论文 | 科威特机场玻璃幕墙工程——极限空间下可更换式高性能单元幕墙系统设计解析

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作者：武汉凌云建筑装饰工程有限公司 裴斐、李琳、杨忠安

　　【摘  要】

　　本文深入探讨了科威特科威特机场玻璃幕墙工程中一项创新设计——极限空间下可更换式高性能单元幕墙系统。这一工程因其玻璃完成面距离结构仅180mm，造成空间尺寸极其受限的条件下，大尺寸分格单元幕墙转接系统的多维度多级调节及单元挂接系统防脱、限位、与主体结构连接的一系列问题。并解决了单元幕墙大尺寸玻璃面板和单元框体横型材截面极小的条件下，隐藏式玻璃托能有效承重并保证横梁变形仍满足变形限值要求。且实现幕墙的使用和维护过程中玻璃面板的更换在现场可以便捷地实施。使得工厂顺利完成，不仅展示了中国企业在高端幕墙技术领域的强大实力，而且为中国企业进一步拓展中东市场奠定了坚实的基础。

　　【关键词】

　　极限空间、可更换、单元幕墙

　　一、幕墙工程概况

　　1.工程简介

　　工程名称：KUWAIT INTERNATIONAL AIRPORT New Passenger Terminal II (科威特机场T2航站楼）

　　工程位置：Kuwait International Airport, 15 km south of Kuwait City

　　业主：Ministry of Public Works, Special Projects Administration, Kuwait

　　建筑师：Foster+Partners, Gulf Consultant

　　幕墙顾问：Arup

　　总包：Limak Holding Inc, Turkey

　　幕墙类型：单元式/框架式

　　工作范围：玻璃幕墙、铝板幕墙、铜板、百叶等

　　楼高：49.4m

　　2.项目说明

　　科威特国际机场的T2航站楼是一项标志性的建筑项目，其设计灵感来源于科威特独特的沙漠景观和文化元素。这座航站楼的设计充分考虑了地域性美感的传递，其外观造型特别像是广袤沙漠上起伏的沙丘，干燥土黄色的立面材料进一步强化了这样的地域性特质，体现了科威特作为沙漠国家的自然特征。T2航站楼的建筑面积约为708,111平方米，地下三层，地上五层，外部玻璃幕墙面积约为8万平方米。外立面包括78个拱形门幕墙和30座连桥。

效果图

　　科威特国际机场的T2航站楼不仅是一座展示科威特文化和自然景观的建筑，同时也是一个高效、现代化、环保的航空枢纽，将为科威特及全球旅客提供了优质的航空服务。

　　二、单元玻璃幕墙系统介绍

　　其中单元玻璃幕墙系统位于主幕墙部分，是整个工程的核心和重点组成。按照建筑设计的要求，玻璃板块的分格为变化尺寸，典型部位板块为梯形，最大分格为上、下底边宽约4.5m,高约2.0mm，由于采用平板单元组成曲面的立面造型，相邻单元板块之间横向与竖向的插接分别形成变化的夹角，此外，玻璃面距离钢结构表面仅180mm，玻璃厚度的尺寸就达到了51.04mm，典型部位玻璃的重量就达到了约800kg，板块安装完成后，立柱、横梁的组合宽度均为192mm，在如此极限约束的条件下，如何设计满足各项严苛性能要求的幕墙系统是一项极具难度的挑战。

局部BIM模型截图

　　三、单元玻幕墙设计分析

　　1.设计难点分析

　　1.1可更换性：实现幕墙的使用和维护过程中玻璃面板的更换在现场可以便捷地实施，并严格保证面板更换后幕墙的各项性能仍能满足合同技术规范中的要求。

　　1.2空间尺寸受限： 解决了在空间尺寸极其受限的条件下，大尺寸分格单元幕墙转接系统的多维度多级调节及单元挂接系统防脱、限位、与主体结构连接的一系列问题，实施了焊栓在幕墙工程中的大规模应用并保证了其安全可靠性。

　　1.3隐藏式玻璃托：解决了单元幕墙大尺寸玻璃面板（横向分格超宽约4.5m，玻璃自重约800kg）和单元框体横型材截面极小的条件下，隐藏式玻璃托能有效承重并保证横梁变形仍满足变形限值要求的问题。

　　2.解决方案

　　2.1 在幕墙系统的构造设计上，采用成熟的单元幕墙系统构造的插接形式，保证系统防水、密封构造的合理性和可靠性。

典型立柱部位横剖节点

典型横梁部位竖剖节点

　　2.2 幕墙面板的可更换设计及实施措施

　　2.2.1将玻璃面板预附框采用单独子组件设计方式。

　　2.2.2 玻璃护边的细节构造，既要能保证结构安全需要，又能方便玻璃更换时的拆卸。

典型横梁

护边细节

　　2.2.3  方便组装，并保证性能要求。

玻璃副框组装示意

　　2.2.4 采用将角铝边加长、耐候胶外移的方案，保证刀片可以伸入并有效切割耐候胶。

玻璃拆除割胶细节图

　　2.2.5 玻璃更换完成后的密封采用丁基胶辊的方案。

　　2.2.6 为了确保此系统的可行性，在工厂中做了多次模拟试验验证后再经过正式PMU性能测试进行验证。

模拟试验验证

　　3.极限空间多维度多级调节的防脱单元转接系统

　　3.1 针对项目的特点，横向分格均为水平布置。

转接件立面布置图

　　上横型材采用特殊构造，留出空间，容纳转接系统，有效保持了上横型材的完整性。

转接件剖面图

　　3.2使用焊栓进行转接件的连接固定。

　　按结构计算要求配置合适的规格。开始经结构计算校核，使用M14的焊钉。

　　在四性实验中进行了实施和验证：

四性实验现场焊栓施工

四性实验

　　四性实验的成功实施，也验证了焊栓各方面的可靠性。

　　3.3 通过焊钉的定位来实现焊钉上下基础一级调节正负10mm；然后通过齿形垫片及钢垫片开孔方式来实现上下二级调节正负6mm；最后使用M6内六角螺钉实现上下三级调节正负3mm。

　　这样在极为局促的空间内，通过这样三级调节的方式，达到了10+6+3=19mm的较大调节量，满足了吸收钢结构误差、板块安装准确调节定位的要求。

转接件上下调节示意图

　　3.4 板块虽然比较大，但考虑到板块外倾设置了防脱措施，现场打入两颗自攻自钻钉，用固定的防脱型材与上横型材结合在一起，防止板块脱出。

转接件防脱装置三维图

　　3.5板块安装完成后，在上横中间点位转接件两侧的上横型材上连接额外的角铝来限制板块在平面内的水平移动。

转接件防侧移装置图

转接件防侧移装置立面图

　　3.6 将玻璃托宽度控制在100mm。

玻璃托剖面图

图8 玻璃托受力部位示意图

　　3.7 因玻璃托截面后部设计为C形，可以将固定端插入立柱空腔，抵抗玻璃重力偏心产生的翻转，并通过螺钉结合一起，更有效传递玻璃重力形成的弯矩和拉力。

玻璃托计算取样

玻璃托变形计算

　　在科威特现场，已经基本安装完成，正在做收尾工作：

　　四、结束语

　　本项目工程设计要求高，施工体量大，现场施工条件恶劣。该成果的实施，为大尺寸、空间极其受限的条件下的单元幕墙系统的设计和高效施工提供了思路。彻底实现了单元幕墙在施工、使用和后期维护过程中面板组件的可更换，同时能有效保证更换组件的加工质量，特别是能够切实保证结构胶的粘结、养护均在工厂完成，避免了常规的幕墙在面板更换过程中现场因需要现场粘结结构胶造成的一系列质量及安全风险。

　　该单元玻璃幕墙系统实施从系统构造设计、力学及热工的理论计算分析、材料的选择、材料的试验、施工安装的模拟、正式的性能试验、施工安装完成，其中的各个环节均有充分的理论依据和试验支撑，在幕墙工程设计实施中具有良好的借鉴意义。

　　本工程的成功实施，不仅在技术层面上提供了新的可能性，还在提升建筑性能、推动行业可持续发展以及提高用户体验等方面发挥了重要作用，具有广泛的推广和应用价值。

作者简介

裴  斐

　　武汉凌云建筑装饰工程有限公司主任设计师、高级工程师。先后参加了匹兹堡、武汉、南京、上海、张家港、科威特、冰岛、苏州、墨尔本、深圳等多地工程主要设计工作。多项工程获得全国建筑装饰奖、鲁班奖。拥有发明专利1项、实用新型专利6项。

李  琳

　　武汉凌云建筑装饰工程有限公司主任设计师、高级工程师。从事幕墙设计工作20年,完成设计及计算项目20余项。主持结构计算工作的海外项目有澳洲星空大楼、AVENUE、欧文、莫纳什大楼、marina、EQ、科威特大学城、shadowplay等。承担上海捷城国际广场、浦东政务中心、科威特机场、科威特法院、科威特科学中心等主要设计工作。个人被评为集团“十佳女工”“科技先进个人”，拥有实用新型专利2项。“将结构要求与设计构造高效融合”是我的设计理念。

杨忠安

　　武汉凌云建筑装饰工程有限公司主任设计师。从事幕墙设计工作10年，完成幕墙工程深化设计项目10余项。参与设计重点项目主要有科威特国际机场、科威特新法院、科威特Garden inn酒店、科威特Avenuse4B、澳洲Victoria one、乌兰察布机场、北京国锐广场等。参与的发明专利1项；擅长运用BIM技术协同复杂形体的建筑幕墙工程深化。