重庆江北机场指廊端头单索幕墙工程设计与施工

作者:刘长龙 李涛 赵西安 [摘　要] 本文介绍了重庆江北国际机场指廊单索玻璃幕墙设计，分析了主要幕墙的结构计算、理论分析和施工方法，并通过有限元分析及幕墙试验进行了验证。 　　[关键词] 单索幕墙、 单索结构、结构计算; 　　[Summary] The article introduces the structural design of single-layer cable glass curtain wall of Chongqing Jiangbei International airport and analyses the relations between the glass curtain wall systems and the main struetures.And the article also presents the new structual form of cable truss and testifies it by structual experiments。 　　 [Keyword] single-layer cable curtain wall, single-layer cable truss, structure test 　 　1.工程概况 　　新建的重庆江北国际机场位于重庆市渝北区两路镇，建筑面积8万余平方米,由航站楼主楼、连廊、指廊三部分组成(如图1)。主楼为混凝土框架结构,三层,标高7.5米以上为大跨度无柱空间钢结构支撑的金属屋面;连廊与指廊二层,一层为混凝土框架结构,二层以上为圆弧形钢结构支撑屋面，建筑幕墙面积约53000平方米,由索结构点式玻璃幕墙、开放背栓式石材幕墙、铝板幕墙、铝合金玻璃幕墙、扣条式蜂窝铝板幕墙、全玻幕墙等组成。 其中在航站楼左右两侧四个指廊端头采用了竖向单层索网点支式玻璃幕墙, 幕墙面积约1500平方米,是国内第一个圆弧形幕墙采用单层索网结构作为支撑体系的工程项目。 图1.机场整体鸟瞰图 　　2.幕墙简介 　　单层索网玻璃幕墙位于指廊端头建筑标高7.5米以上，建筑标高16.200米以下，幕墙高度约9米,建筑设计为曲面玻璃幕墙，幕墙玻璃平面圆弧半径为38.735米(如图2)。玻璃分格尺寸为1503mm×2000mm和1546mm×2000mm两种规格，玻 图2.幕墙正立面效果璃配置为8+1.14PVB+8钢化夹胶玻璃；拉索直径φ22mm，采用1×37不锈钢铰线，仅在玻璃竖向分格缝处设置，不设置水平索。 图2.幕墙正立面效果 　　2.1幕墙结构体系 　　由于主体土建结构及屋面钢结构不承受单索的拉力，在整个幕墙周围采用了曲面钢箱梁周边结构，曲面钢箱梁与主体建筑的连接采用铰接，使其将水平荷载传递给主体土建结构及屋面钢结构，自身重量由主体土建结构承担，拉索的拉力由曲面钢箱梁结构自身承担，不传递给主体结构。同时为减少幕墙顶部箱形钢梁的变形,在结构体系中间设置四根箱形钢立柱（如图3）。 ①-φ22拉索 ②-300*12钢通 ③-700*300*12钢通 ④-700*300*12钢通 ⑤-驳接爪 ⑥-幕墙玻璃 图3单索结构体系布置图 　　为保证幕墙玻璃的安全，应控制单层索网结构体系的变形，变形过大，会对幕墙玻璃造成不利影响；反之，单层索网变形控制过严，索的拉力亦随之增大，对单层索网边界的刚度要求就越高。单层索网本身不变形时，不能抵抗法向荷载，只有产生变形后才有法向承载力，因而索网的挠度和结构受力密切相关。随着荷载的增加，结构的位移在增加，随之结构承载力也在增加。因而在相同荷载增量下，结构的位移增量随之减小，相应索的伸长量减小和索拉力增加的减少。为达到理想的设计效果，以L/50挠度限值来进行设计，索的拉应力合理取值范围界定在387-464.4Mpa。为增加单层索网结构体系安全储备，竖向拉索采用φ22不锈钢绞线。 2.2幕墙结构传力途径 　　水平风荷载由玻璃面板及驳接爪通过竖向不锈钢拉索传给顶部及底部 700*300*12箱形钢梁，最后传递给顶部屋面钢结构及底部混凝土梁；幕墙自重由竖向拉索通过顶部箱形钢结构和钢立柱传递给混凝土梁。 　　2.3竖向单索标准节点设计 　　指廊端头的单层索网玻璃幕墙标准节点，采用了驳接爪连接的构造措施（如图4），驳接爪根部开凹槽，竖向不锈钢拉索采用2根φ18不锈钢螺栓将其与不锈钢压块相连。利用钢索与内压块及驳接爪间的摩擦力来承担幕墙玻璃的自重（如图5）。 图4单索幕墙标准节点图 图5单索标准节点构造图 　　在施工中，采用内六角扭矩扳手将2根φ18不锈钢螺栓拧紧，扭矩扳手的扭矩值的设定按下式进行计算： 　　M=k×d×p 　　式中： 　　d---高强螺栓公称直径；对于拉杆，D是拉杆端部 螺纹公称直径； 　　p---螺栓轴力，p=G/u； 　　M---施加在高强螺母上的扭矩；对于拉杆，M是施加在扭力扳手上的扭矩； 　　k---扭矩系数； 　　G---玻璃及驳接爪件等自重设计值； 　　u---不锈钢拉索与不锈钢压块及驳接爪件间摩擦系数； 　　2.4竖向单索顶部节点设计 　 　因为屋面钢结构不承受拉索的拉力,单索幕墙顶部箱形钢梁采用腰形长孔铰接形式，使屋面钢结构只承担水平荷载。竖向单索顶部锚固端头通过螺杆穿过矩形方管双螺帽紧固，幕墙玻璃通过驳接头由星形钢板爪连接在矩形方管上。幕墙玻璃顶部通过“U”型钢槽收口，玻璃边缘距“U”型钢槽有40mm空隙，适应主体钢结构屋面的变形，用以防止屋面钢结构和单层索网变形导致玻璃破损的现象发生。“U”形钢槽采用角码连接在屋面钢结构檩条上，顶部采用铝单板内衬100mm厚保温棉与屋面收口（如图6）。 ①-屋面钢结构②-箱形钢梁③-幕墙玻璃④-拉索