【摘要】結(jié)合河南藝術(shù)中心工程超高超大藝術(shù)墻玻璃幕墻施工的實(shí)際，分析預(yù)應(yīng)力單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的索駁玻璃幕墻設(shè)計(jì)及施工難點(diǎn)，提出索駁幕墻的設(shè)計(jì)主要是考慮拉索、夾具（詞條“夾具”由行業(yè)大百科提供）及玻璃的合理計(jì)算分析及構(gòu)造設(shè)計(jì)：施工過程中應(yīng)重點(diǎn)注意轉(zhuǎn)接件的三維空間定位、豎向及橫向拉索的系統(tǒng)定位;拉索預(yù)應(yīng)力施308,3要按施工時(shí)的氣溫變化調(diào)整預(yù)應(yīng)力。
工程概投及難點(diǎn)分析
l.1工程概況
河南藝術(shù)中心工程南、北藝術(shù)墻由兩道各長(zhǎng)183m的玻璃幕墻組成，幅寬從8.3m漸變?yōu)?2m，是目前國(guó)內(nèi)面積最大、最壯觀的藝術(shù)墻。河南藝術(shù)中心工程南、北藝術(shù)墻，主體結(jié)構(gòu)為24榀豎向平面主桁架、主桁架之間為橫向平面次桁架，主桁架頂端次桁架為一通長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，將整個(gè)藝術(shù)墻聯(lián)成一體。橫向平面次桁架由從最高處的12榀到最低處2榀不等組成。藝術(shù)墻為40m高懸臂玻璃墻，采用了“索駁一平面主鋼桁架”結(jié)構(gòu)體系。該結(jié)構(gòu)體系具有質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小等特點(diǎn)。藝術(shù)墻外圍護(hù)為預(yù)應(yīng)力單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的索駁玻璃幕墻，預(yù)應(yīng)力單層索網(wǎng)體系既是玻璃幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，又與主鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）協(xié)同工作。南、北藝術(shù)墻幕墻玻璃采用低輻射Low—E遮陽（詞條“遮陽”由行業(yè)大百科提供）中空（詞條“中空”由行業(yè)大百科提供）玻璃面板，它具有極佳的保溫、隔聲性能，實(shí)現(xiàn)了建筑的節(jié)能化設(shè)計(jì)。
1.2難點(diǎn)分析
藝術(shù)墻玻璃幕墻在深化設(shè)計(jì)和施工中遇到了以下難點(diǎn)：
1)藝術(shù)墻幕墻性能設(shè)計(jì)要點(diǎn)與難點(diǎn)：風(fēng)壓變形性能，雨水滲透性能，空氣滲透性能，通風(fēng)及保溫節(jié)能：
2)藝術(shù)墻單層索網(wǎng)幕墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)與難點(diǎn)：?jiǎn)螌铀骶W(wǎng)系統(tǒng)的橈度限制，拉索與水平桁架的連接節(jié)點(diǎn)，頂部滑輪節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì);
3)藝術(shù)墻幕墻施工難點(diǎn)：拉索預(yù)應(yīng)力的施加，玻璃下料及安裝。
2設(shè)計(jì)要點(diǎn)及旋工工藝
2.1幕墻性能深化設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1)風(fēng)壓變形性能
本工程基本風(fēng)壓為0.5kN/m2，體型系數(shù)根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告取值，最大風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.97kN/m2，設(shè)計(jì)風(fēng)壓變形性能達(dá)至1]III級(jí)。
2)雨水滲透性能
玻璃與不銹鋼夾板連接節(jié)點(diǎn)位置為易發(fā)生滲水部位。此部位玻璃面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供）與不銹鋼夾板間用柔性的密封橡膠（詞條“橡膠”由行業(yè)大百科提供）墊，同時(shí)在玻璃面板與不銹鋼夾板間設(shè)置一道耐候密封膠，使玻璃與不銹鋼夾板連接在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造上具有兩道防水。通過三性試驗(yàn)檢測(cè)，幕墻水滲透性能達(dá)到II級(jí)。
3)空氣滲透性能
通過三性試驗(yàn)檢測(cè)，空氣滲透性能達(dá)至lJlII級(jí)。
4)通風(fēng)及保溫節(jié)能
本工程藝術(shù)墻為雙層幕墻，外立面采用10mm+1.52pvb+10mm鋼化夾膠玻璃，內(nèi)立面采用8mm(LOW—E)+12A+8mm+152pvb+8mm鋼化夾膠中空玻璃。采光頂及共享大廳側(cè)墻采用8ram(LOW—E)+12A+8mm+1.52pvb+8mm鋼化夾膠中空玻璃。
中空LOw—E玻璃傳熱系數(shù)不大于1.8W/(m2·℃)，太陽能透過率（詞條“太陽能透過率”由行業(yè)大百科提供）不大于24%，遮蔽系數(shù)不小于0.38。藝術(shù)墻底部設(shè)置有開啟窗(見圖1)，藝術(shù)墻頂部?jī)?nèi)側(cè)每隔約8m布置有一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)。夏季底部開啟窗開啟，通過煙囪效應(yīng)進(jìn)行對(duì)流散熱：當(dāng)項(xiàng)部軸流風(fēng)機(jī)工作運(yùn)行時(shí)，可加快藝術(shù)墻內(nèi)部空氣的對(duì)流速度，使室內(nèi)熱量盡快散發(fā)到室外，保持室內(nèi)溫度適宜(見圖2)。冬季底部開啟窗關(guān)閉，減小藝術(shù)墻內(nèi)部空氣流動(dòng)，有效防止室內(nèi)熱量的散發(fā)。
1.2單層索網(wǎng)幕墻的設(shè)計(jì)及施工工藝
1)單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)幕墻的工作原理
單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的工作原理是：通過給橫向拉索和豎向拉索各施加合適的預(yù)拉力，從而形成剛度以抵抗外部荷載。拉索預(yù)張拉成型后，在外部荷載作用下，拉索對(duì)邊緣構(gòu)件或邊緣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的拉力，因此邊緣構(gòu)件或邊緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（詞條“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”由行業(yè)大百科提供）時(shí)應(yīng)優(yōu)先成為自平衡體系。如果不能成為自平衡體系，為抵抗拉索產(chǎn)生的拉力，邊緣構(gòu)件或邊緣結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成具有相當(dāng)剛度的平面結(jié)構(gòu)，但通常需要付出較大的工程造價(jià)。由于單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)幕墻是一個(gè)“新生事物”，對(duì)單層索網(wǎng)拉索構(gòu)件變形的允許值尚沒有相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。借鑒國(guó)內(nèi)外類似工程和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)變形允許值按短跨的1/45或1/50進(jìn)行控制。本工程單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在最不利荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值作用下，變形容許值按短跨的1/50進(jìn)行控制。單層索網(wǎng)玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)詳見圖3。
2)拉索與水平桁架的連接節(jié)點(diǎn)
主體鋼結(jié)構(gòu)每3m設(shè)置一榀水平桁架。在設(shè)計(jì)過程中，考慮到主體鋼結(jié)構(gòu)水平桁架平面外的承載能力（詞條“承載能力”由行業(yè)大百科提供）較弱，為避免豎向拉索工作時(shí)傳遞豎向力給主體鋼結(jié)構(gòu)的水平桁架，在拉索與水平桁架的連接部位設(shè)置了一段短桿(二力桿)，使拉索與水平桁架的連接節(jié)點(diǎn)能可靠的傳遞水平力，但又傳遞豎向力(見圖4、圖5)。
3)頂部滑輪節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)單位的要求，為避免拉索對(duì)頂部鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加彎矩，將拉索繞過藝術(shù)墻頂部鋼結(jié)構(gòu)，使內(nèi)、外側(cè)幕墻為同一根拉索。為保證拉索的平滑過渡，在頂部設(shè)置滑輪組系統(tǒng)，每套滑輪系統(tǒng)由2片滑輪耳板、4組滑輪、銷軸組成，其與主體鋼結(jié)構(gòu)的頂部空間桁架連接(見圖6)。當(dāng)拉索在荷載作用下，外側(cè)拉索與內(nèi)側(cè)拉索內(nèi)力不平衡時(shí)，滑輪系統(tǒng)可以使內(nèi)外側(cè)拉索的內(nèi)力重新分布，減小對(duì)主體鋼結(jié)構(gòu)的不利作用。通過這個(gè)獨(dú)特的滑輪組系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)體系得到合理優(yōu)化，使其更加安全、可靠。如圖6所示。
3幕墻胞工難點(diǎn)的旋工方法
拉索預(yù)拉力的施加
施工環(huán)境的溫度對(duì)于拉索在最終工作時(shí)的預(yù)拉力有很大的影響。為了消除這種影響，施工安裝時(shí)，必須根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的溫度，實(shí)行溫度補(bǔ)償。即當(dāng)施工環(huán)境溫度高時(shí)，預(yù)拉力設(shè)計(jì)值必須適當(dāng)減小;當(dāng)施工環(huán)境溫度低時(shí)，預(yù)拉力設(shè)計(jì)值必須適當(dāng)增加。設(shè)計(jì)人員要給施工人員提供合攏溫度與預(yù)應(yīng)力值對(duì)照表，以確保索內(nèi)應(yīng)力在溫度變化過程中的均衡狀態(tài)和安全性。
對(duì)于藝術(shù)墻來說，Φ24拉索正常工作環(huán)境溫度約為20C，預(yù)拉力設(shè)計(jì)值為100KN，對(duì)于不同的施工環(huán)境溫度，其對(duì)應(yīng)的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值如表1所示。
1)張拉用拉索張緊器輪流按300%、50%、80%、100% 4級(jí)施加拉力，每級(jí)按對(duì)稱原則逐根拉緊，每級(jí)每次拉力偏差不超過±3%。張拉力施加過程應(yīng)采用全站儀對(duì)在幕墻平面內(nèi)所產(chǎn)生變形位移進(jìn)行控制。
2)張拉到80%預(yù)應(yīng)力值持續(xù)24小時(shí)，按尺寸控制單元進(jìn)行全面的尺寸精度測(cè)量，確保安裝節(jié)點(diǎn)的精度，偏差控制在±1.5ram內(nèi)。索內(nèi)力預(yù)拉力值使用PIADRTMZOD拉索測(cè)力儀進(jìn)行100%檢測(cè)，并記錄在案，根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整剩余張拉力。4科技成果
3)超張拉到103%預(yù)拉力控制值，持荷12小時(shí)，檢查拉索預(yù)拉力，松弛到設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力值后，將節(jié)點(diǎn)固定鎖緊。
3.2玻璃下料及安裝
針對(duì)此工程建筑體系的特殊性，玻璃尺寸的確定與玻璃板塊的安裝，也是單索幕墻的難點(diǎn)。
1)玻璃尺寸的確定玻璃寬度的確定：依據(jù)理論計(jì)算值來作為玻璃寬度的基數(shù)，因?yàn)榇私ㄖ捏w系為圓臺(tái)的～部分，這就需要在每～塊玻璃標(biāo)高的位置設(shè)置寬度的基數(shù)。因?yàn)槔髟诎惭b過程中，預(yù)應(yīng)力按4次施加，在加到最后的情況下，寬度會(huì)產(chǎn)生微小變化，因此要按照理論計(jì)算值這個(gè)基數(shù)來進(jìn)行玻璃寬度的復(fù)核并確定。
玻璃高度的確定：由于標(biāo)高不同以及建筑物的特殊體系，再加上玻璃幕墻的單拉索結(jié)構(gòu)，因此，確定玻璃的高度要按以下兩步操作：第一，玻璃理論計(jì)算值(理論上標(biāo);隹位置為等腰梯形);第二，按照理論計(jì)算值復(fù)核已安裝完成的拉索結(jié)構(gòu)部位的玻璃，在此可以利用玻璃確定的寬度和理論計(jì)算值上的高度，制作模板，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有的玻璃進(jìn)行復(fù)核，并最終全部確定玻璃的尺寸，同時(shí)做好標(biāo)記。
2)玻璃的安裝玻璃按照自下而上的順序安裝，對(duì)于此特殊的結(jié)構(gòu)，為了保證建筑物好的外觀效果(見圖7)，玻璃的安裝按以下步驟進(jìn)行：第一步，按已確定的玻璃尺寸，對(duì)建筑物進(jìn)行安裝前的最后復(fù)核;第二步，玻璃安裝放線，確定標(biāo)高同梯形玻璃邊線，并拉線;第三步，在安裝過程中，按照拉線、不同標(biāo)高的模板及標(biāo)記對(duì)每一塊玻璃進(jìn)行安裝;最終完成全舔玻璃的安裝。
4科技成果
1)藝術(shù)墻外圍護(hù)采用預(yù)應(yīng)力單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的索駁玻璃幕墻技術(shù)：
2)80m超長(zhǎng)拉索預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù);
3)轉(zhuǎn)接件的三維空間定位，豎向及橫向拉索的系統(tǒng)定位技術(shù)，
4)LOW—E玻璃采用雙面真空濺射（詞條“濺射”由行業(yè)大百科提供）低輻射鍍膜玻璃：傳熱系數(shù)為.6W/(m2,℃)，太陽能透過率24%遮蔽系數(shù)0.38;
5)整體全玻造型，新穎的不銹鋼壓板連接件;
6)玻璃幕墻采用了無孔連接技術(shù)。
通過對(duì)藝術(shù)墻玻璃幕墻的分析與工程實(shí)踐表明，單拉索幕墻的設(shè)計(jì)主要通過對(duì)拉夾具及玻璃的合理計(jì)算分析及構(gòu)造設(shè)計(jì)，掌握了這幾個(gè)要點(diǎn)的設(shè)計(jì)原理及注意事項(xiàng)，就可以基本掌握單拉索幕墻的設(shè)計(jì);由于藝術(shù)墻的特殊造型，在施工過程中應(yīng)重點(diǎn)注意轉(zhuǎn)接件的三維空間定位，豎向及橫向拉索的系統(tǒng)定位;拉索預(yù)應(yīng)力施加時(shí)要按施工時(shí)的氣溫變化調(diào)整預(yù)應(yīng)力，要結(jié)合環(huán)境溫度與預(yù)應(yīng)力值對(duì)照表來確定每一個(gè)施工級(jí)別的張拉預(yù)應(yīng)力值。
