河南艺术中心工程超高超大艺术墙玻璃幕墙施工技术应用

　　结合河南艺术中心工程超高超大艺术墙玻璃幕墙施工的实际，分析预应力单层索网结构的索驳玻璃幕墙设计及施工难点，提出索驳幕墙的设计主要是考虑拉索、夹具及玻璃的合理计算分析及构造设计：施工过程中应重点注意转接件的三维空间定位、竖向及横向拉索的系统定位;拉索预应力施308,3要按施工时的气温变化调整预应力。　　

　　工程概投及难点分析

　　l.1工程概况

　　河南艺术中心工程南、北艺术墙由两道各长183m的玻璃幕墙组成，幅宽从8.3m渐变为42m，是目前国内面积最大、最壮观的艺术墙。河南艺术中心工程南、北艺术墙，主体结构为24榀竖向平面主桁架、主桁架之间为横向平面次桁架，主桁架顶端次桁架为一通长结构，将整个艺术墙联成一体。横向平面次桁架由从最高处的12榀到最低处2榀不等组成。艺术墙为40m高悬臂玻璃墙，采用了“索驳一平面主钢桁架”结构体系。该结构体系具有质量轻、柔性大、阻尼小等特点。艺术墙外围护为预应力单层索网结构的索驳玻璃幕墙，预应力单层索网体系既是玻璃幕墙的支撑结构，又与主钢结构（词条“钢结构”由行业大百科提供）协同工作。南、北艺术墙幕墙玻璃采用低辐射Low—E遮阳（词条“遮阳”由行业大百科提供）中空（词条“中空”由行业大百科提供）玻璃面板，它具有极佳的保温、隔声性能，实现了建筑的节能化设计。

　　1.2难点分析

　　艺术墙玻璃幕墙在深化设计和施工中遇到了以下难点：

　　1)艺术墙幕墙性能设计要点与难点：风压变形性能，雨水渗透性能，空气渗透性能，通风及保温节能：

　　2)艺术墙单层索网幕墙设计要点与难点：单层索网系统的桡度限制，拉索与水平桁架的连接节点，顶部滑轮节点设计;

　　3)艺术墙幕墙施工难点：拉索预应力的施加，玻璃下料及安装。

　　2设计要点及旋工工艺

　　2.1幕墙性能深化设计要点

　　1)风压变形性能

　　本工程基本风压为0.5kN/m2，体型系数根据风洞试验报告取值，最大风荷载标准值为2.97kN/m2，设计风压变形性能达至1]III级。

　　2)雨水渗透性能

　　玻璃与不锈钢夹板连接节点位置为易发生渗水部位。此部位玻璃面板（词条“面板”由行业大百科提供）与不锈钢夹板间用柔性的密封橡胶（词条“橡胶”由行业大百科提供）垫，同时在玻璃面板与不锈钢夹板间设置一道耐候密封胶，使玻璃与不锈钢夹板连接在节点构造上具有两道防水。通过三性试验检测，幕墙水渗透性能达到II级。

　　3)空气渗透性能

　　通过三性试验检测，空气渗透性能达至lJlII级。

　　4)通风及保温节能

　　本工程艺术墙为双层幕墙，外立面采用10mm+1.52pvb+10mm钢化夹胶玻璃，内立面采用8mm(LOW—E)+12A+8mm+152pvb+8mm钢化夹胶中空玻璃。采光顶及共享大厅侧墙采用8ram(LOW—E)+12A+8mm+1.52pvb+8mm钢化夹胶中空玻璃。

　　中空LOw—E玻璃传热系数不大于1.8W/(m2·℃)，太阳能透过率（词条“太阳能透过率”由行业大百科提供）不大于24%，遮蔽系数不小于0.38。艺术墙底部设置有开启窗(见图1)，艺术墙顶部内侧每隔约8m布置有一台轴流风机。夏季底部开启窗开启，通过烟囱效应进行对流散热：当项部轴流风机工作运行时，可加快艺术墙内部空气的对流速度，使室内热量尽快散发到室外，保持室内温度适宜(见图2)。冬季底部开启窗关闭，减小艺术墙内部空气流动，有效防止室内热量的散发。

　　1.2单层索网幕墙的设计及施工工艺

　　1)单层索网结构幕墙的工作原理

　　单层索网结构的工作原理是：通过给横向拉索和竖向拉索各施加合适的预拉力，从而形成刚度以抵抗外部荷载。拉索预张拉成型后，在外部荷载作用下，拉索对边缘构件或边缘结构产生较大的拉力，因此边缘构件或边缘结构设计（词条“结构设计”由行业大百科提供）时应优先成为自平衡体系。如果不能成为自平衡体系，为抵抗拉索产生的拉力，边缘构件或边缘结构应设计成具有相当刚度的平面结构，但通常需要付出较大的工程造价。由于单层索网结构幕墙是一个“新生事物”，对单层索网拉索构件变形的允许值尚没有相应国家标准。借鉴国内外类似工程和试验经验，单层索网结构变形允许值按短跨的1/45或1/50进行控制。本工程单层索网结构在最不利荷载组合标准值作用下，变形容许值按短跨的1/50进行控制。单层索网玻璃幕墙节点详见图3。

　　2)拉索与水平桁架的连接节点

　　主体钢结构每3m设置一榀水平桁架。在设计过程中，考虑到主体钢结构水平桁架平面外的承载能力（词条“承载能力”由行业大百科提供）较弱，为避免竖向拉索工作时传递竖向力给主体钢结构的水平桁架，在拉索与水平桁架的连接部位设置了一段短杆(二力杆)，使拉索与水平桁架的连接节点能可靠的传递水平力，但又传递竖向力(见图4、图5)。

　　3)顶部滑轮节点设计

　　根据设计单位的要求，为避免拉索对顶部钢结构产生附加弯矩，将拉索绕过艺术墙顶部钢结构，使内、外侧幕墙为同一根拉索。为保证拉索的平滑过渡，在顶部设置滑轮组系统，每套滑轮系统由2片滑轮耳板、4组滑轮、销轴组成，其与主体钢结构的顶部空间桁架连接(见图6)。当拉索在荷载作用下，外侧拉索与内侧拉索内力不平衡时，滑轮系统可以使内外侧拉索的内力重新分布，减小对主体钢结构的不利作用。通过这个独特的滑轮组系统，结构体系得到合理优化，使其更加安全、可靠。如图6所示。

　　3幕墙胞工难点的旋工方法

　　拉索预拉力的施加

　　施工环境的温度对于拉索在最终工作时的预拉力有很大的影响。为了消除这种影响，施工安装时，必须根据施工现场环境的温度，实行温度补偿。即当施工环境温度高时，预拉力设计值必须适当减小;当施工环境温度低时，预拉力设计值必须适当增加。设计人员要给施工人员提供合拢温度与预应力值对照表，以确保索内应力在温度变化过程中的均衡状态和安全性。

　　对于艺术墙来说，Φ24拉索正常工作环境温度约为20C，预拉力设计值为100KN，对于不同的施工环境温度，其对应的预拉力设计值如表1所示。

　　1)张拉用拉索张紧器轮流按300%、50%、80%、100% 4级施加拉力，每级按对称原则逐根拉紧，每级每次拉力偏差不超过±3%。张拉力施加过程应采用全站仪对在幕墙平面内所产生变形位移进行控制。

　　2)张拉到80%预应力值持续24小时，按尺寸控制单元进行全面的尺寸精度测量，确保安装节点的精度，偏差控制在±1.5ram内。索内力预拉力值使用PIADRTMZOD拉索测力仪进行100%检测，并记录在案，根据测量结果调整剩余张拉力。4科技成果

　　3)超张拉到103%预拉力控制值，持荷12小时，检查拉索预拉力，松弛到设计的预应力值后，将节点固定锁紧。

　　3.2玻璃下料及安装

　　针对此工程建筑体系的特殊性，玻璃尺寸的确定与玻璃板块的安装，也是单索幕墙的难点。

　　1)玻璃尺寸的确定玻璃宽度的确定：依据理论计算值来作为玻璃宽度的基数，因为此建筑的体系为圆台的～部分，这就需要在每～块玻璃标高的位置设置宽度的基数。因为拉索在安装过程中，预应力按4次施加，在加到最后的情况下，宽度会产生微小变化，因此要按照理论计算值这个基数来进行玻璃宽度的复核并确定。

　　玻璃高度的确定：由于标高不同以及建筑物的特殊体系，再加上玻璃幕墙的单拉索结构，因此，确定玻璃的高度要按以下两步操作：第一，玻璃理论计算值(理论上标;隹位置为等腰梯形);第二，按照理论计算值复核已安装完成的拉索结构部位的玻璃，在此可以利用玻璃确定的宽度和理论计算值上的高度，制作模板，对现场所有的玻璃进行复核，并最终全部确定玻璃的尺寸，同时做好标记。

　　2)玻璃的安装玻璃按照自下而上的顺序安装，对于此特殊的结构，为了保证建筑物好的外观效果(见图7)，玻璃的安装按以下步骤进行：第一步，按已确定的玻璃尺寸，对建筑物进行安装前的最后复核;第二步，玻璃安装放线，确定标高同梯形玻璃边线，并拉线;第三步，在安装过程中，按照拉线、不同标高的模板及标记对每一块玻璃进行安装;最终完成全舔玻璃的安装。

　　4科技成果

　　1)艺术墙外围护采用预应力单层索网结构的索驳玻璃幕墙技术：

　　2)80m超长拉索预应力张拉技术;

　　3)转接件的三维空间定位，竖向及横向拉索的系统定位技术，

　　4)LOW—E玻璃采用双面真空溅射（词条“溅射”由行业大百科提供）低辐射镀膜玻璃：传热系数为.6W/(m2,℃)，太阳能透过率24%遮蔽系数0.38;

　　5)整体全玻造型，新颖的不锈钢压板连接件;

　　6)玻璃幕墙采用了无孔连接技术。

　　通过对艺术墙玻璃幕墙的分析与工程实践表明，单拉索幕墙的设计主要通过对拉夹具及玻璃的合理计算分析及构造设计，掌握了这几个要点的设计原理及注意事项，就可以基本掌握单拉索幕墙的设计;由于艺术墙的特殊造型，在施工过程中应重点注意转接件的三维空间定位，竖向及横向拉索的系统定位;拉索预应力施加时要按施工时的气温变化调整预应力，要结合环境温度与预应力值对照表来确定每一个施工级别的张拉预应力值。