上海自然博物馆（新馆）异形幕墙工程安装技术

上海沪翔建筑装饰工程有限公司 上海 200436

1 工程概况

上海自然博物馆位于山海关路—南北高架—北京西路—石门二路围合的静安雕塑公园内。新馆建筑基地面积12 029 m2，地下用地范围16 000 m2（地下用地范围包括利用雕塑公园地下部分），总建筑面积约45 086 m2，其中地上建筑面积12 128 m2，地下建筑面积32 958 m2，建筑结构外形为鹦鹉螺。建筑总高18 m，地上3 层，地下2 层。为体现馆藏主题，外立面分别设计成不同风格的异形幕墙。

项目幕墙系统分类：

（a）“细胞”幕墙（细胞钢结构外包铝板）、室外铝合金遮阳条、室内单元式玻璃幕墙；

（b）索结构幕墙：索结构形式为单索张拉；

（c）“细胞”天窗：共有3 个；

（d）框架式玻璃幕墙：位于光伏采光顶入口；

（e）光伏玻璃采光顶：太阳能光伏玻璃，仿光伏板；

2 “细胞”幕墙工程[1-4]

“细胞”壁幕墙外造型好似鹦鹉螺（图1、图2）。由核心区、延伸区、悬挑区组成。 核心区自－16.1 m起，最高达18.1 m；延伸区自－0.50 m起，最高达7.5 m；悬挑区自5.614 m起，最高达18.1 m。

图1 细胞状幕墙外观

图2 细胞壁幕墙示意

“鹦鹉螺”部分周边安装着铝遮阳板“细胞”壁，在±0.00 m以上至18.1 m处，中间部分是钢结构，钢结构防火涂层完成后用铝板包饰，室内部分是单元式玻璃幕墙，室外部分是铝合金遮阳条，钢结构内外两侧的室内单元式玻璃幕墙和室外铝合金遮阳条通过转接柱连接。

2.1 “细胞”壁幕墙关键因素

“细胞”壁幕墙几何形状复杂，尺寸不一，加工安装是难点。为确保施工顺利，测量数值准确是关键，首先将准确的测量数据及时反馈给设计人员以建数学模型，并送厂方加工制作。因构件尺寸形状各异，不成批量，故加工效率低，为提高加工效率，必须做好预拼。整个“细胞”壁幕墙在同界面安装3 种不同幕墙装饰材料，室外铝合金遮阳条和室内单元式玻璃幕墙施工必须由上而下，脚手架随之逐层脱下，除做好供货配套，严格按计划执行外，还需要做好产品保护，严把出厂检验关。

2.2 “细胞”壁幕墙的施工流程

安装转接扣件钢角码。钢结构施工到±0.00 m线，幕墙施工跟着钢结构进度节奏进行，通过全站仪按设计图要求在钢结构上进行定位，先将转接件安装进行电焊定位，并且在钢结构上安装焊接包饰铝角码，之后在钢结构上施工防火涂料。转接件安装后，按楼层区间用全站仪进行三维测量，将测量数据反馈给设计人员及提供加工图，再次确定“细胞”壁遮阳铝条尺寸，包饰铝板尺寸和单元玻璃板块尺寸。框架先进行预拼装，以保证正确无误，编号“细胞”壁铝板分成若干区间运至工地拼装。

2.3 “细胞”壁幕墙钢结构铝合金包饰安装施工

“细胞”壁幕墙钢结构铝合金包饰安装。“细胞”壁幕墙系统支承节点系统安装，通过支承节点系统安装，为室外铝合金遮阳条和室内单元玻璃安装创造条件。施工时先用全站仪标出内外节点位置，安装内外节点，安装转接件，反馈尺寸数据给设计，固定中心杆在钢节点中心孔上，再将预制好的小钢架用植钉方式固定在翼缘上，并调整到位，将固定圈固定在中心杆上，使上下2 个圈距离定位预设数据。中心杆上下2 个圈的距离是中心点包覆板的安装基点，要用卡具定位，先装上小钢架，不必先调位置，等中心点上下翼缘包板套上后，进行左右微调，到位后将螺母拧紧。

接下来应尽快完成“细胞”壁幕墙钢结构铝合金包饰安装，为室外铝合金遮阳条和室内单元玻璃安装创造条件。因小钢架已固定在钢结构上，此时只要将铝合金包饰安装到相应位置，用倒顺钻、塞规调整铝合金包饰拼缝间隙，加以固定。中心节点的铝合金包饰根据理论下单，加工后备用，而中部直统铝合金包饰采用实测加工，保证中心铝合金包饰与中段铝合金包饰板端头有间隙，先安装节点部位铝合金包饰，再安装中段直统铝合金包饰，最后全部固定。

2.4 室内单元玻璃幕墙安装

单元玻璃安装，先将中心托盘固定在中心杆上，调整到相应坐姿，将单元玻璃按顺序定位，并用专业螺栓连接在中心托盘上，调整单元玻璃固定脚底位置，使单元玻璃间隔保持一致，后固定螺栓，装上中心防水托盘并打胶防水，盖上单元玻璃边盖并在端部打胶，形成完整的防水系统，上水盘内侧固定住，装上铸造外饰盖。单元玻璃安装要点是：调整单元玻璃的拼缝间隙要用塞块，当某单元固定脚还在托盘槽中滑动时，要注意在其他单元固定脚临时固定情况下进行，不得让全部单元处于可滑动状态。

3 索结构幕墙

索幕墙位于自然博物馆大厅入口，几乎无视线遮挡。根据工程实际情况，选择了单索张拉索结构形式幕墙。该结构体系先进，具有柔性大、变性小，强度高、不易腐蚀等特点（图3）。

图3 索幕墙外观效果

索幕墙仅有竖索，竖索既要承受玻璃重力，还要承受水平风压。索幕墙采用的是弹簧设计，吸收温度应力以减少对结构的影响。因而定位是安装的关键。安装时采用夹板式夹具，索幕墙一侧为钢架，钢架为弹性连接，采用液压多索整体张拉的方法，以保证所有的索同时达到张拉的要求。索幕墙为保证日后张力均匀，有效地适应各种气候条件，需多次分层级张拉，每次张拉均需留出足够的蠕变时间。张拉时还要考虑温度影响。

3.1 单索幕墙工艺重点

（a）首先选定一工作性良好之固定点作为索网几何量测时之参考基准原点（x,y,z）=（0,0,0）；放样地面层直索埋件位置，并放置预埋于混凝土中，混凝土浇筑完成后，埋件中心点偏差必须控制在水平方向±38 mm内；

（b）其后，有薄壳钢结构施工完成后，进行三维尺寸量测以获得钢构施工精确度，提供测量报告给设计人员，由设计人员检核是否有过大加工误差发生。

（c）接着以高精度全站仪作拉索与钢构连接板之定位与焊接工作，并安装直索下部埋件之定位端板；

（d）在所有连接板焊接完成后，检查所有拉索未张拉前之加工长度，及索夹位置标示记号是否正确（索夹位置标示记号，于加工厂内标示完成）；

（e）将索夹与直索联结，联结时仅需保持索夹与直索间无相对滑移即可，切勿将索夹螺栓旋转过紧并致索夹无法于张拉过程中进行微调；将直索利用卷扬机将直索扬开至上端固定点并与上端部与钢构连接板结合，结合时必须注意端部之可调节长度，以确保索夹相对位置正确；将直索下端与基座（位于1F之埋件，RC梁土）联结并与油压千斤顶联结；

（g）由最中央之直索向两边以对称方式开始施加10%设计预力，直到所有直索预力值达到设计值之10%为止；尔后以测力仪量测索力及测量索夹位置，再施加直索预力至设计值之110%；静置至少100 h后，以测力仪检测索力，若有低于设计值10%者，则个别补张拉；

（h）量测所有索夹三维坐标值，若索夹位置有超过±6 mm之公差则进行调整；

（i）搭设外脚手架（室外）以准备安装玻璃。玻璃安装顺序，由下而上，由中央对称往两边方式安装，与钢构相连边缘之玻璃及顶部玻璃，留到最后安装及加工。玻璃安装后打胶及清洁。

3.2 单索幕墙安装时注意事项

（a）受力拉索内应力值的设定主要要考虑如下几个方面：一是玻璃与驳接系统的自重；二是拉索调整器的螺纹的粗糙度与摩擦阻力；三是连接拉索、锁头、销钉调整杆所允许承受拉力的范围；四是支承结构所允许承受的拉力范围以及在施工安装时的温度等；

（b）竖向拉索内应力值的设定主要考虑如下几个方面：一是校准横向索偏位所需的力；二是校准水平桁架偏差所需的力；三是螺纹粗糙度与摩擦阻力；四是拉索、锁头、销钉、耳板所允许承受的拉力；五是支承结构所允许承受的力；六是玻璃与支承杆的自重及施工安装时的温度应力；在安装调整拉索结束后用扭力扳手进行扭力设定和检测，通过对扭力表的读数来校核扭矩值，最后使用“索内力测定仪”来检查内力值的大小；

（c）拉索在施加预应力时宜采用分级多次张拉方案，在拉索张拉过程中必须按张拉力、拉索理论伸长量、油缸伸出量、液压缸压力表值或扭力扳手的力距值进行张拉力复核，控制张拉速度；并做施工过程记录；

（d）拉索安装时所使用的张拉器具可根据索的直径和预拉力的大小及边部节点的设计方案进行选用。张拉器具不得对索体、接头、连接件、紧固件及边缘支座产生损坏。当采用液压器具时必须施工前进行标定，测量器具使用时应按温度、精度进行修正，落实安装及验收的测量精度；

（e）在预应力施工完成后应对索系中各节点进行全面检查，对索桁架或索网体系的中部连接节点和边部锚固节点的固定度及形状进行检测、调整以达到设计要求；

（f）在拉索幕墙施工完成之后应该采取保护措施，防止对拉索产生损坏。在拉索的周边严禁进行焊接、切割等热工。

4 “细胞”壁天窗的安装

“细胞”壁天窗（共有3 个）作为采光与通风的一部分，面积较大且质量较沉，普通的撑杆式已不能满足如此质量的偏心开启，所以采用整体上升的开启方式，因此每扇窗必须有多根推杆，其技术关键是必须采用同步装置，保证多根推杆同步升降。对屋面天窗开启部分则必须高于固定玻璃表面，以保证排水。

5 框架式玻璃幕墙（位于光伏采光顶入口）

框架式玻璃幕墙系统支承系统安装，为玻璃面板安装创造了条件。框架式玻璃幕墙系统面板与电动窗扇安装同步完成。

施工时将玻璃单元安装到相应位置；用倒顺钻将固定玻璃单元用的螺栓初固定在相应位置上， 用塞规调整固定玻璃单元间隙后加以固定；再做防水作业。

6 光伏玻璃采光顶

光伏玻璃采光顶（图4）与主体结构相连，须适应主体结构的变形，故所有采光顶钢结构与主体结构的连接主要通过钢码，并通过腰子孔吸收温度变形。

光伏玻璃采光顶两侧天沟结构复杂，并与同一侧的防风雨百叶连成一体。安装的顺序是：天沟下层板→保温吸声岩棉→天沟上层板→防风雨百叶→收口铝板→玻璃面板。光伏玻璃采光顶的核心技术是光伏玻璃面板，分为真假2 种。太阳能光伏玻璃约100 m2，仿光伏板约392 m2，光伏玻璃采光顶共有34 个开启扇，所用玻璃为假光伏玻璃。开启形式为单侧，并与消防联动。

7 结语

新建的上海自然博物馆（新馆）幕墙工程是城市现代化的象征，并成为城市地标性建筑之一，是大上海又一张闪亮的名片。褶褶生辉的建筑幕墙下，人们感受到建筑物的雄伟壮丽，也表明幕墙的设计、生产、施工水平达到了国内先进水平。