【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)計及施工難點，提出索駁幕墻的設(shè)計主要是考慮拉索、夾具（詞條“夾具”由行業(yè)大百科提供）及玻璃的合理計算分析及構(gòu)造設(shè)計：施工過程中應(yīng)重點注意轉(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要按施工時的氣溫變化調(diào)整預(yù)應(yīng)力。
工程概投及難點分析
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183m的玻璃幕墻組成，幅寬從8.3m漸變?yōu)?2m，是目前國內(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結(jié)構(gòu)，將整個藝術(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。藝術(shù)墻外圍護為預(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，實現(xiàn)了建筑的節(jié)能化設(shè)計。
1.2難點分析
藝術(shù)墻玻璃幕墻在深化設(shè)計和施工中遇到了以下難點：
1)藝術(shù)墻幕墻性能設(shè)計要點與難點：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)計要點與難點：單層索網(wǎng)系統(tǒng)的橈度限制，拉索與水平桁架的連接節(jié)點，頂部滑輪節(jié)點設(shè)計;
3)藝術(shù)墻幕墻施工難點：拉索預(yù)應(yīng)力的施加，玻璃下料及安裝。
2設(shè)計要點及旋工工藝
2.1幕墻性能深化設(shè)計要點
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)洞試驗報告取值，最大風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.97kN/m2，設(shè)計風(fēng)壓變形性能達至1]III級。
2)雨水滲透性能
玻璃與不銹鋼夾板連接節(jié)點位置為易發(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)點構(gòu)造上具有兩道防水。通過三性試驗檢測，幕墻水滲透性能達到II級。
3)空氣滲透性能
通過三性試驗檢測，空氣滲透性能達至lJlII級。
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)墻頂部內(nèi)側(cè)每隔約8m布置有一臺軸流風(fēng)機。夏季底部開啟窗開啟，通過煙囪效應(yīng)進行對流散熱：當(dāng)項部軸流風(fēng)機工作運行時，可加快藝術(shù)墻內(nèi)部空氣的對流速度，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，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（詞條“結(jié)構(gòu)設(shè)計”由行業(yè)大百科提供）時應(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。由于單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)幕墻是一個“新生事物”，對單層索網(wǎng)拉索構(gòu)件變形的允許值尚沒有相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)。借鑒國內(nèi)外類似工程和試驗經(jīng)驗，單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)變形允許值按短跨的1/45或1/50進行控制。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進行控制。單層索網(wǎng)玻璃幕墻節(jié)點詳見圖3。
2)拉索與水平桁架的連接節(jié)點
主體鋼結(jié)構(gòu)每3m設(shè)置一榀水平桁架。在設(shè)計過程中，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)點設(shè)計
根據(jù)設(shè)計單位的要求，為避免拉索對頂部鋼結(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，滑輪系統(tǒng)可以使內(nèi)外側(cè)拉索的內(nèi)力重新分布，減小對主體鋼結(jié)構(gòu)的不利作用。通過這個獨特的滑輪組系統(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幕墻胞工難點的旋工方法
拉索預(yù)拉力的施加
施工環(huán)境的溫度對于拉索在最終工作時的預(yù)拉力有很大的影響。為了消除這種影響，施工安裝時，必須根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境的溫度，實行溫度補償。即當(dāng)施工環(huán)境溫度高時，預(yù)拉力設(shè)計值必須適當(dāng)減小;當(dāng)施工環(huán)境溫度低時，預(yù)拉力設(shè)計值必須適當(dāng)增加。設(shè)計人員要給施工人員提供合攏溫度與預(yù)應(yīng)力值對照表，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)計值為100KN，對于不同的施工環(huán)境溫度，其對應(yīng)的預(yù)拉力設(shè)計值如表1所示。
1)張拉用拉索張緊器輪流按300%、50%、80%、100% 4級施加拉力，每級按對稱原則逐根拉緊，每級每次拉力偏差不超過±3%。張拉力施加過程應(yīng)采用全站儀對在幕墻平面內(nèi)所產(chǎn)生變形位移進行控制。
2)張拉到80%預(yù)應(yīng)力值持續(xù)24小時，按尺寸控制單元進行全面的尺寸精度測量，確保安裝節(jié)點的精度，偏差控制在±1.5ram內(nèi)。索內(nèi)力預(yù)拉力值使用PIADRTMZOD拉索測力儀進行100%檢測，并記錄在案，根據(jù)測量結(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，檢查拉索預(yù)拉力，松弛到設(shè)計的預(yù)應(yīng)力值后，將節(jié)點固定鎖緊。
3.2玻璃下料及安裝
針對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。
1)玻璃尺寸的確定玻璃寬度的確定：依據(jù)理論計算值來作為玻璃寬度的基數(shù)，因為此建筑的體系為圓臺的～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)。因為拉索在安裝過程中，預(yù)應(yīng)力按4次施加，在加到最后的情況下，寬度會產(chǎn)生微小變化，因此要按照理論計算值這個基數(shù)來進行玻璃寬度的復(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，玻璃理論計算值(理論上標(biāo);隹位置為等腰梯形);第二，按照理論計算值復(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算值上的高度，制作模板，對現(xiàn)場所有的玻璃進行復(fù)核，并最終全部確定玻璃的尺寸，同時做好標(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行：第一步，按已確定的玻璃尺寸，對建筑物進行安裝前的最后復(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)記對每一塊玻璃進行安裝;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)。
通過對藝術(shù)墻玻璃幕墻的分析與工程實踐表明，單拉索幕墻的設(shè)計主要通過對拉夾具及玻璃的合理計算分析及構(gòu)造設(shè)計，掌握了這幾個要點的設(shè)計原理及注意事項，就可以基本掌握單拉索幕墻的設(shè)計;由于藝術(shù)墻的特殊造型，在施工過程中應(yīng)重點注意轉(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)力施加時要按施工時的氣溫變化調(diào)整預(yù)應(yīng)力，要結(jié)合環(huán)境溫度與預(yù)應(yīng)力值對照表來確定每一個施工級別的張拉預(yù)應(yīng)力值。
