上海張江科學園項目幕墻工程施工深化設計解析

李 剛 張朝正 汪 洋 徐敬蘇

張江科學園（圖1）是上海交通大學規劃建設總建筑面積約10 萬m2的科學園。2022 年12 月，香港嘉華國際集團有限公司主席呂志和博士慷慨捐贈，鼎力襄助學校“張江科學園”發展。為弘揚呂志和博士的大愛精神，銘記呂氏家族的興學義舉，傳承“飲水思源、愛國榮校”的校訓，學校決定將“張江科學園”命名為“呂志和科學園”[1]，以為紀念。

圖1 園區布置效果圖（來源：作者自繪）

科學園按照“三個科學中心、兩個創新平臺”的新布局進行規劃，建成后，將有助于張江科學城匯聚世界一流科學家；大幅推動物理、材料、生物、醫藥和網絡等多個交叉學科前沿領域取得重大原創性研究突破；促進上海相關高新產業的跨越式發展。

1 項目概況

上海張江科學園項目，坐落于上海浦東新區，西臨中國科學院上海應用物理研究所，南鄰張衡路，東臨科苑路，北側為上海科學院。

整個項目由日本知名的久米設計株式會社聯合上海瀚聯建筑設計咨詢有限公司共同設計，共由八棟樓組成，各樓之間通過玻璃連廊連接在一起（圖2）。1#樓總建筑高度為49.650 m、標準層高為4.5 m；2#樓總建筑高度為36.150 m、標準層高為4.5 m；3#樓總建筑高度為23.700 m、標準層高為4.2 m；4#樓總建筑高度為47.400 m、標準層高為4.5 m；5#樓總建筑高度為22.200 m、標準層高為5.4 m；6#樓屬于舊樓改造項目，總建筑高度為22.300 m、標準層高為4.5 m、首層層高為5.4 m；7 ～8 棟為高層科研及科研人員宿舍。

圖2 園區各樓棟效果圖（來源：作者自繪）

2 幕墻實施過程

上海張江科學園項目幕墻面積約4.2萬m2，幕墻系統[2]有框架玻璃幕墻、框架石材幕墻、框架鋁板幕墻、玻璃采光頂、玻璃雨棚、鋁板包柱、鋁合金格柵、地彈門、陶棍等十多個系統；整體實施過程大致可區分為4 個階段：

1）幕墻施工階段1（圖3a）：幕墻項目部正式進場，開展施工專項方案編制、吊籃方案安全論證、材料封樣等前期準備工作。

圖3 幕墻施工階段實景圖 （來源：作者自攝）

2）幕墻施工階段2（圖3b）：龍骨安裝階段，龍骨安裝由下至上，先安裝石材幕墻鋼龍骨，后安裝玻璃幕墻鋁龍骨。

3）幕墻施工階段3（圖3c）：大面施工階段，面板安裝由下至上，連廊、雨棚、自動門等細部工程，待主樓面板安裝基本完成后再開始進行。

4）幕墻施工階段4（圖3d）：收尾補漏階段，施工接近尾聲，開始準備竣工圖備案、竣工驗收等工作。

3 典型幕墻系統方案設計

3.1 典型幕墻系統簡介

本項目外立面主要幕墻系統（圖4a）為豎隱橫明框架玻璃幕墻系統（含橫向石材線條），標準分格為1680 m 寬×1150 mm 高，主 要 面 材 由6+1.52PVB+6LOW-E+12Ar+8 mm 中空夾膠鋼化玻璃、30 mm 花崗巖石材和3 mm氟碳噴涂鋁單板組成。

圖4 典型幕墻系統（來源：作者自繪）

3.1.1 典型幕墻系統方案（圖4b、圖4c）設計要點

典型幕墻系統方案設計要點為：首先，須合理設置的石材轉接系統，既安全可靠，又能實現三向調節；其次，須合理設置石材組框型材，降低組件自重，提高組裝效率。

3.1.2 典型幕墻系統方案設計創新點

幕墻系統設計創新點主要體現在以下2 個方面：

1）石材組框簡單、便捷：石材框線條由立面石材+吊頂石材+蓋頂鋁合金板三部分組成，立面石材和吊頂石材通過鋁合金下掛件和不銹鋼背栓組成一個整體L 型組件之后（圖5a），再上墻安裝，然后蓋頂鋁合金板通過型材插接的方式固定在石材上端鋁合金上掛件上。

圖5 方案設計創新點（來源：作者自繪）

2）石材框整體安裝、可三向調節（圖5b）：采用類“背栓系統”[3]的掛接構造：鋁合金掛件和掛座之間可左右滑動，高低通過緊定螺釘來實現，進出方向通過兩個鋁合金石材轉接系統來實現。

3.2 典型幕墻系統方案設計重難點

本項目中，橫向石材框線條屬于細長造型，高度不高，但寬度很長；石材框線條寬度分格與玻璃幕墻寬度分格一致，且懸挑在玻璃幕墻以外200 mm；石材框線條需要通過在玻璃幕墻豎向龍骨上伸出轉接件，來連接固定。

因此，固定構造只能設置在分格中心線的左右兩側（圖6a），導致風荷載偏心和自重偏心效用[4]非常明顯，因此，如何有效地減小和抵抗由于偏心帶來的影響，便成為本方案的重中之重。

圖6 方案設計重難點（來源：作者自繪）

3.2.1 關于自重偏心的考慮

本方案通過一些細部的構造措施，從而有效地降低了由于自重偏心帶來的影響，該措施重點體現在以下3 個方面：

1）如圖6b 所示，石材通過鋁合金掛件和掛座，將荷載傳遞至鋁合金挑翅上，因此，盡可能的縮小鋁合金挑翅與石材面板之間的距離，通過減小偏心距來減小自重偏心的影響。

2）如圖6c 所示，石材掛件與石材掛座之間，通過雙U 型的構造措施，加強了掛件和掛座自身的強度，可有效抵抗自重偏心的影響。

3）如圖6d 所示，在鋁合金挑翅上設置U 型槽，石材掛座固定在U 型槽內部，通過這種槽口配合構造，可有效抵抗自重偏心的影響。

3.2.2 關于風荷載偏心的考慮

本方案通過一些細部的構造措施，有效地降低了由于風荷載偏心為結構帶來的影響，重點體現在以下3個方面：

1）如圖6e 所示，鋁合金挑翅上設置雙腔體構造，通過加強挑翅本身的截面特性，可有效抵抗風荷載偏心的影響。

2）如圖6f 所示，在鋁合金挑翅與鋁合金轉接件的接觸面前端，設置U 型插接構造，通過型材之間的相互插接構造，可有效抵抗風荷載偏心的影響。

3）如圖6g 所示，鋁合金轉接件與幕墻鋁合金豎龍骨連接處，將轉接件端部設置成U 型構造。將U 型構造包裹在幕墻鋁合金龍骨之外，再通過螺栓固定，既可以有效抵抗自重偏心的影響，又能有效抵抗風荷載偏心的影響。

根據以上各種細部構造措施，合理調整鋁合金型材截面，充分利用鋁合金型材開模這一“源頭”，來提升系統方案的精細度、合理性，再通過幕墻四性試驗進行驗證，確保系統方案的安全性、可靠性。

3.3 方案成效

在方案設計過程中，基于以往成熟的石材背栓系統，結合單元幕墻[5]整體掛裝的思路，采用一套全新的鋁合金掛接系統，充分滿足了項目施工的需求。

由于該方案型材截面簡單合理，整體構造濃縮精煉，且結構受力安全可靠，屬于國內領先水平，為后續的類似項目提供了參照模板，并于2021年度成功申請國家“實用新型專利”。

4 結語

本文以上海張江科學園項目為研究對象，研究分析了幕墻工程的施工過程，在幕墻方案設計過程中，針對自重偏心和風荷載偏心的問題，通過幕墻系統設計的創新得到有效解決，滿足了本項目施工的需求，使項目的整體施工效率得到提升。