【摘要】結合河南藝術中心工程超高超大藝術墻玻璃幕墻施工的實際，分析預應力單層索網結構的索駁玻璃幕墻設計及施工難點，提出索駁幕墻的設計主要是考慮拉索、夾具及玻璃的合理計算分析及構造設計：施工過程中應重點注意轉接件的三維空間定位、豎向及橫向拉索的系統(tǒng)定位;拉索預應力施308,3要按施工時的氣溫變化調整預應力。

　　工程概投及難點分析

　　l.1工程概況

　　河南藝術中心工程南、北藝術墻由兩道各長183m的玻璃幕墻組成，幅寬從8.3m漸變?yōu)?2m，是目前國內面積最大、最壯觀的藝術墻。河南藝術中心工程南、北藝術墻，主體結構為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構，將整個藝術墻聯(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。藝術墻為40m高懸臂玻璃墻，采用了“索駁一平面主鋼桁架”結構體系。該結構體系具有質量輕、柔性大、阻尼小等特點。藝術墻外圍護為預應力單層索網結構的索駁玻璃幕墻，預應力單層索網體系既是玻璃幕墻的支撐結構，又與主鋼結構協(xié)同工作。南、北藝術墻幕墻玻璃采用低輻射Low—E遮陽中空玻璃面板，它具有極佳的保溫、隔聲性能，實現了建筑的節(jié)能化設計。

　　1.2難點分析

　　藝術墻玻璃幕墻在深化設計和施工中遇到了以下難點：

　　1)藝術墻幕墻性能設計要點與難點：風壓變形性能，雨水滲透性能，空氣滲透性能，通風及保溫節(jié)能：

　　2)藝術墻單層索網幕墻設計要點與難點：單層索網系統(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)點設計;

　　3)藝術墻幕墻施工難點：拉索預應力的施加，玻璃下料及安裝。

　　2設計要點及旋工工藝

　　2.1幕墻性能深化設計要點

　　1)風壓變形性能

　　本工程基本風壓為0.5kN/m2，體型系數根據風洞試驗報告取值，最大風荷載標準值為2.97kN/m2，設計風壓變形性能達至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。此部位玻璃面板與不銹鋼夾板間用柔性的密封橡膠墊，同時在玻璃面板與不銹鋼夾板間設置一道耐候密封膠，使玻璃與不銹鋼夾板連接在節(jié)點構造上具有兩道防水。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)通風及保溫節(jié)能

　　本工程藝術墻為雙層幕墻，外立面采用10mm+1.52pvb+10mm鋼化夾膠玻璃，內立面采用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玻璃傳熱系數不大于1.8W/(m2·℃)，太陽能透過率不大于24%，遮蔽系數不小于0.38。藝術墻底部設置有開啟窗(見圖1)，藝術墻頂部內側每隔約8m布置有一臺軸流風機。夏季底部開啟窗開啟，通過煙囪效應進行對流散熱：當項部軸流風機工作運行時，可加快藝術墻內部空氣的對流速度，使室內熱量盡快散發(fā)到室外，保持室內溫度適宜(見圖2)。冬季底部開啟窗關閉，減小藝術墻內部空氣流動，有效防止室內熱量的散發(fā)。

　　1.2單層索網幕墻的設計及施工工藝

　　1)單層索網結構幕墻的工作原理

　　單層索網結構的工作原理是：通過給橫向拉索和豎向拉索各施加合適的預拉力，從而形成剛度以抵抗外部荷載。拉索預張拉成型后，在外部荷載作用下，拉索對邊緣構件或邊緣結構產生較大的拉力，因此邊緣構件或邊緣結構設計時應優(yōu)先成為自平衡體系。如果不能成為自平衡體系，為抵抗拉索產生的拉力，邊緣構件或邊緣結構應設計成具有相當剛度的平面結構，但通常需要付出較大的工程造價。由于單層索網結構幕墻是一個“新生事物”，對單層索網拉索構件變形的允許值尚沒有相應國家標準。借鑒國內外類似工程和試驗經驗，單層索網結構變形允許值按短跨的1/45或1/50進行控制。本工程單層索網結構在最不利荷載組合標準值作用下，變形容許值按短跨的1/50進行控制。單層索網玻璃幕墻節(jié)點詳見圖3。

　　2)拉索與水平桁架的連接節(jié)點

　　主體鋼結構每3m設置一榀水平桁架。在設計過程中，考慮到主體鋼結構水平桁架平面外的承載能力較弱，為避免豎向拉索工作時傳遞豎向力給主體鋼結構的水平桁架，在拉索與水平桁架的連接部位設置了一段短桿(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)點設計

　　根據設計單位的要求，為避免拉索對頂部鋼結構產生附加彎矩，將拉索繞過藝術墻頂部鋼結構，使內、外側幕墻為同一根拉索。為保證拉索的平滑過渡，在頂部設置滑輪組系統(tǒng)，每套滑輪系統(tǒng)由2片滑輪耳板、4組滑輪、銷軸組成，其與主體鋼結構的頂部空間桁架連接(見圖6)。當拉索在荷載作用下，外側拉索與內側拉索內力不平衡時，滑輪系統(tǒng)可以使內外側拉索的內力重新分布，減小對主體鋼結構的不利作用。通過這個獨特的滑輪組系統(tǒng)，結構體系得到合理優(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，必須根據施工現場環(huán)境的溫度，實行溫度補償。即當施工環(huán)境溫度高時，預拉力設計值必須適當減小;當施工環(huán)境溫度低時，預拉力設計值必須適當增加。設計人員要給施工人員提供合攏溫度與預應力值對照表，以確保索內應力在溫度變化過程中的均衡狀態(tài)和安全性。

　　對于藝術墻來說，Φ24拉索正常工作環(huán)境溫度約為20C，預拉力設計值為100KN，對于不同的施工環(huán)境溫度，其對應的預拉力設計值如表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%。張拉力施加過程應采用全站儀對在幕墻平面內所產生變形位移進行控制。

　　2)張拉到80%預應力值持續(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。索內力預拉力值使用PIADRTMZOD拉索測力儀進行100%檢測，并記錄在案，根據測量結果調整剩余張拉力。4科技成果

　　3)超張拉到103%預拉力控制值，持荷12小時，檢查拉索預拉力，松弛到設計的預應力值后，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：依據理論計算值來作為玻璃寬度的基數，因為此建筑的體系為圓臺的～部分，這就需要在每～塊玻璃標高的位置設置寬度的基數。因為拉索在安裝過程中，預應力按4次施加，在加到最后的情況下，寬度會產生微小變化，因此要按照理論計算值這個基數來進行玻璃寬度的復核并確定。

　　玻璃高度的確定：由于標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構，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;隹位置為等腰梯形);第二，按照理論計算值復核已安裝完成的拉索結構部位的玻璃，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，對現場所有的玻璃進行復核，并最終全部確定玻璃的尺寸，同時做好標記。

　　2)玻璃的安裝玻璃按照自下而上的順序安裝，對于此特殊的結構，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核;第二步，玻璃安裝放線，確定標高同梯形玻璃邊線，并拉線;第三步，在安裝過程中，按照拉線、不同標高的模板及標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)藝術墻外圍護采用預應力單層索網結構的索駁玻璃幕墻技術：

　　2)80m超長拉索預應力張拉技術;

　　3)轉接件的三維空間定位，豎向及橫向拉索的系統(tǒng)定位技術，

　　4)LOW—E玻璃采用雙面真空濺射低輻射鍍膜玻璃：傳熱系數為.6W/(m2,℃)，太陽能透過率24%遮蔽系數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。

　　通過對藝術墻玻璃幕墻的分析與工程實踐表明，單拉索幕墻的設計主要通過對拉夾具及玻璃的合理計算分析及構造設計，掌握了這幾個要點的設計原理及注意事項，就可以基本掌握單拉索幕墻的設計;由于藝術墻的特殊造型，在施工過程中應重點注意轉接件的三維空間定位，豎向及橫向拉索的系統(tǒng)定位;拉索預應力施加時要按施工時的氣溫變化調整預應力，要結合環(huán)境溫度與預應力值對照表來確定每一個施工級別的張拉預應力值。