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/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1.52pvb+8mm钢化夹胶中空玻璃。采光顶及共享大厅侧墙采用钢化夹胶中空玻璃。中空玻璃传热系数不大于1.8W/(m2·℃)，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(理论上标准位置为等腰梯形);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。图七（艺术墙玻璃幕墙）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;最终完成全部玻璃的安装。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低辐射镀膜玻璃;传热系数为1.6W/(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。石材饰面材料用石材做石材饰面材料的方法在很多以公建中都能见到，以现在的科技水平来说已经不是太大的难题了，而河南省艺术中心的各馆的饰面材料亦是石材，用用了比较常见的干挂法来完成的。通过这次的调研对建筑的外立面材料有了一定的了解，有以下几种常见的外立面饰面材料，1.涂料优点:较为经济，整体感强，装饰性良好、施工简便、维修方便，首次投入成本低，即使起皮及脱落也没有伤人的危险，而且便于更新换代，丰富不同时期建筑的不同要求，进行维护更新以后可以提升建筑形象。同时，在涂料里添加防水剂可以一次施工就解决防水问题。缺点:质感较差，容易被污染、开裂。同时，寿命较短，此外用涂料的外墙在水泥凝固后收缩会在外立面产生一些裂纹，虽然新型的弹性涂料可以解决这一问题，但弹性涂料的成本较高。2.砖墙优点：在于坚固耐用，具备很好的耐久性和质感，并具有易清洗、防火、抗水、耐磨、耐腐蚀和维护费用低等特点。耐久性包括了耐脏、耐旧、耐擦洗、寿命长，特别是在环境污染比较大、空气灰尘多的地区，无疑具有非常大的优势。缺点：首次投入成本较高，施工难度大。3.石材1）人造饰面石材特点：人造石材是人工根据实际使用中的问题而研究出来的，它在防潮、防酸、防碱、耐高温、拼凑性方面都有长足的进步。但其自然性不足。一般不用于对建筑品质要求较高的项目。适应范围：公共建筑、普通住宅2）天然饰面石材3）a大理石特点：大理石的质感柔和美观庄重，格调高雅，是装饰豪华建筑的理想材料，但其产生的辐射会对人体形成不好的影响，而且造价高b花岗岩特点：花岗岩不易风化，颜色美观，在户外使用能长期保持光泽不变，大多数高档建筑物的外墙都用花岗石装饰，也是大厅地面和露天雕刻的首选之材。c天然文化石特点：抗压强度和耐磨率介于花岗岩和大理石之间，且吸水性低，易安装，耐酸性好，不易风化，耐热耐冻，色彩丰富，无论是屋面、外墙、地坪，都是一种理想的建筑材料5.其他外立面材料1、LOW-E玻璃：Low-E玻璃的特点：冬季，它对室内暖气及室内物体散发的热辐射，可以像一面热反射镜一样，将绝大部分反射回室内，保证室内热量不向室外散失，从而节约取暖费用。夏季，它可以阻止室外地面、建筑物发出的热辐射进入室内，节约空调制冷费用。同时，Low-E玻璃还可避免光污染的产生。在新的建筑节能规范条件下，这种材料将占领主流市场，成为发展趋势。2、铝合金：特点：◎耐久性好，不褪色，无裂纹，色差小。◎抗污染能力强，清洁方便，便于维护。且能承载一定荷载，承受一定撞击，安全度高。◎加工性能好，平整度高。◎重量轻，强度高，抗震性好。◎铝合金耐撞击性差，一般不用在建筑的低层3、木百叶、金属百叶、塑料百叶百叶的特点：百叶在建筑立面上的组合使用，为立面的造型做出了突出的贡献，甚至开始主导某些建筑的外立面的设计。其功能为密封性、通风与遮阳兼顾、消防自动排烟。5.别墅外立面材质1.纳米多功能外墙涂料是别墅建筑广泛使用的高档环保型外墙涂料。其特点表现为通过纳米材料改性，有效屏蔽紫外线，具有优异的耐候性、保色性、涂膜亮丽持久；优异的耐水、耐碱、耐洗刷性；遮盖力强2.外墙刮砂型弹性质感涂料外墙刮砂型弹性质感涂料由纯炳烯酸黏合剂及其它助剂组成。适用于砖墙面、水泥砂浆面、砂石面等基面，其特性表现为，优异的附着力和完美的遮盖力；优异的户外耐侯性，持久保色；柔韧性好，抗碰撞及冲击；质感强烈，表现力丰富。3.矿物性油漆在国外，早已经使用矿物性油漆来取代外墙的瓷砖，这种矿物性油漆具有耐酸雨、可刷洗、可抗空气污染等优点，目前国内，实际运用在高级别墅住宅上4.高级进口花岗岩不易风化，颜色美观，在户外使用能长期保持光泽不变5.文化石是近期兴起的最新外墙专用装饰材料，文化石色泽鲜明古朴，纹理粗犷豪放，给人一种朴实、自然的亲近感。多用于外立面点缀。6.瓷砖〃是国内外墙最常用的建材，它的表面虽光滑但却不见得耐脏，而