[摘 要] 本文介绍了昆明新机场航站楼幕墙拉索结构张拉设计与施工，分析了幕墙结构体系与主体结构的关系，提出了合理的构造措施，详细阐述了拉索结构分级分步张拉合理的施工方案，充分体现了航站楼单索点支式玻璃幕墙与钢彩带组成“金镶玉”的绚丽效果。
1、工程概况
昆明新机场位于昆明市官渡区大板桥镇，航站楼建筑面积约54.83万平方米，建筑幕墙面积约15万平方米。航站楼主要由前端主楼、前端东西两侧指廊、中央指廊、远端东西Y型指廊和登机桥等部分组成。昆明新机场航站楼幕墙工程最大特点是南立面约53米高的EWS-5系统点式玻璃幕墙单层索网体系与主体彩色钢箱梁结构融为一体。索的预拉力和钢彩带变形相互影响其力学关系复杂，柔性单层索网结构在巨型箱型钢结构中竖向滑动的结构体系为国内外行业内首创。单索结构点支式玻璃镶嵌在金黄色波浪形钢结构彩带内并浑为一体巧妙地组合成“金镶玉”幕墙（见图一）。
1.1、EWS-5.1拉索幕墙概况
南立面幕墙长度约324米，幕墙高度为33米~53米，竖索穿过钢彩带从屋顶拉到地面，每个玻璃分格一根竖索，共108根，其中Ф30为68根，Ф36为20根，Ф40为20根。横索直径Ф40，共9层，每层在彩带处分成很多小段，横索共有121根。中间ф40竖索和横索，两边ф36竖横索 两端ф30竖索（见图二）。
拉索结构施工张拉设计分析-立面图
钢彩带为700x2500x70尺寸不等的箱型钢结构，考虑到如果竖索在钢彩带之间分段连接，竖索张拉时非常繁琐，而且会因为张拉力对主体钢彩带来局部变形，这对主体钢彩带是非常不利的。竖索既要适应中间钢彩带上下变形，又要传递玻璃幕墙水平风荷载给钢彩带，还要防止高应力钢丝在反复竖向滑移中磨损破坏，这对节点构造设计要求很高。为了实现这个功能，深化设计时采用了定滑轮的设计思路，索沿竖向可滑动，水平可传力。变滑动为转动，摩擦力大为减小。这是定滑轮在国内幕墙拉索体系中的首次应用（见图三、图四）。
拉索结构施工张拉设计分析-坚索穿钢彩带宽节点做法
上图中定滑轮固定在钢彩带预留的孔洞中，竖索穿过定滑轮，上下可以自由转动，水平能传递荷载给钢彩带，定滑轮的摩擦系数非常小，能有效的防止竖索磨损。为了更有效的防止不锈钢竖索磨损，定滑轮采用摩擦系数比较小材料，这样，即使有磨损，高预应力的不锈钢丝也能得到保护。为使滑轮转动后有效复位，在滑轮两侧设置了弹簧装置（见图四）。考虑到钢箱梁内尽量设计构造简单及施工方便，横索采用分段设计和施工，对应箱形钢彩带连接位置在箱体内设置钢肋板加强。
1.2拉索边界条件：
竖索顶部与钢彩带通过耳板铰接（见图五），底部与混凝土大梁通过耳板铰接（见图六），中间穿过钢彩带通过滑轮连接（只传水平力，竖向可滑动见图三）。横索各段均与钢彩带通过耳板铰接（见图七）。拉索与支座连接节点图如下：
1.3拉索预拉力的确定
根据玻璃幕墙技术规范要求，对点支式玻璃幕墙单索结构计算，通过控制单索最大位移不超过计算跨度的1/50,综合考虑各段范围单索最终预拉力如下：
拉索Ф30：120kN；拉索Ф36：200kN；拉索Ф40：280kN；
2、拉索张拉方案
2.1张拉原则
① 分级张拉：由于索的预拉力较大，考虑到索结构与钢彩带互为影响，为使波浪形钢彩带受力均匀，预拉力分为三级张拉，即第一级张拉预拉力30%，第二级张拉到预拉力70%，第三级张拉到预拉力的100%。
② 分步张拉一：先竖索后横索
考虑到如果先张拉横索，会有“悬索效应”，横索在自重下会产生挠度，因此，先把所有竖索张拉到30%预拉力后，再张拉横索。
③ 分步张拉二：先中间后两边
张拉竖索时，先对称张拉Ф40竖索，再对称张拉Ф36竖索，最后对称张拉Ф30竖索。
2.2张拉步骤
第一步：竖向Φ40拉索30%预拉力
第五步：竖向Φ40拉索70%预拉力
第九步：竖向Φ40拉索100%预拉力
第二步：竖向Φ36拉索30%预拉力
第六步：竖向Φ36拉索70%预拉力
第十步：竖向Φ36拉索100%预拉力
第三步：竖向Φ30拉索30%预拉力
第七步：竖向Φ30拉索70%预拉力
第十一步：竖向Φ30拉索100%预拉力
第四步：竖向Φ30拉索30%预拉力
第八步：竖向Φ30拉索70%预拉力
第十二步：竖向Φ30拉索100%预拉力
2.3模拟计算分析
施工状态分析：施工状态下，在部分索先张拉的情况下，有可能对钢结构应力产生不利影响，而且后张拉之部分拉索对先张拉的拉索预应力也有相互影响。在分步分级的张拉施工过程中，对主体钢结构的变形监测也是很有必要的。
为了精确了解索的张拉对钢结构的影响，我们采用有限元分析软件Ansys模拟张拉状态，为了防止钢结构自重对钢结构自身应力和挠度的干扰，我们在模型中忽略钢结构自身重力，这样，模型中产生的钢结构应力和挠度云图都是拉索之预张力产生的。
根据设计院提供的Midas钢结构计算模型，将钢屋盖网架作为南立面钢彩带弹性支座，我们导入到Ansys中，并加入索结构，钢结构单元选用Beam44单元，拉索单元选用Link10单元，整体计算模型简略，顶部约束局部情况如图八：
根据EWS-5.1拉索张拉Ansys模拟分析，拉索张拉时对其他拉索及钢结构影响整理如下表：
注1：Z为重力方向，Y为风荷载方向。
注2：列表中拉索轴力表中灰色区域为“主动张拉区”，其他索力为“被动影响区”。
分析：根据上表得知，根据我们设定的前十二种张拉状态，在每种张拉状态下，主动张拉区对被动影响区影响都较小，对钢结构的位移和应力也都较小，钢结构X方向最大位移为2.97mm，Z方向最大位移为6.75mm。
3、张拉变形监控
张拉过程中，应对主体钢结构的变形进行监控，通过Ansys模拟分析，找出变形不利点，在每个张拉步骤后进行变形监测，如超过理论值则停止张拉，与设计院、监理单位共同分析原因，原因分析清楚方能继续施工。
考虑到温度不同，主体钢结构水平及竖向均有温度变形，要求变形监测必须在早8点之前，并且每次监测时，不仅应记录钢结构变形量，还应记录监测温度，每次监测时温度相差不得超过5°。
3.1 EWS-5.1系统钢结构变形监控
采用Ansys对EWS-5.1幕墙系统作全过程施工模拟分析，可知最不利变形点如图九所示：
A点坐标：水平方向距离S01轴20米，标高39.5米（距离地面44.7米）；
B点坐标：水平方向距离S01轴15米，标高29.25（距离地面34.45米）
C点坐标：位于WE轴，距离S01轴162米，标高18.4米（距离地面23.6米）
注：S01轴为对称轴 见表1表2
A、B、C点在±5°温度作用下，钢结构自身产生的水平及竖向的位移为（mm）：
因此，在施工步骤中，表一中的监测变形误差值不应超过表二的限值。考虑到监测误差和精度等原因，实际控制为，考虑到表二的误差之后，钢结构变形监控值不应超过理论计算值的20%和3mm的较大值；否则应停止张拉，分析原因。
4、施工张拉控制
南立面主入口“金镶玉”索结构幕墙，为了减少索结构对钢结构受力的影响，竖索穿过钢彩带并能相对钢彩带竖向移动，对钢彩带只传递水平力而不传递竖向力。南立面主入口拉索的张拉方案也是施工技术的一大难点，既要提高效率，又不能在张拉过程中对钢彩带有过大影响，我们采用计算机仿真技术反复对整体结构进行模拟张拉分析计算，确定了详细的张拉方案。拉索的张拉设备也是重点，我们针对不同的拉索节点设计了不同的张拉工装，张拉过程非常快捷，工人经过简单培训，一次张拉步骤只需约5分钟左右，较大提高了施工效率，根据拉索索头的不同，我们采用两种工装来张拉拉索。与工装配套的为液压联动穿心带读表器的千斤顶，单个千斤顶的作用荷载为300kN。联动千斤顶共 图 十液压千斤顶4套，张拉工装共8套。（详见图十）
4.3预拉力随温度调整
注：通过查阅历史资料，昆明历史最低温度不低于0°，最高温度不高于35°，年平均温度约为15°，因此我们取15°作为预拉力基准温度，预拉力应根据合拢温度按上表作出调整。
5、结语
昆明新机场航站楼南立面采用单索点支式玻璃和金黄色波浪形钢结构彩带融为一体组合成“金镶玉”幕墙，富丽堂皇的钢彩带配合单索点支式玻璃幕墙充分体现了我国近年来难得出现的建筑设计理念和建筑结构技术的完美结合。航站楼幕墙结构采用了单索和主体钢结构混合受力的支撑结构新技术，在深化设计、样板制作、施工各阶段，业主方组织了多次并通过国内权威专家论证。施工张拉过程中经过各种检测索结构和钢结构的应力及其变形均小于设计控制要求。该工程已顺利通过竣工验收，并获得专家验收组的一致好评。昆明新机场航站楼南立面金镶玉的玻璃幕墙建筑通透效果必将为这座七彩云南民族特色的标志性建筑增添绚丽色彩（建成后南立面内外照片分别见下图）。
参考文献
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[2]《建筑结构荷载规范》GB50009－2001（2006年版）；
[3]《
钢结构设计规范》GB50017－2003；
[4]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003；
[5] 花定兴等。广州新机场主航站楼幕墙结构设计《建筑结构》2003.11。
[6] 冯若强、花定兴等。单层平面索网幕墙结构玻璃与索网协同工作的动力性能研究。《土木工程学报》2007.10。
作者简介：深圳市三鑫幕墙工程有限公司总工程师、教授级高级工程师、全国一级注册结构工程师。
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