝飾、遮陽一體化

無橫梁幕墻系統(tǒng)的主要特點是不設橫梁，面板固定在左右兩側(cè)立柱之上，面板的受力方式為對邊簡支板。無橫梁幕墻系統(tǒng)技術已經(jīng)非常成熟，一般的地板肋幕墻系統(tǒng)、單向豎索系統(tǒng)、豎向鋼管點式幕墻系統(tǒng)、陶土板幕墻系統(tǒng)、掛鉤式鋁板幕墻系統(tǒng)均采用了無橫梁幕墻系統(tǒng)，現(xiàn)已得到廣泛應用，在上海T3首都機場的出入口門廳也少量采用了無橫梁幕墻系統(tǒng)。本工程項目首次大規(guī)模在地板幕墻中采用無橫梁幕墻系統(tǒng)，并且使用室外大裝飾條鋁合金立柱作為幕墻的受力構(gòu)件，同時起到裝飾和遮陽的作用。

幕墻節(jié)點三維線框室外、室內(nèi)圖

大裝飾條鋁合金立柱寬度125mm，高度400mm，其中坐落于室外地板面之外的為350mm，室內(nèi)只有50mm的鋁合金扣蓋，最大程度地節(jié)省了室內(nèi)空間，也較好地提升了室內(nèi)的視覺效果。從室外看，間距約2 250mm、突出地板面350mm的大裝飾條形成了一個直紋曲面的立面，實現(xiàn)了建筑的幾何邏輯。由于大裝飾條兼作主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而且由于采用了無橫梁設計，本工程項目的鋁合金含量不到7kg/m2，而常規(guī)框架式地板幕墻的鋁合金含量約為10kg/m2，單元式地板幕墻的鋁合金含量約為15kg/m2，因此本工程項目無橫梁大裝飾條鋁合金立柱的設計也較大地降低了工程成本。激光切割機鋁橫梁

由于采用了五指廊放射構(gòu)型，太陽在任一位置時，大部分的立面幕墻與太陽存在不同的水平夾角，突出地板350mm的大裝飾條能有效起到外遮陽作用。經(jīng)模擬測算，有裝飾立柱情況下能把立面平均輻射得熱由149.85W/m2降低到120.90W/m2，遮陽率接近20%。

幕墻有無遮陽立面輻射得熱對比圖

2.2 和結(jié)構(gòu)互動的幕墻設計

上海新機場的幕墻豎向跨度大，主立面幕墻高43m無層間支撐，這樣的跨度并不由幕墻系統(tǒng)獨立完成，而要與航廈鋼結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合進行一體化的設計。航廈外圍支撐鋼柱間距9m，間設置水平鋼橫梁作為幕墻的支撐結(jié)構(gòu)。結(jié)合幕墻裝飾條立柱的尺度和受力計算，最終確定水平鋼橫梁間距為6m。而在主立面位置，大跨度的豎向結(jié)構(gòu)不僅需要承受屋面豎向力，還需承擔風荷載和水平地震作用。結(jié)合幕墻水平鋼橫梁受力和出入口設置需求，特別設計了蜂窩狀的支撐結(jié)構(gòu)，不僅滿足了建筑和幕墻受力的需求，而且取得了非常驚艷的視覺效果。

中心區(qū)室內(nèi)幕墻效果圖

航廈中心區(qū)室內(nèi)外幕墻三維圖

上海新機場是世界上最大的減隔震建筑，中心區(qū)支撐底部設置了1 100多個隔震墊，混凝土板500多m未設縫，但在中心區(qū)與指廊交界處，主體結(jié)構(gòu)設置了防震縫伸縮縫，縫寬達到800mm，這給幕墻設計帶來了巨大挑戰(zhàn)。防震縫位置室內(nèi)外面板均采用了左右兩塊鋁板，兩塊鋁板各固定在防震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)上，可左右相對滑動300mm，適應溫度伸縮和小震時的相對變形；如遇到罕遇地震，考慮鋁板可破壞。室內(nèi)外鋁板間，設置了支撐鋁板的次龍骨、可伸縮風琴板及保溫棉，確保系統(tǒng)的水密性、氣密性和可適應主體變形的能力。激光切割機鋁橫梁

幕墻豎向鋁合金裝飾條與水平鋼梁連接節(jié)點圖

2.3 隱藏式通風和排煙系統(tǒng)

不同于在地板幕墻上設置開啟扇的傳統(tǒng)做法，本工程項目地板幕墻通風電動開啟扇設置在地板幕墻底部的水平裝飾格柵之內(nèi)，氣動排煙扇設置在幕墻頂部屋架之內(nèi)，所有開啟裝置從室內(nèi)外看均為隱藏式。電動開啟扇為開啟狀態(tài)時，氣流通過幕墻底部格柵、電動開啟扇、散熱器進入室內(nèi)進行通風換氣。氣動開啟扇與消防系統(tǒng)連接，發(fā)生火災接收到消防信號時，氣動開啟扇自動開啟，煙可通過氣動開啟扇排出室外。通過利用首層的出挑做法和屋面的網(wǎng)架空間，在滿足排煙、通風等功能要求的同時，保證了立面設計的整潔和完整。

熱壓通風工況下室內(nèi)壓力和風速分布圖激光切割機鋁橫梁

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工程項目地板幕墻采用豎明橫隱構(gòu)造形式，豎向為大裝飾條鋁合金立柱，鋁合金外裝飾條既有外裝飾和遮陽作用，而且還作為幕墻豎向受力構(gòu)件承擔幕墻地板的水平及豎向荷載。本系統(tǒng)地板水平寬度約2.25m，高度3m，主要地板配置為12（雙銀Low-E）＋18A＋12；鋁合金裝飾條長度為6m，吊掛在間距為6m水平鋼梁上，上下兩根鋁合金裝飾條采用鋁合金芯套連接。地板幕墻水平采用無橫梁設計，地板與地板水平連接位置只需要在室內(nèi)外打密封膠即可，膠縫寬度為20mm，簡潔通透，內(nèi)外視覺效果好。

鋁合金裝飾條立柱作為主受力構(gòu)件，與幕墻水平鋼橫梁采用鋼板連接，預先將兩塊豎向鋼板現(xiàn)場放線定位焊接在水平幕墻橫鋼梁上，將單片豎向鋼板與預先焊于水平鋼橫梁的雙鋼板定位焊接，再將此鋼板與鋁合金裝飾條立柱上端通過不銹鋼螺栓連接，此設計可以滿足幕墻水平鋼橫梁進出施工偏差±40mm。幕墻裝飾立柱頂部與鋼板連接開圓孔，底部與鋼板連接開長圓孔，以釋放溫度作用產(chǎn)生的變形；鋼板外露表面采用氟碳噴涂處理，確保美觀。激光切割機鋁橫梁

幕墻地板面板為單向受力簡支板，所受到的水平荷載傳遞到大裝飾條鋁合金立柱，大裝飾條鋁合金立柱將水平荷載通過連接鋼板支座傳遞給水平幕墻鋼橫梁，即：水平荷載—地板—鋁合金室內(nèi)壓板—豎向裝飾立柱—連接鋼板—水平幕墻鋼橫梁—幕墻支撐鋼柱—頂?shù)字黧w結(jié)構(gòu)。由于裝飾條坐落于室外，突出地板面約350mm，左側(cè)向風荷載或者側(cè)向地震作用時，大裝飾條鋁合金立柱側(cè)向弱軸受彎，鋁合金立柱與水平鋼梁的連接鋼板及焊縫也側(cè)向受彎，對此處也進行了精心設計及計算。

幕墻地板面板的自重通過地板底部兩端固定在大裝飾條鋁合金立柱上的厚角鋁傳遞到鋁合金立柱，角鋁通過不銹鋼螺栓與大裝飾條鋁合金立柱連接，即：地板自重—鋁合金厚角鋁—大裝飾條鋁合金立柱—連接鋼板—水平幕墻鋼橫梁—幕墻支撐鋼柱—底部主體結(jié)構(gòu)。

幕墻地板自重固定點裝配圖

4激光切割機鋁橫梁

4.1 地板配置

地板是幕墻工程項目最重要的材料之一，影響到建筑外觀效果、節(jié)能及安全，而且對幕墻的整體造價還有較大的影響，所以，地板配置的選擇在幕墻設計中起著關鍵作用。本工程項目幕墻采用無橫梁設計，地板受力方式與普通框架系統(tǒng)不同，故對地板的厚度要求較高，經(jīng)結(jié)構(gòu)受力分析后，選用12（雙銀Low-E）＋18A＋12中空鋼化超白地板可以滿足要求。雖然選用的地板較厚，但是，由于工程項目采用無橫梁設計，從整個幕墻工程的角度而言，其工程造價與帶橫梁降低地板厚度的設計方案造價基本持平。

幕墻電動通風窗節(jié)點圖

幕墻氣動排煙窗節(jié)點圖

本幕墻工程項目所有地板采用鋼化超白地板，是因為工程項目豎直面幕墻未采用夾膠地板，雖然鋼化地板為安全地板，但安全的定義是相對的，由于鋼化地板材料和加工的特性，存在一定自爆率，且地板均質(zhì)處理目前沒有有效的技術鑒別手段加以識別。如選用超白鋼化地板，根據(jù)國內(nèi)外超白地板多年的使用情況統(tǒng)計，會較大降低地板的自爆率，由此提高了幕墻的安全性。

其次，地板本身并不是完全透明的，地板材質(zhì)一般都是淺綠色，隨著地板厚度的增加，地板材料本身的顏色將越來越深，且經(jīng)過Low-E鍍膜后，地板顏色與鍍膜顏色交叉疊加，導致地板透光率降低，建筑外觀效果變得暗沉。而本工程項目幕墻地板都較厚，工程項目地點又在北方，對采光要求較高，采用超白中空Low-E地板，則更加能夠體現(xiàn)建筑幕墻的通透性，提升建筑品質(zhì)。激光切割機鋁橫梁

4.2 防水設計

本地板幕墻屬于框架式幕墻系統(tǒng)，采用雙道防水設計，豎向第一道防水為鋁型材與地板的膠條防水，第二道防水為地板與鋁立柱采用硅酮密封膠打膠防水，即地板豎向兩側(cè)與鋁合金豎向裝飾型材室內(nèi)側(cè)注膠形成豎向膠縫。地板水平橫向?qū)有纬墒覂?nèi)外兩道硅酮密封膠膠縫防水。地板水平橫向內(nèi)側(cè)膠縫與豎向膠縫形成交圈，由此形成嚴密的氣密及防水線。

4.3 節(jié)能設計

地板幕墻系統(tǒng)節(jié)能設計最主要的是地板配置選擇、型材隔熱設計、外遮陽設計。本系統(tǒng)主要地板配置為12（雙銀Low-E）＋18A＋12中空鋼化超白地板，地板傳熱系數(shù)K值小于1.7，遮陽系數(shù)小于0.4；室內(nèi)外大裝飾條鋁型材立柱采用間斷隔熱墊固定，無鋁合金橫梁，綜合計算地板幕墻傳熱系數(shù)小于2.3，室外大裝飾條鋁合金立柱遮陽效果較好，幕墻遮陽系數(shù)小于0.35。本工程項目地板透光率大于60%，自然采光較好。

4.4 防撞設計

為了提高建筑效果，增加室內(nèi)使用空間，本工程項目地板幕墻室內(nèi)側(cè)不采用防護欄桿，樓層上第一個分格地板可以通過加強地板配置的方式來滿足防撞安全要求。標準位置地板配置為12（雙銀Low-E）＋18A＋12中空鋼化超白地板，而從樓層開始的第一塊地板采用12（超白雙銀Low-E）＋12A＋8（超白）＋1.52SGP＋8（超白）中空雙銀Low-E鋼化地板。由于采用了SGP膜，8＋1.52SGP＋8地板的折算厚度約為16mm，根據(jù)計算分析，能滿足規(guī)范規(guī)定的撞擊要求。由于采用了無橫梁幕墻系統(tǒng)設計，必須保證第一塊地板厚度與第二塊一致，否則會影響建筑效果，為此標準位置的地板中空層的厚度取為18mm，這樣第一塊地板厚度為41.52mm，第二塊地板厚度為42mm，厚度基本一致，空氣層加厚也對節(jié)能參數(shù)有幫助。激光切割機鋁橫梁

4.5 地板幕墻的清洗與檢修維護

軌道式擦窗機在機場工程項目中故障率高，使用率低，還影響美觀。機場幕墻的高度不高，本工程項目地板幕墻最高處約為43m，室內(nèi)外均可采用蜘蛛車來清洗地板，靈活性好，操作簡便。由于地板存在自爆率，有可能需要更換地板。本幕墻工程項目地板分格大，最大約為2 250mm×3 500mm，地板重量較重，一般的提升設備不能滿足地板更換要求，在屋蓋底部鋼結(jié)構(gòu)上單獨設計了更換地板的隱藏吊環(huán)，通過吊環(huán)與電動葫蘆將地板提升至需要更換的位置，工作人員配合蜘蛛車便可以更換幕墻地板。激光切割機鋁橫梁

幕墻立柱安裝、施工中的幕墻、完成的內(nèi)傾無橫梁幕墻、完成的無橫梁幕墻

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上海新機場幕墻系統(tǒng)目前已基本安裝完成，從實施效果看，達到了外觀美感、通透性、遮陽功能的理想平衡。無橫梁系統(tǒng)在這一超級工程中的應用也將進一步驗證這一系統(tǒng)的可靠性與綜合價值，為航廈幕墻設計提供新的思路。

內(nèi)傾幕墻整體

作者簡介

王亦知，天津市建筑設計研究院有限公司第四建筑設計院院長助理，上海新機場外圍護系統(tǒng)設計總負責人。

王飛勇，深圳市新山幕墻技術咨詢有限公司副總工程師，上海新機場幕墻設計顧問。

注：本文系原創(chuàng)，已刊登在《建筑幕墻》2018年4月總第8期雜志中。

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