[摘 要] 本文介紹了昆明新機場航站樓幕墻拉索結構張拉設計與施工，分析了幕墻結構體系與主體結構的關系，提出了合理的構造措施，詳細闡述了拉索結構分級分步張拉合理的施工方案，充分體現(xiàn)了航站樓單索點支式玻璃幕墻與鋼彩帶組成“金鑲玉”的絢麗效果。
1、工程概況
昆明新機場位于昆明市官渡區(qū)大板橋鎮(zhèn)，航站樓建筑面積約54.83萬平方米，建筑幕墻面積約15萬平方米。航站樓主要由前端主樓、前端東西兩側指廊、中央指廊、遠端東西Y型指廊和登機橋等部分組成。昆明新機場航站樓幕墻工程最大特點是南立面約53米高的EWS-5系統(tǒng)點式玻璃幕墻單層索網體系與主體彩色鋼箱梁結構融為一體。索的預拉力和鋼彩帶變形相互影響其力學關系復雜，柔性單層索網結構在巨型箱型鋼結構中豎向滑動的結構體系為國內外行業(yè)內首創(chuàng)。單索結構點支式玻璃鑲嵌在金黃色波浪形鋼結構彩帶內并渾為一體巧妙地組合成“金鑲玉”幕墻（見圖一）。
1.1、EWS-5.1拉索幕墻概況
南立面幕墻長度約324米，幕墻高度為33米~53米，豎索穿過鋼彩帶從屋頂拉到地面，每個玻璃分格一根豎索，共108根，其中Ф30為68根，Ф36為20根，Ф40為20根。橫索直徑Ф40，共9層，每層在彩帶處分成很多小段，橫索共有121根。中間ф40豎索和橫索，兩邊ф36豎橫索 兩端ф30豎索（見圖二）。
拉索結構施工張拉設計分析-立面圖
鋼彩帶為700x2500x70尺寸不等的箱型鋼結構，考慮到如果豎索在鋼彩帶之間分段連接，豎索張拉時非常繁瑣，而且會因為張拉力對主體鋼彩帶來局部變形，這對主體鋼彩帶是非常不利的。豎索既要適應中間鋼彩帶上下變形，又要傳遞玻璃幕墻水平風荷載給鋼彩帶，還要防止高應力鋼絲在反復豎向滑移中磨損破壞，這對節(jié)點構造設計要求很高。為了實現(xiàn)這個功能，深化設計時采用了定滑輪的設計思路，索沿豎向可滑動，水平可傳力。變滑動為轉動，摩擦力大為減小。這是定滑輪在國內幕墻拉索體系中的首次應用（見圖三、圖四）。
拉索結構施工張拉設計分析-堅索穿鋼彩帶寬節(jié)點做法
上圖中定滑輪固定在鋼彩帶預留的孔洞中，豎索穿過定滑輪，上下可以自由轉動，水平能傳遞荷載給鋼彩帶，定滑輪的摩擦系數非常小，能有效的防止豎索磨損。為了更有效的防止不銹鋼豎索磨損，定滑輪采用摩擦系數比較小材料，這樣，即使有磨損，高預應力的不銹鋼絲也能得到保護。為使滑輪轉動后有效復位，在滑輪兩側設置了彈簧裝置（見圖四）?？紤]到鋼箱梁內盡量設計構造簡單及施工方便，橫索采用分段設計和施工，對應箱形鋼彩帶連接位置在箱體內設置鋼肋板加強。
1.2拉索邊界條件：
豎索頂部與鋼彩帶通過耳板鉸接（見圖五），底部與混凝土大梁通過耳板鉸接（見圖六），中間穿過鋼彩帶通過滑輪連接（只傳水平力，豎向可滑動見圖三）。橫索各段均與鋼彩帶通過耳板鉸接（見圖七）。拉索與支座連接節(jié)點圖如下：
1.3拉索預拉力的確定
根據玻璃幕墻技術規(guī)范要求，對點支式玻璃幕墻單索結構計算，通過控制單索最大位移不超過計算跨度的1/50,綜合考慮各段范圍單索最終預拉力如下：
拉索Ф30：120kN；拉索Ф36：200kN；拉索Ф40：280kN；
2、拉索張拉方案
2.1張拉原則
① 分級張拉：由于索的預拉力較大，考慮到索結構與鋼彩帶互為影響，為使波浪形鋼彩帶受力均勻，預拉力分為三級張拉，即第一級張拉預拉力30%，第二級張拉到預拉力70%，第三級張拉到預拉力的100%。
② 分步張拉一：先豎索后橫索
考慮到如果先張拉橫索，會有“懸索效應”，橫索在自重下會產生撓度，因此，先把所有豎索張拉到30%預拉力后，再張拉橫索。
③ 分步張拉二：先中間后兩邊
張拉豎索時，先對稱張拉Ф40豎索，再對稱張拉Ф36豎索，最后對稱張拉Ф30豎索。
2.2張拉步驟
第一步：豎向Φ40拉索30%預拉力
第五步：豎向Φ40拉索70%預拉力
第九步：豎向Φ40拉索100%預拉力
第二步：豎向Φ36拉索30%預拉力
第六步：豎向Φ36拉索70%預拉力
第十步：豎向Φ36拉索100%預拉力
第三步：豎向Φ30拉索30%預拉力
第七步：豎向Φ30拉索70%預拉力
第十一步：豎向Φ30拉索100%預拉力
第四步：豎向Φ30拉索30%預拉力
第八步：豎向Φ30拉索70%預拉力
第十二步：豎向Φ30拉索100%預拉力
2.3模擬計算分析
施工狀態(tài)分析：施工狀態(tài)下，在部分索先張拉的情況下，有可能對鋼結構應力產生不利影響，而且后張拉之部分拉索對先張拉的拉索預應力也有相互影響。在分步分級的張拉施工過程中，對主體鋼結構的變形監(jiān)測也是很有必要的。
為了精確了解索的張拉對鋼結構的影響，我們采用有限元分析軟件Ansys模擬張拉狀態(tài)，為了防止鋼結構自重對鋼結構自身應力和撓度的干擾，我們在模型中忽略鋼結構自身重力，這樣，模型中產生的鋼結構應力和撓度云圖都是拉索之預張力產生的。
根據設計院提供的Midas鋼結構計算模型，將鋼屋蓋網架作為南立面鋼彩帶彈性支座，我們導入到Ansys中，并加入索結構，鋼結構單元選用Beam44單元，拉索單元選用Link10單元，整體計算模型簡略，頂部約束局部情況如圖八：
根據EWS-5.1拉索張拉Ansys模擬分析，拉索張拉時對其他拉索及鋼結構影響整理如下表：
注1：Z為重力方向，Y為風荷載方向。
注2：列表中拉索軸力表中灰色區(qū)域為“主動張拉區(qū)”，其他索力為“被動影響區(qū)”。
分析：根據上表得知，根據我們設定的前十二種張拉狀態(tài)，在每種張拉狀態(tài)下，主動張拉區(qū)對被動影響區(qū)影響都較小，對鋼結構的位移和應力也都較小，鋼結構X方向最大位移為2.97mm，Z方向最大位移為6.75mm。
3、張拉變形監(jiān)控
張拉過程中，應對主體鋼結構的變形進行監(jiān)控，通過Ansys模擬分析，找出變形不利點，在每個張拉步驟后進行變形監(jiān)測，如超過理論值則停止張拉，與設計院、監(jiān)理單位共同分析原因，原因分析清楚方能繼續(xù)施工。
考慮到溫度不同，主體鋼結構水平及豎向均有溫度變形，要求變形監(jiān)測必須在早8點之前，并且每次監(jiān)測時，不僅應記錄鋼結構變形量，還應記錄監(jiān)測溫度，每次監(jiān)測時溫度相差不得超過5°。
3.1 EWS-5.1系統(tǒng)鋼結構變形監(jiān)控
采用Ansys對EWS-5.1幕墻系統(tǒng)作全過程施工模擬分析，可知最不利變形點如圖九所示：
A點坐標：水平方向距離S01軸20米，標高39.5米（距離地面44.7米）；
B點坐標：水平方向距離S01軸15米，標高29.25（距離地面34.45米）
C點坐標：位于WE軸，距離S01軸162米，標高18.4米（距離地面23.6米）
注：S01軸為對稱軸 見表1表2
A、B、C點在±5°溫度作用下，鋼結構自身產生的水平及豎向的位移為（mm）：
因此，在施工步驟中，表一中的監(jiān)測變形誤差值不應超過表二的限值。考慮到監(jiān)測誤差和精度等原因，實際控制為，考慮到表二的誤差之后，鋼結構變形監(jiān)控值不應超過理論計算值的20%和3mm的較大值；否則應停止張拉，分析原因。
4、施工張拉控制
南立面主入口“金鑲玉”索結構幕墻，為了減少索結構對鋼結構受力的影響，豎索穿過鋼彩帶并能相對鋼彩帶豎向移動，對鋼彩帶只傳遞水平力而不傳遞豎向力。南立面主入口拉索的張拉方案也是施工技術的一大難點，既要提高效率，又不能在張拉過程中對鋼彩帶有過大影響，我們采用計算機仿真技術反復對整體結構進行模擬張拉分析計算，確定了詳細的張拉方案。拉索的張拉設備也是重點，我們針對不同的拉索節(jié)點設計了不同的張拉工裝，張拉過程非常快捷，工人經過簡單培訓，一次張拉步驟只需約5分鐘左右，較大提高了施工效率，根據拉索索頭的不同，我們采用兩種工裝來張拉拉索。與工裝配套的為液壓聯(lián)動穿心帶讀表器的千斤頂，單個千斤頂的作用荷載為300kN。聯(lián)動千斤頂共 圖 十液壓千斤頂4套，張拉工裝共8套。（詳見圖十）
4.3預拉力隨溫度調整
注：通過查閱歷史資料，昆明歷史最低溫度不低于0°，最高溫度不高于35°，年平均溫度約為15°，因此我們取15°作為預拉力基準溫度，預拉力應根據合攏溫度按上表作出調整。
5、結語
昆明新機場航站樓南立面采用單索點支式玻璃和金黃色波浪形鋼結構彩帶融為一體組合成“金鑲玉”幕墻，富麗堂皇的鋼彩帶配合單索點支式玻璃幕墻充分體現(xiàn)了我國近年來難得出現(xiàn)的建筑設計理念和建筑結構技術的完美結合。航站樓幕墻結構采用了單索和主體鋼結構混合受力的支撐結構新技術，在深化設計、樣板制作、施工各階段，業(yè)主方組織了多次并通過國內權威專家論證。施工張拉過程中經過各種檢測索結構和鋼結構的應力及其變形均小于設計控制要求。該工程已順利通過竣工驗收，并獲得專家驗收組的一致好評。昆明新機場航站樓南立面金鑲玉的玻璃幕墻建筑通透效果必將為這座七彩云南民族特色的標志性建筑增添絢麗色彩（建成后南立面內外照片分別見下圖）。
參考文獻
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作者簡介：深圳市三鑫幕墻工程有限公司總工程師、教授級高級工程師、全國一級注冊結構工程師。
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