上海自然博物館（新館）異形幕墻工程安裝技術

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路—南北高架—北京西路—石門二路圍合的靜安雕塑公園內。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，建筑結構外形為鸚鵡螺。建筑總高18 m，地上3 層，地下2 層。為體現館藏主題，外立面分別設計成不同風格的異形幕墻。

項目幕墻系統分類：

（a）“細胞”幕墻（細胞鋼結構外包鋁板）、室外鋁合金遮陽條、室內單元式玻璃幕墻；

（b）索結構幕墻：索結構形式為單索張拉；

（c）“細胞”天窗：共有3 個；

（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：太陽能光伏玻璃，仿光伏板；

2 “細胞”幕墻工程[1-4]

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

圖1 細胞狀幕墻外觀

圖2 細胞壁幕墻示意

“鸚鵡螺”部分周邊安裝著鋁遮陽板“細胞”壁，在±0.00 m以上至18.1 m處，中間部分是鋼結構，鋼結構防火涂層完成后用鋁板包飾，室內部分是單元式玻璃幕墻，室外部分是鋁合金遮陽條，鋼結構內外兩側的室內單元式玻璃幕墻和室外鋁合金遮陽條通過轉接柱連接。

2.1 “細胞”壁幕墻關鍵因素

“細胞”壁幕墻幾何形狀復雜，尺寸不一，加工安裝是難點。為確保施工順利，測量數值準確是關鍵，首先將準確的測量數據及時反饋給設計人員以建數學模型，并送廠方加工制作。因構件尺寸形狀各異，不成批量，故加工效率低，為提高加工效率，必須做好預拼。整個“細胞”壁幕墻在同界面安裝3 種不同幕墻裝飾材料，室外鋁合金遮陽條和室內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，嚴格按計劃執行外，還需要做好產品保護，嚴把出廠檢驗關。

2.2 “細胞”壁幕墻的施工流程

安裝轉接扣件鋼角碼。鋼結構施工到±0.00 m線，幕墻施工跟著鋼結構進度節奏進行，通過全站儀按設計圖要求在鋼結構上進行定位，先將轉接件安裝進行電焊定位，并且在鋼結構上安裝焊接包飾鋁角碼，之后在鋼結構上施工防火涂料。轉接件安裝后，按樓層區間用全站儀進行三維測量，將測量數據反饋給設計人員及提供加工圖，再次確定“細胞”壁遮陽鋁條尺寸，包飾鋁板尺寸和單元玻璃板塊尺寸。框架先進行預拼裝，以保證正確無誤，編號“細胞”壁鋁板分成若干區間運至工地拼裝。

2.3 “細胞”壁幕墻鋼結構鋁合金包飾安裝施工

“細胞”壁幕墻鋼結構鋁合金包飾安裝?！凹毎北谀粔ο到y支承節點系統安裝，通過支承節點系統安裝，為室外鋁合金遮陽條和室內單元玻璃安裝創造條件。施工時先用全站儀標出內外節點位置，安裝內外節點，安裝轉接件，反饋尺寸數據給設計，固定中心桿在鋼節點中心孔上，再將預制好的小鋼架用植釘方式固定在翼緣上，并調整到位，將固定圈固定在中心桿上，使上下2 個圈距離定位預設數據。中心桿上下2 個圈的距離是中心點包覆板的安裝基點，要用卡具定位，先裝上小鋼架，不必先調位置，等中心點上下翼緣包板套上后，進行左右微調，到位后將螺母擰緊。

接下來應盡快完成“細胞”壁幕墻鋼結構鋁合金包飾安裝，為室外鋁合金遮陽條和室內單元玻璃安裝創造條件。因小鋼架已固定在鋼結構上，此時只要將鋁合金包飾安裝到相應位置，用倒順鉆、塞規調整鋁合金包飾拼縫間隙，加以固定。中心節點的鋁合金包飾根據理論下單，加工后備用，而中部直統鋁合金包飾采用實測加工，保證中心鋁合金包飾與中段鋁合金包飾板端頭有間隙，先安裝節點部位鋁合金包飾，再安裝中段直統鋁合金包飾，最后全部固定。

2.4 室內單元玻璃幕墻安裝

單元玻璃安裝，先將中心托盤固定在中心桿上，調整到相應坐姿，將單元玻璃按順序定位，并用專業螺栓連接在中心托盤上，調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，上水盤內側固定住，裝上鑄造外飾蓋。單元玻璃安裝要點是：調整單元玻璃的拼縫間隙要用塞塊，當某單元固定腳還在托盤槽中滑動時，要注意在其他單元固定腳臨時固定情況下進行，不得讓全部單元處于可滑動狀態。

3 索結構幕墻

索幕墻位于自然博物館大廳入口，幾乎無視線遮擋。根據工程實際情況，選擇了單索張拉索結構形式幕墻。該結構體系先進，具有柔性大、變性小，強度高、不易腐蝕等特點（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，還要承受水平風壓。索幕墻采用的是彈簧設計，吸收溫度應力以減少對結構的影響。因而定位是安裝的關鍵。安裝時采用夾板式夾具，索幕墻一側為鋼架，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達到張拉的要求。索幕墻為保證日后張力均勻，有效地適應各種氣候條件，需多次分層級張拉，每次張拉均需留出足夠的蠕變時間。張拉時還要考慮溫度影響。

3.1 單索幕墻工藝重點

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

（b）其后，有薄殼鋼結構施工完成后，進行三維尺寸量測以獲得鋼構施工精確度，提供測量報告給設計人員，由設計人員檢核是否有過大加工誤差發生。

（c）接著以高精度全站儀作拉索與鋼構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度，及索夾位置標示記號是否正確（索夾位置標示記號，于加工廠內標示完成）；

（e）將索夾與直索聯結，聯結時僅需保持索夾與直索間無相對滑移即可，切勿將索夾螺栓旋轉過緊并致索夾無法于張拉過程中進行微調；將直索利用卷揚機將直索揚開至上端固定點并與上端部與鋼構連接板結合，結合時必須注意端部之可調節長度，以確保索夾相對位置正確；將直索下端與基座（位于1F之埋件，RC梁土）聯結并與油壓千斤頂聯結；

（g）由最中央之直索向兩邊以對稱方式開始施加10%設計預力，直到所有直索預力值達到設計值之10%為止；爾后以測力儀量測索力及測量索夾位置，再施加直索預力至設計值之110%；靜置至少100 h后，以測力儀檢測索力，若有低于設計值10%者，則個別補張拉；

（h）量測所有索夾三維坐標值，若索夾位置有超過±6 mm之公差則進行調整；

（i）搭設外腳手架（室外）以準備安裝玻璃。玻璃安裝順序，由下而上，由中央對稱往兩邊方式安裝，與鋼構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 單索幕墻安裝時注意事項

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

（b）豎向拉索內應力值的設定主要考慮如下幾個方面：一是校準橫向索偏位所需的力；二是校準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；五是支承結構所允許承受的力；六是玻璃與支承桿的自重及施工安裝時的溫度應力；在安裝調整拉索結束后用扭力扳手進行扭力設定和檢測，通過對扭力表的讀數來校核扭矩值，最后使用“索內力測定儀”來檢查內力值的大小；

（c）拉索在施加預應力時宜采用分級多次張拉方案，在拉索張拉過程中必須按張拉力、拉索理論伸長量、油缸伸出量、液壓缸壓力表值或扭力扳手的力距值進行張拉力復核，控制張拉速度；并做施工過程記錄；

（d）拉索安裝時所使用的張拉器具可根據索的直徑和預拉力的大小及邊部節點的設計方案進行選用。張拉器具不得對索體、接頭、連接件、緊固件及邊緣支座產生損壞。當采用液壓器具時必須施工前進行標定，測量器具使用時應按溫度、精度進行修正，落實安裝及驗收的測量精度；

（e）在預應力施工完成后應對索系中各節點進行全面檢查，對索桁架或索網體系的中部連接節點和邊部錨固節點的固定度及形狀進行檢測、調整以達到設計要求；

（f）在拉索幕墻施工完成之后應該采取保護措施，防止對拉索產生損壞。在拉索的周邊嚴禁進行焊接、切割等熱工。

4 “細胞”壁天窗的安裝

“細胞”壁天窗（共有3 個）作為采光與通風的一部分，面積較大且質量較沉，普通的撐桿式已不能滿足如此質量的偏心開啟，所以采用整體上升的開啟方式，因此每扇窗必須有多根推桿，其技術關鍵是必須采用同步裝置，保證多根推桿同步升降。對屋面天窗開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支承系統安裝，為玻璃面板安裝創造了條件?？蚣苁讲Ａ粔ο到y面板與電動窗扇安裝同步完成。

施工時將玻璃單元安裝到相應位置；用倒順鉆將固定玻璃單元用的螺栓初固定在相應位置上， 用塞規調整固定玻璃單元間隙后加以固定；再做防水作業。

6 光伏玻璃采光頂

光伏玻璃采光頂（圖4）與主體結構相連，須適應主體結構的變形，故所有采光頂鋼結構與主體結構的連接主要通過鋼碼，并通過腰子孔吸收溫度變形。

光伏玻璃采光頂兩側天溝結構復雜，并與同一側的防風雨百葉連成一體。安裝的順序是：天溝下層板→保溫吸聲巖棉→天溝上層板→防風雨百葉→收口鋁板→玻璃面板。光伏玻璃采光頂的核心技術是光伏玻璃面板，分為真假2 種。太陽能光伏玻璃約100 m2，仿光伏板約392 m2，光伏玻璃采光頂共有34 個開啟扇，所用玻璃為假光伏玻璃。開啟形式為單側，并與消防聯動。

7 結語

新建的上海自然博物館（新館）幕墻工程是城市現代化的象征，并成為城市地標性建筑之一，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，也表明幕墻的設計、生產、施工水平達到了國內先進水平。