上海自然博物館（新館）異形幕墻工程安裝技術(shù)

上海滬翔建筑裝飾工程有限公司 上海 200436

1 工程概況

上海自然博物館位于山海關(guān)路—南北高架—北京西路—石門二路圍合的靜安雕塑公園內(nèi)。新館建筑基地面積12 029 m2，地下用地范圍16 000 m2（地下用地范圍包括利用雕塑公園地下部分），總建筑面積約45 086 m2，其中地上建筑面積12 128 m2，地下建筑面積32 958 m2，建筑結(jié)構(gòu)外形為鸚鵡螺。建筑總高18 m，地上3 層，地下2 層。為體現(xiàn)館藏主題，外立面分別設(shè)計(jì)成不同風(fēng)格的異形幕墻。

項(xiàng)目幕墻系統(tǒng)分類：

（a）“細(xì)胞”幕墻（細(xì)胞鋼結(jié)構(gòu)外包鋁板）、室外鋁合金遮陽(yáng)條、室內(nèi)單元式玻璃幕墻；

（b）索結(jié)構(gòu)幕墻：索結(jié)構(gòu)形式為單索張拉；

（c）“細(xì)胞”天窗：共有3 個(gè)；

（d）框架式玻璃幕墻：位于光伏采光頂入口；

（e）光伏玻璃采光頂：太陽(yáng)能光伏玻璃，仿光伏板；

2 “細(xì)胞”幕墻工程[1-4]

“細(xì)胞”壁幕墻外造型好似鸚鵡螺（圖1、圖2）。由核心區(qū)、延伸區(qū)、懸挑區(qū)組成。 核心區(qū)自－16.1 m起，最高達(dá)18.1 m；延伸區(qū)自－0.50 m起，最高達(dá)7.5 m；懸挑區(qū)自5.614 m起，最高達(dá)18.1 m。

圖1 細(xì)胞狀幕墻外觀

圖2 細(xì)胞壁幕墻示意

“鸚鵡螺”部分周邊安裝著鋁遮陽(yáng)板“細(xì)胞”壁，在±0.00 m以上至18.1 m處，中間部分是鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)防火涂層完成后用鋁板包飾，室內(nèi)部分是單元式玻璃幕墻，室外部分是鋁合金遮陽(yáng)條，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)外兩側(cè)的室內(nèi)單元式玻璃幕墻和室外鋁合金遮陽(yáng)條通過(guò)轉(zhuǎn)接柱連接。

2.1 “細(xì)胞”壁幕墻關(guān)鍵因素

“細(xì)胞”壁幕墻幾何形狀復(fù)雜，尺寸不一，加工安裝是難點(diǎn)。為確保施工順利，測(cè)量數(shù)值準(zhǔn)確是關(guān)鍵，首先將準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)人員以建數(shù)學(xué)模型，并送廠方加工制作。因構(gòu)件尺寸形狀各異，不成批量，故加工效率低，為提高加工效率，必須做好預(yù)拼。整個(gè)“細(xì)胞”壁幕墻在同界面安裝3 種不同幕墻裝飾材料，室外鋁合金遮陽(yáng)條和室內(nèi)單元式玻璃幕墻施工必須由上而下，腳手架隨之逐層脫下，除做好供貨配套，嚴(yán)格按計(jì)劃執(zhí)行外，還需要做好產(chǎn)品保護(hù)，嚴(yán)把出廠檢驗(yàn)關(guān)。

2.2 “細(xì)胞”壁幕墻的施工流程

安裝轉(zhuǎn)接扣件鋼角碼。鋼結(jié)構(gòu)施工到±0.00 m線，幕墻施工跟著鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)度節(jié)奏進(jìn)行，通過(guò)全站儀按設(shè)計(jì)圖要求在鋼結(jié)構(gòu)上進(jìn)行定位，先將轉(zhuǎn)接件安裝進(jìn)行電焊定位，并且在鋼結(jié)構(gòu)上安裝焊接包飾鋁角碼，之后在鋼結(jié)構(gòu)上施工防火涂料。轉(zhuǎn)接件安裝后，按樓層區(qū)間用全站儀進(jìn)行三維測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)反饋給設(shè)計(jì)人員及提供加工圖，再次確定“細(xì)胞”壁遮陽(yáng)鋁條尺寸，包飾鋁板尺寸和單元玻璃板塊尺寸?？蚣芟冗M(jìn)行預(yù)拼裝，以保證正確無(wú)誤，編號(hào)“細(xì)胞”壁鋁板分成若干區(qū)間運(yùn)至工地拼裝。

2.3 “細(xì)胞”壁幕墻鋼結(jié)構(gòu)鋁合金包飾安裝施工

“細(xì)胞”壁幕墻鋼結(jié)構(gòu)鋁合金包飾安裝。“細(xì)胞”壁幕墻系統(tǒng)支承節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)安裝，通過(guò)支承節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)安裝，為室外鋁合金遮陽(yáng)條和室內(nèi)單元玻璃安裝創(chuàng)造條件。施工時(shí)先用全站儀標(biāo)出內(nèi)外節(jié)點(diǎn)位置，安裝內(nèi)外節(jié)點(diǎn)，安裝轉(zhuǎn)接件，反饋尺寸數(shù)據(jù)給設(shè)計(jì)，固定中心桿在鋼節(jié)點(diǎn)中心孔上，再將預(yù)制好的小鋼架用植釘方式固定在翼緣上，并調(diào)整到位，將固定圈固定在中心桿上，使上下2 個(gè)圈距離定位預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)。中心桿上下2 個(gè)圈的距離是中心點(diǎn)包覆板的安裝基點(diǎn)，要用卡具定位，先裝上小鋼架，不必先調(diào)位置，等中心點(diǎn)上下翼緣包板套上后，進(jìn)行左右微調(diào)，到位后將螺母擰緊。

接下來(lái)應(yīng)盡快完成“細(xì)胞”壁幕墻鋼結(jié)構(gòu)鋁合金包飾安裝，為室外鋁合金遮陽(yáng)條和室內(nèi)單元玻璃安裝創(chuàng)造條件。因小鋼架已固定在鋼結(jié)構(gòu)上，此時(shí)只要將鋁合金包飾安裝到相應(yīng)位置，用倒順鉆、塞規(guī)調(diào)整鋁合金包飾拼縫間隙，加以固定。中心節(jié)點(diǎn)的鋁合金包飾根據(jù)理論下單，加工后備用，而中部直統(tǒng)鋁合金包飾采用實(shí)測(cè)加工，保證中心鋁合金包飾與中段鋁合金包飾板端頭有間隙，先安裝節(jié)點(diǎn)部位鋁合金包飾，再安裝中段直統(tǒng)鋁合金包飾，最后全部固定。

2.4 室內(nèi)單元玻璃幕墻安裝

單元玻璃安裝，先將中心托盤固定在中心桿上，調(diào)整到相應(yīng)坐姿，將單元玻璃按順序定位，并用專業(yè)螺栓連接在中心托盤上，調(diào)整單元玻璃固定腳底位置，使單元玻璃間隔保持一致，后固定螺栓，裝上中心防水托盤并打膠防水，蓋上單元玻璃邊蓋并在端部打膠，形成完整的防水系統(tǒng)，上水盤內(nèi)側(cè)固定住，裝上鑄造外飾蓋。單元玻璃安裝要點(diǎn)是：調(diào)整單元玻璃的拼縫間隙要用塞塊，當(dāng)某單元固定腳還在托盤槽中滑動(dòng)時(shí)，要注意在其他單元固定腳臨時(shí)固定情況下進(jìn)行，不得讓全部單元處于可滑動(dòng)狀態(tài)。

3 索結(jié)構(gòu)幕墻

索幕墻位于自然博物館大廳入口，幾乎無(wú)視線遮擋。根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇了單索張拉索結(jié)構(gòu)形式幕墻。該結(jié)構(gòu)體系先進(jìn)，具有柔性大、變性小，強(qiáng)度高、不易腐蝕等特點(diǎn)（圖3）。

圖3 索幕墻外觀效果

索幕墻僅有豎索，豎索既要承受玻璃重力，還要承受水平風(fēng)壓。索幕墻采用的是彈簧設(shè)計(jì)，吸收溫度應(yīng)力以減少對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。因而定位是安裝的關(guān)鍵。安裝時(shí)采用夾板式夾具，索幕墻一側(cè)為鋼架，鋼架為彈性連接，采用液壓多索整體張拉的方法，以保證所有的索同時(shí)達(dá)到張拉的要求。索幕墻為保證日后張力均勻，有效地適應(yīng)各種氣候條件，需多次分層級(jí)張拉，每次張拉均需留出足夠的蠕變時(shí)間。張拉時(shí)還要考慮溫度影響。

3.1 單索幕墻工藝重點(diǎn)

（a）首先選定一工作性良好之固定點(diǎn)作為索網(wǎng)幾何量測(cè)時(shí)之參考基準(zhǔn)原點(diǎn)（x,y,z）=（0,0,0）；放樣地面層直索埋件位置，并放置預(yù)埋于混凝土中，混凝土澆筑完成后，埋件中心點(diǎn)偏差必須控制在水平方向±38 mm內(nèi)；

（b）其后，有薄殼鋼結(jié)構(gòu)施工完成后，進(jìn)行三維尺寸量測(cè)以獲得鋼構(gòu)施工精確度，提供測(cè)量報(bào)告給設(shè)計(jì)人員，由設(shè)計(jì)人員檢核是否有過(guò)大加工誤差發(fā)生。

（c）接著以高精度全站儀作拉索與鋼構(gòu)連接板之定位與焊接工作，并安裝直索下部埋件之定位端板；

（d）在所有連接板焊接完成后，檢查所有拉索未張拉前之加工長(zhǎng)度，及索夾位置標(biāo)示記號(hào)是否正確（索夾位置標(biāo)示記號(hào)，于加工廠內(nèi)標(biāo)示完成）；

（e）將索夾與直索聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)時(shí)僅需保持索夾與直索間無(wú)相對(duì)滑移即可，切勿將索夾螺栓旋轉(zhuǎn)過(guò)緊并致索夾無(wú)法于張拉過(guò)程中進(jìn)行微調(diào)；將直索利用卷?yè)P(yáng)機(jī)將直索揚(yáng)開(kāi)至上端固定點(diǎn)并與上端部與鋼構(gòu)連接板結(jié)合，結(jié)合時(shí)必須注意端部之可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，以確保索夾相對(duì)位置正確；將直索下端與基座（位于1F之埋件，RC梁土）聯(lián)結(jié)并與油壓千斤頂聯(lián)結(jié)；

（g）由最中央之直索向兩邊以對(duì)稱方式開(kāi)始施加10%設(shè)計(jì)預(yù)力，直到所有直索預(yù)力值達(dá)到設(shè)計(jì)值之10%為止；爾后以測(cè)力儀量測(cè)索力及測(cè)量索夾位置，再施加直索預(yù)力至設(shè)計(jì)值之110%；靜置至少100 h后，以測(cè)力儀檢測(cè)索力，若有低于設(shè)計(jì)值10%者，則個(gè)別補(bǔ)張拉；

（h）量測(cè)所有索夾三維坐標(biāo)值，若索夾位置有超過(guò)±6 mm之公差則進(jìn)行調(diào)整；

（i）搭設(shè)外腳手架（室外）以準(zhǔn)備安裝玻璃。玻璃安裝順序，由下而上，由中央對(duì)稱往兩邊方式安裝，與鋼構(gòu)相連邊緣之玻璃及頂部玻璃，留到最后安裝及加工。玻璃安裝后打膠及清潔。

3.2 單索幕墻安裝時(shí)注意事項(xiàng)

（a）受力拉索內(nèi)應(yīng)力值的設(shè)定主要要考慮如下幾個(gè)方面：一是玻璃與駁接系統(tǒng)的自重；二是拉索調(diào)整器的螺紋的粗糙度與摩擦阻力；三是連接拉索、鎖頭、銷釘調(diào)整桿所允許承受拉力的范圍；四是支承結(jié)構(gòu)所允許承受的拉力范圍以及在施工安裝時(shí)的溫度等；

（b）豎向拉索內(nèi)應(yīng)力值的設(shè)定主要考慮如下幾個(gè)方面：一是校準(zhǔn)橫向索偏位所需的力；二是校準(zhǔn)水平桁架偏差所需的力；三是螺紋粗糙度與摩擦阻力；四是拉索、鎖頭、銷釘、耳板所允許承受的拉力；五是支承結(jié)構(gòu)所允許承受的力；六是玻璃與支承桿的自重及施工安裝時(shí)的溫度應(yīng)力；在安裝調(diào)整拉索結(jié)束后用扭力扳手進(jìn)行扭力設(shè)定和檢測(cè)，通過(guò)對(duì)扭力表的讀數(shù)來(lái)校核扭矩值，最后使用“索內(nèi)力測(cè)定儀”來(lái)檢查內(nèi)力值的大??；

（c）拉索在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)宜采用分級(jí)多次張拉方案，在拉索張拉過(guò)程中必須按張拉力、拉索理論伸長(zhǎng)量、油缸伸出量、液壓缸壓力表值或扭力扳手的力距值進(jìn)行張拉力復(fù)核，控制張拉速度；并做施工過(guò)程記錄；

（d）拉索安裝時(shí)所使用的張拉器具可根據(jù)索的直徑和預(yù)拉力的大小及邊部節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選用。張拉器具不得對(duì)索體、接頭、連接件、緊固件及邊緣支座產(chǎn)生損壞。當(dāng)采用液壓器具時(shí)必須施工前進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)量器具使用時(shí)應(yīng)按溫度、精度進(jìn)行修正，落實(shí)安裝及驗(yàn)收的測(cè)量精度；

（e）在預(yù)應(yīng)力施工完成后應(yīng)對(duì)索系中各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全面檢查，對(duì)索桁架或索網(wǎng)體系的中部連接節(jié)點(diǎn)和邊部錨固節(jié)點(diǎn)的固定度及形狀進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)整以達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

（f）在拉索幕墻施工完成之后應(yīng)該采取保護(hù)措施，防止對(duì)拉索產(chǎn)生損壞。在拉索的周邊嚴(yán)禁進(jìn)行焊接、切割等熱工。

4 “細(xì)胞”壁天窗的安裝

“細(xì)胞”壁天窗（共有3 個(gè)）作為采光與通風(fēng)的一部分，面積較大且質(zhì)量較沉，普通的撐桿式已不能滿足如此質(zhì)量的偏心開(kāi)啟，所以采用整體上升的開(kāi)啟方式，因此每扇窗必須有多根推桿，其技術(shù)關(guān)鍵是必須采用同步裝置，保證多根推桿同步升降。對(duì)屋面天窗開(kāi)啟部分則必須高于固定玻璃表面，以保證排水。

5 框架式玻璃幕墻（位于光伏采光頂入口）

框架式玻璃幕墻系統(tǒng)支承系統(tǒng)安裝，為玻璃面板安裝創(chuàng)造了條件?？蚣苁讲Ａ粔ο到y(tǒng)面板與電動(dòng)窗扇安裝同步完成。

施工時(shí)將玻璃單元安裝到相應(yīng)位置；用倒順鉆將固定玻璃單元用的螺栓初固定在相應(yīng)位置上， 用塞規(guī)調(diào)整固定玻璃單元間隙后加以固定；再做防水作業(yè)。

6 光伏玻璃采光頂

光伏玻璃采光頂（圖4）與主體結(jié)構(gòu)相連，須適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的變形，故所有采光頂鋼結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接主要通過(guò)鋼碼，并通過(guò)腰子孔吸收溫度變形。

光伏玻璃采光頂兩側(cè)天溝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并與同一側(cè)的防風(fēng)雨百葉連成一體。安裝的順序是：天溝下層板→保溫吸聲巖棉→天溝上層板→防風(fēng)雨百葉→收口鋁板→玻璃面板。光伏玻璃采光頂?shù)暮诵募夹g(shù)是光伏玻璃面板，分為真假2 種。太陽(yáng)能光伏玻璃約100 m2，仿光伏板約392 m2，光伏玻璃采光頂共有34 個(gè)開(kāi)啟扇，所用玻璃為假光伏玻璃。開(kāi)啟形式為單側(cè)，并與消防聯(lián)動(dòng)。

7 結(jié)語(yǔ)

新建的上海自然博物館（新館）幕墻工程是城市現(xiàn)代化的象征，并成為城市地標(biāo)性建筑之一，是大上海又一張閃亮的名片。褶褶生輝的建筑幕墻下，人們感受到建筑物的雄偉壯麗，也表明幕墻的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工水平達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。