航站楼幕墙系统设计

  • 来源:建筑创作
  • 关键字:航站楼,机电,昆明
  • 发布时间:2015-09-24 12:16

  设计的基本原则

  1.功能与建筑表现

  从航站楼这一特定建筑类型出发,幕墙系统作为建筑外表皮,必须与内部功能特性和内部空间特性取得统一,功能性需求仍然是幕墙设计最初始的起点,是整体设计这一逻辑的延续。

  航站楼是大量人流集散的场所,其内部公共空间按照清晰明确且相对固定的使用需求、行为模式布局,空间形态一般为线性水平展开的大跨度、高大开敞空间,具有很强的连续性和导向性。在昆明长水国际机场航站楼设计中,从旅客入港到出港的所有公共空间序列中,其外墙系统全部采用了通透开敞的玻璃幕墙做法。在外观表现上,航站楼幕墙设计仍突出“完整性”这一主题,采用了匀质、标准化的手法,其重点是为航站楼内部空间提供连续、统一、完整的空间界面,使旅客行进在这一空间序列中,与外界自然环境的视线始终通畅无碍。这不仅是出于外观形象上的考虑,更重要的是出于对使用者的关注,最大限度的自然采光和自然通风条件营造了更加具有人文关怀的室内环境。对人的关注,是贯穿整个航站楼设计的重要线索。

  航站楼幕墙系统是与航站楼功能和内部空间序列相匹配的一体化设计,在强调完整性的基础上,根据不同部位、不同功能、不同形象的需求,在与建筑表现手法和技术设计上又适当采取了不同的表达形式,并通过模数化控制等手段保证整体的严谨性。

  航站楼南中心区是整座建筑在功能和主体形象上的核心节点,幕墙设计采用单层拉索玻璃幕墙(EWS-5系统),取其简洁通透,以彰显航站楼主体屋檐和彩带钢结构的完整性和轻灵;二层、三层各指廊公共候机区域采用水平横梁出挑深远的框架式玻璃幕墙(EWS-1、EWS-4系统),以连续的水平线条串联整个线形内部空间;机坪层各类后勤用房则采用普通砌块墙体外挂铝合金面板(EWS-2、EWS-3系统),形成坚实的基底。

  2.技术体系与系统设计方法

  (1)全专业整合的技术体系

  航站楼幕墙系统设计是与结构、机电全专业技术整合的产物。幕墙技术体系的确定必须与主体结构体系相适应,这是幕墙系统设计的基础性前提,

  结构构件的表现力直接关乎幕墙系统的建筑效果。EWS-1幕墙系统依托于屋架结构支撑系统的边跨摇摆柱,并对摇摆柱造型进行了建筑性控制,采用了

  变截面鱼腹式梯形钢柱。EWS-5幕墙系统的核心技术则在于与彩带钢结构的妥善衔接,在保证充分结构可行性的同时,提供最完整的建筑形象。最终确定的拉索式幕墙体系完全是基于对结构条件和建筑表现力高度集成的必然式结果。

  幕墙系统设计是航站楼外围护体系的重要组成部分,建筑节能设计至关重要。如何从建筑功能和当地自然条件出发,利用新技术、新材料、新工艺实现性能优越的围护功能是必须回答的重要技术课题。幕墙系统设计是建立在对特定自然环境条件下的性能化设计。昆明地区自然气候条件优越,四季如春,这是大量使用玻璃幕墙系统的技术前提。

  幕墙系统中还需同时复合了各类机电系统设施,如排水系统、防雷接地系统、建筑夜景照明系统等。

  (2)系统内部的技术细分

  航站楼幕墙系统设计同样基于由总体到局部再到细节的系统控制方法展开。根据幕墙系统不同部位、不同功能、不同结构条件及构造形式要求、做法等划分为不同的幕墙子系统,各系统都遵循于统一的总体控制原则,采用统一的模数制体系,以保证各幕墙子系统之间,以及整体幕墙系统与其他建筑系统之间的协调。一方面实现了对幕墙设计的全覆盖,一方面实现幕墙设计在不同条件、不同需求下不同特点的深度控制,使设计从典型到特殊,从整体到局部逐级分解细化,直至各个细部节点。

  航站楼幕墙系统的模数制、标准化原则是幕墙体系整合的重要手段。

  航站楼幕墙系统主要系统划分为:

  ①EWS-1-到达、出发层公共区倾斜型外遮阳玻璃幕墙系统(二层+4.80标高及以上空侧区域);

  ②EWS-2-机坪层公共区围护系统(机坪层VIP、CIP等公共区域);

  ③EWS-3-机坪层设施围护系统(机坪层后勤服务、机电设施区域);

  ④EWS-4-南侧前端指廊垂直型外遮阳玻璃幕墙系统(陆侧);

  ⑤EWS-5-南侧中心区悬索点式玻璃幕墙系统(陆侧);

  ⑥EWS-5.1-南侧中心区南立面拉索点式彩带垂直型玻璃幕墙(陆侧);

  ⑦EWS-5.2-中心区陆侧东、西两侧拉索点式垂直型玻璃幕墙系统(陆侧);

  ⑧EWS-6-登机桥围护系统;

  ⑨EWS-7-屋面天窗系统。

  设计的技术表达

  1.幕墙体系

  航站楼幕墙做法总体上分为两种幕墙体系,即框架式幕墙与拉索式幕墙。这一方面是出于建筑及空间表现力的需求,一方面也是与主体结构协调的结果:

  EWS-1幕墙系统利用了结构边跨摇摆柱,采用框架式幕墙体系,其中重点控制了摇摆柱的建筑表现力,南中心区南侧立面及其东、西两侧的幕墙做法采用了拉索幕墙与框架式幕墙相结合的方式,保证在B1迎客大厅与F3出发大厅在同层高度和各自空间范围内(南立面全部、迎客大厅东、西两端及F3层以上高度内),幕墙做法统一为拉索幕墙(EWS-5.1、EWS-5.2),而东、西侧厅F3层以下高度内,则利用主体结构钢梁,采用了框架式幕墙,适当简化了幕墙技术和难度,并通过设置可旋转开启玻璃幕墙单元,为航站楼内部空间与东西两侧陆侧花园提供了最大、最便捷的连通条件,也成为航站楼南中心区自然通风的主要进风通道。

  2.定位与标准化设计

  昆明长水国际机场航站楼幕墙设计是体现内部空间属性的表皮设计,强调“整体性”设计原则,模数化、标准化是基本的设计方法,这不仅是技术方法,也是必要而有效的幕墙建造成本控制方法。

  航站楼幕墙系统的水平和竖向分格定位依据航站楼柱距、柱网与层高关系,结合相应的制作、安装工艺、技术标准确定,在保证基本的经济适用性前提下,力求为航站楼提供最佳的室内外视觉效果和环境舒适度。

  航站楼标准轴网12m,幕墙水平分格以3000mm为标准模数,以保证幕墙二级结构与主体结构的协调。航站楼一层层高4.8m,二层层高4.0m。航站楼二层为旅客到达层,旅客可直接接触到幕墙,因此幕墙立面分格以航站楼二层层高线为基点,幕墙底层分格高度为2400mm,以保证旅客近距离的视线通畅性,标准幕墙分格为1600mm,最小幕墙分格模数为800mm。

  3.性能与标准

  幕墙系统选型设计(如幕墙结构体系、构造方式、分格做法等)在很大程度上奠定了幕墙系统建筑表现力的方向和基调。EWS-1系统强调舒展、连续的韵律和节奏,EWS-5系统则提供了最大的通透感。当然这还有赖于的进一步技术细化来实现,如对结构、构造的做法优化,细节表现,材料的质感、色彩的研究,加工、制作、安装工艺的优化等。其中主要技术控制内容和要点可归纳为建筑外观性控制和舒适度控制两方面,体现了艺术表达与技术控制的统一。

  幕墙系统作为围护体系的重要组成部分,实现建筑室内空间舒适度控制是其最基本性能要求。其中主要包括:①热舒适性—主要指合理控制幕墙系统与室内环境之间的热量交换;②声环境舒适性—减低室外噪音进入室内的强度;③视觉舒适性—提供良好的视野和通透性,合理控制进入室内的光线,保障人体视力健康,创造愉悦的视觉感受。适度降低光的反射,减少外界环境光污染。

  (1)热工性能分析

  幕墙系统热工性能是根据外部气候条件和航站楼自身使用特点、需求和标准等多方面的因素综合确定的。

  昆明地区气候具有很强的地域特殊性,全年气温适中,室外温度不高于26℃的时间占全年时间的99%以上(空调房间室内设定温度为26℃),而低于5℃的时间仅占全年时间的5%左右。由于航站楼自身使用特点,建筑全天使用时间较长,室内发热量较大,航站楼室内自身发热在大部分情况下都将大于外围护结构的热损失,只有在室外温度很低并考虑新风负荷时的极少数情况下,才会出现热负荷要求。在这种特定条件下,幕墙传热系数K值的设定不仅需要考虑保温隔热,还需要考虑在全年大多数情况下的室内散热的要求。综合航站楼冷、热负荷的整体计算,冷负荷在全年累计总负荷中占据主导地位,随着K值的增加,航站楼的全年累计热负荷增加量远小于冷负荷的减小量,从全楼空调的整体冷热负荷考虑,幕墙的K值宜取较大值更为有利。但过大的K值将导致热能损耗过大,同时玻璃的遮阳性能难以保证。而片面地降低玻璃遮阳系数又势必大大影响阳光透射和反射性能,严重影响视觉感受。

  因此,对于航站楼热工性能的控制,其主要矛盾不在于如何控制幕墙的传热系数,而在于如何在传热、遮阳以及建筑外观表现上取得平衡。经过多轮的方案比选,最终玻璃幕墙系统主要选择了Low-E镀膜中空玻璃,一方面可保证幕墙的基本热工性能,同时兼顾幕墙系统的遮阳、阳光透射、反射性能。保证高标准的阳光透射率和反射率基础上,具有良好的遮阳性能,满足人体舒适性的各方面需求。在航站楼玻璃幕墙中的Low-E镀膜中空玻璃应用量约为总量的80%。

  (2)阳光控制措施

  昆明地区日照强烈,玻璃幕墙的遮阳性能是幕墙设计的重点技术环节。设计中综合利用了构造遮阳和提高材料玻璃遮阳性能两种技术手段。构造遮阳是构成建筑主体形象、建筑细部表现的重要组成,玻璃遮阳系数的确定是与玻璃阳光透射率、外反射率等主要观感性技术指标之间的良好平衡。

  ①建筑屋面的挑檐遮阳

  昆明长水国际机场航站楼的主体形象挑檐深远,在航站楼周边出挑均不小于5~6m,为玻璃幕墙的遮阳性能提供了先天的有利条件。南中心区幕墙设计进一步发挥了屋面遮阳的优势,屋面在南侧最大出挑30余米,东、西两侧出挑也达到10余米,为采用通透的拉索幕墙做法提供了充分的技术保障。

  ②幕墙系统的外置构造遮阳

  EWS-1系统贯穿航站楼各个主要公共空间,是航站楼应用最广、面积最大的幕墙系统。它结合幕墙水平结构横梁,设置了外遮阳板构造,遮阳板竖向间距1600mm,向外水平出挑800mm,对幕墙系统的遮阳性能提供了更加微观的调节和适当的补充。

  以上两项遮阳设施对于入射角大于50°的太阳直射辐射遮挡效果尤为显著,可以使全年累计建筑空调负荷减少约10%。

  ③优化幕墙系统构造

  将旅客候机区玻璃幕墙向外倾斜12°,进一步减少阳光直射,加强遮阳效果。同时也减小了光线的镜面反射对视觉的影响,提高了视觉舒适度。

  ④玻璃材料的遮阳性能

  普遍采用Low-E镀膜玻璃,同时针对EWS-1系统,在不影响旅客视觉感受的条件下,在不同高度的幕墙分格采用了不同密度的釉面玻璃表面处理方式,进一步提高了幕墙玻璃的遮阳性能。釉面玻璃的使用区域选择在旅客停留层以上最小3.2m高度(2个玻璃分格)至顶层分格范围内,釉点直径3mm,60°排列。为使釉面密度和下层的透明玻璃柔和过渡,釉面密度由10%向上每一分格(1.6m)递增5%,最大釉面密度40%,有效保障了旅客视野的连续性和通透性。

  ⑤幕墙系统内遮阳构造

  为保证在实际运营中对西向、西偏南、北15°方向等日照强烈的不利区域采取了加强措施,预留了可调控内遮阳系统的安装条件,实现对特殊时段、区段进行强化处理,降低日照对室内环境的不良影响。

  (3)安全性能

  机场属于重要的人员密集区,同时还有较多的手推车旅客,安全防护性能要求较高。为保证幕墙系统整体的通透性,航站楼公共区外幕墙一侧不另设人员防护栏杆或栏板,直接由幕墙系统提供抗冲撞的防护功能。在旅客可直接触及的玻璃幕墙范围内,全部采用夹层安全玻璃,室内地坪完成面以上1100mm处应可承受的线性荷载不小于3kN/m,保证了足够的抗冲击能力。此外,在地面处配合室内装修做法,设置防撞栏杆,防止较重的行李车辆冲撞造成墙面材料的破碎、脱落,保证旅客的人身安全。登机桥固定端通过加设了固定在地面和结构框架上的金属栏杆(包括残疾人栏杆)来保证人员的抗冲撞防护要求,降低了工程成本。

  (4)声学性能

  为隔绝机场飞机起落、滑行产生的大量噪音,具备良好的隔声、降噪性能是对航站楼幕墙系统设计的特有要求。在面向空侧及陆侧交通的公共区玻璃幕墙设计中普遍采用了夹胶玻璃做法,隔声量Rw可达37dB,既提高了安全防护性能,也较好解决了隔声要求。

  (5)材料与色彩

  航站楼幕墙系统主要包括玻璃幕墙和铝合金外挂面板幕墙两类,其中玻璃幕墙面积占航站楼外幕墙总面积的77%,全部集中在旅客公共活动区域。外挂铝合金面板的做法则主要应用于机坪层后勤服务区砌块墙体,与其上部的铝合金龙骨玻璃幕墙做法在材质上更易于协调。

  航站楼外观的色彩表现主要以突出表现屋面系统及其室内吊顶的金色为主,幕墙系统则以灰色系基底和背景的面貌出现。幕墙玻璃为高透光性浅灰色系,强调通透感,使旅客的注意力集中在室内外环境的色彩;幕墙铝合金型材、板材表面普遍采用金属灰色的PVDF涂层,仅在EWS-1系统室外出挑的横梁上做特殊处理,沿用了屋面板材的金属金色,使幕墙外观在整体的灰色调中增添了适量的色彩穿插和过渡,而在室内一侧所有幕墙构件均统一为灰色,以适应相对纷杂的室内环境色彩。

  4.技术与表现

  幕墙设计是与航站楼使用功能、空间条件、结构、机电等专业设计相协调的一体化设计。昆明长水国际机场航站楼南中心区是航站楼的核心区,是航站楼的门户。内部包含了值机大厅、迎客大厅等主要功能空间,采用了“彩带”的钢结构体系,创造了进深达72m,最大高度超过50m(B1层迎客大厅)的无柱空间形式,空间体量十分巨大。为响应这一空间及结构特点,通过系统深化过程中的多方案比选,以及在建筑表现及技术整合方面的全面分析与深化,南中心区幕墙设计采用了单层索网点式玻璃幕墙做法—EWS-5系统,这不仅是建筑功能的需要,也不仅是幕墙系统设计自身的需要,而是从特定的幕墙设计条件出发,整合相关空间、形式、专业技术的特点,形成建筑整体的特色。

  方案1

  采用钢结构框架式幕墙系统,基本框架6000mm×3200mm(长×高)。幕墙二次钢结构设于彩带钢结构平面中间,与彩带钢结构一体设计。这一做法因在形式上无法与钢结构彩带相协调而被否定。

  方案2

  竖向单索为主,局部大跨度增设水平索。索结构设于彩带钢结构平面外侧,悬索上下贯通,上、下端头固定在屋架钢桁架和混凝土楼板上。这一做法使建筑立面在一定程度上屏蔽了钢结构彩带,从而削弱了彩带的表现力。

  方案3

  悬索设于彩带钢结构平面中间,按照彩带、次级彩带的结构分格划分为多个独立的索网单元。过多长度不一的拉索造成复杂的工况,同时过多的外露连接件对整体效果带来不利影响。

  方案4

  索结构设于彩带钢结构平面中间,但上下贯通,上、下端头固定在屋架和混凝土主体结构上。在形式上更有利于建筑整体形象表现,需强化、细化结构技术的细节处理。

  设计最终选择了方案4的方向,这本身就是一个建筑与结构相结合而密不可分的方向。建筑幕墙最大化的通透而几乎消失不见,将室外自然环境毫无阻碍地引入室内,突出结构彩带的美学表现力,使之成为建筑立面最大特色力。

  柳澎

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