河南省艺术中心外立面材料的调查

河南省艺术中心外立面材料的调查

摘要：

通过对河南省艺术中心的调查，了解现代公建对外里面的处理及材料的应用关键词

艺术墙;玻璃幕墙;索驳-平面主钢桁架;拉索;单层索网系统;栓挂法

一.调查背景：

河南省艺术中心在外立面上显得别具一格，不仅是它的立面造型，同时还有它的立面装饰显得灵动活泼又不失庄严肃穆，它的主题有五个椭圆形的建筑和两排呢玻璃墙组成，椭圆形的建筑外立面基本呈金黄色但在金黄色之中还有几道由条形天窗组成的灰色带，这让建筑的色彩不显得那么的单调，而玻璃墙的颜色再加其形状让人们想到了连绵的浪潮。这两者的组合使这个建筑不论是在外形还是在色彩上显得格外的醒目。所以我们通过实地的观察和找相关资料对河南省艺术中心的外立面材料进行了调查。

二.调查方法：

实地观察网上调查书籍查阅

三.调查结果及分析：

玻璃幕墙：

1工程概况及难点分析

1.1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

图一（艺术墙玻璃幕墙外景图）

图二（艺术墙玻璃幕墙内景图）

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-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，又与主钢结构协同工作。南、北艺术墙幕墙玻璃采用低辐射LOW-E遮阳中空玻璃面板，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:单层索网系统的挠度限制，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 设计要点及施工工艺

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/m 2 ，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/m 2 ，设计风压变形性能达到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。此部位玻璃面板与不锈钢夹板间用柔性的密封橡胶垫，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，空气渗透性能达到Ⅲ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+ 1.52pvb+8mm钢化夹胶中空玻璃。采光顶及共享大厅侧墙采用8mm(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/ (m 2 ·℃)，太阳能透过率不大于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;当顶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。

2.2 单层索网幕墙的设计及施工工艺

图三（单层索网玻璃幕墙节点）

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）。

图四（拉索与水平桁架的连接点示意图）

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，但又不传递竖向力(见图4、图5)。

图五（拉索与水平桁架的连接点实景图）

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。

图六（顶部滑轮节点）

3. 幕墙施工难点的施工方法

3.1 拉索预应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20℃，预拉力设计值为100kN，对于不同的施工环境温度。

1)张拉用拉索张紧器轮流按30%、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 1.5mm内。索内力预拉力值使用PIAD。

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一部分，这就需要在每一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