[分享]北京新机场璀璨“天眼”的秘密

12300个节点配合超过60000根连杆组成铝合金网壳结构，覆盖8000余块特制玻璃，北京大兴国际机场航站楼的屋顶点缀出8只美丽的“天眼”，从高空俯瞰，璀璨夺目。

8只“天眼”实际上是8个气泡天窗，与航站楼屋盖的一个中央天窗、六条条形天窗共同组成了建筑自身的主要自然采光体系。“可不要小瞧这面积不大的8个天窗，这里面充斥着满满的技术创新。”2011年从北京建筑大学结构工程专业硕士毕业的胡勤现任职于中航三鑫股份有限公司，2017年开始全面参与新机场建设，担任总工程师办公室主任及结构总负责人，新机场的天窗和立面外围护系统（俗称玻璃幕墙）都是他负责的项目。

细心观察我们可以发现，8只“天眼”的正下方对着的正是支撑整个航站楼屋顶大跨度钢结构的8只“C型柱”，想要在承重的主立柱上方开天窗不是一件易事。“从建筑设计的角度看，这8个位置是设置天窗的最佳区域，但凡有所偏离，单从美观角度就不过关。”胡勤介绍说。

然而，怎样做才能既开设天窗，又不给原本已承受高荷载的“C型柱”增加额外负荷呢？“采用装配式施工设计，把铝合金单层网壳结构嫁接到航站楼主体钢结构上。”经过数次的研究实验，胡勤和他的同事们找到了解决方案。“这是大型机场屋面采光顶首次采用这样的技术。”胡勤说。

方案一经提出却备受质疑。虽然铝合金自重较轻，但硬度比不上钢，由其制作而成的网壳结构强度能不能达标？结构内部节点处交汇拼装6跟铝合金杆件究竟能不能承受负荷？针对一个个问题，胡勤想方设法一一排解。“细到节点板上每一个孔该如何打、每一颗螺栓做成什么样的形状，我们都经过了大量模拟测试实验。”

在不断的摸索中，胡勤逐渐筛选出符合设计要求的解决办法。据他介绍，天窗的铝合金网壳结构采用6点交汇拼装的半刚性设计，6根工字型的高强铝合金杆件通过中心10mm厚的模压铝合金节点板进行组装。螺栓采用高强度防松动自锁紧环槽铆钉螺栓，无需拧螺帽即可实现锚固。每个节点板至少安装96颗螺栓，每一颗直径9.66mm、孔径10mm，利用精密数控机床控制切割，实现精确加工；节点圆盘根据曲率模压，对切割边缘和孔边缘进行了精细打磨。在他看来，一颗螺栓是否能够做到严丝合缝事关整个伟大工程能否最终胜利建成，“要想成功，就要把质量控制做到极致。”

铝合金网壳结构设计完成，下一步就是要在钢结构上进行组合拼装。因为这个环节施工是在高空作业，加之钢、铝两种材料耐热等特性不同，传统的打孔安装螺栓或焊接方式会对结构自身强度产生不良影响，需另谋出路。工程问题始终是包含诸多因素的复杂问题，结构变形程度、美观度、采光效应、防水属性等等都成为在拼接过程中需要考虑的因素。最终，方案选用TPO电磁感应发热材料对两部分结构进行粘合，完美兼顾了上述因素。

在复杂工艺材料组合和严格质量把控加持下，钢、铝结构顺利嫁接。铝合金网壳结构在施工中不断校正定位，在完工拆除顶撑构件后，应力释放造成的沉降变形远低于3公分标准值。

绿色建筑与建筑节能是当前大力倡导的可持续发展理念之一，北京大兴国际机场在设计建设过程中也不例外。

“天眼”使用的8000余块玻璃不仅满足了采光需求，还充当了航站楼的“温度调节器”。这部分玻璃采用双层设计，均采用BIM设计，每一块根据所在位置，形状大小各不相同，两层玻璃中间还安装有铝网格栅，充填了惰性气体。“铝网格栅就像百叶窗一样反射多余的阳光，而双层玻璃的设计同样能阻挡太阳直晒造成的过多热量。”按胡勤估算，天窗玻璃采用这样的绿色设计，每年就能为新机场节约上百万的温度调节费用。

     除了“天眼”，进光面积更大的航站楼立面围护幕墙在设计时同样融入了绿色发展的理念。因为航站楼主体和五条指廊均采用玻璃幕墙，设计方案创新提出内外双立柱组合的方式，不再使用横梁承载玻璃负荷，让立柱兼顾承载自重和水平荷载作用，并把支撑玻璃的立柱骨架反转设计到室外。这样既减少了结构龙骨对室内空间的占用和对室内装饰的影响，更重要的，是利用立柱在室外的的条件，一定程度上起到进行遮光的作用。

　　“新机场的每一名建设者身上都有用不完的干劲、耗不尽的热情，他们每天都像第一次见到这个宏伟工程一样努力地工作。”经历过成都、昆明、青岛等城市机场建设的胡勤可以说是身经百战。然而，在今年参与完成北京大兴国际机场项目后，他却有了格外不一样的感受。“伟大工程自有伟大之处。新机场不单单是一座机场，更展示着‘中国智慧’，闪耀着‘中国荣誉’。”胡勤说。在项目上的每一天，他都会提醒自己身上肩负着的是国家的使命、历史的重担。