1 引言
1.1 上海中心大廈外幕墻概況上海中心大廈坐落于陸家嘴核心地區(qū)，是高度632米的綠色“垂直城市”。外幕墻懸掛于每區(qū)頂部的設(shè)備層鋼桁架結(jié)構(gòu)，螺旋收縮上升，并內(nèi)外層幕墻之間形成21個(gè)宏偉的空中花園。
上海中心大廈外幕墻具有板塊數(shù)量眾多、幾何形狀復(fù)雜和柔性懸吊等顯著特征，我們采用系統(tǒng)性方法，大量采用新技術(shù)、新工藝、新材料，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)理想。
外層幕墻由：外部A幕墻，幕墻支撐系統(tǒng)(CWSS)共同構(gòu)成了建筑外維護(hù)幕墻系統(tǒng)。
本文重點(diǎn)介紹和總結(jié)了上海中心大廈外幕墻相關(guān)施工技術(shù)及路徑。由于設(shè)計(jì)策劃是施工工藝的保障，所以從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案確定、細(xì)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)、加工工藝入手，系統(tǒng)展開了相關(guān)設(shè)計(jì)、測(cè)量和施工聯(lián)動(dòng)方法。包括：工廠化生產(chǎn)方式的確定，集成設(shè)計(jì)施工，變位吸收和連續(xù)可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)及施工聯(lián)動(dòng)等;足尺視覺試驗(yàn)是，結(jié)構(gòu)體系驗(yàn)證的“確實(shí)性之母”，介紹了測(cè)試條件、測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試要點(diǎn)等;BIM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)以上設(shè)計(jì)施工聯(lián)動(dòng)的重要而必不可少的工具，所以重點(diǎn)介紹了BIM技術(shù)在該項(xiàng)目中的一些具體應(yīng)用情況。
1.2 技術(shù)路徑和關(guān)鍵點(diǎn)
面對(duì)建筑規(guī)模宏大-板塊數(shù)量眾多，幾何形狀復(fù)雜-空間扭轉(zhuǎn)縮放以及結(jié)構(gòu)體系獨(dú)特-大型柔性懸吊的建筑幕墻，需要認(rèn)真總結(jié)過去大型項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，充分尊重幕墻發(fā)展趨勢(shì)，利用先進(jìn)理念和手段，正確選擇技術(shù)路線，才能順利的實(shí)施此類項(xiàng)目。
隨著建筑國(guó)際化和新材料、新結(jié)構(gòu)、新功能、新設(shè)備、新工藝、新設(shè)計(jì)方法，特別是新理念的運(yùn)用，建筑幕墻作為建筑內(nèi)部和外部空間過渡功能層，表現(xiàn)出更加節(jié)能環(huán)保、集成化、模塊化、智能化、裝配化、個(gè)性化等特點(diǎn)。隨著建筑設(shè)計(jì)在世界各地掀起創(chuàng)新高潮，建筑外皮不斷嘗試突破極限，追求性能更好、功能更強(qiáng)、材料更先進(jìn)的創(chuàng)新產(chǎn)品。
上海中心外幕墻功能和意義：
1、 象征意義：上海的名片之一;地區(qū)標(biāo)志;是開放和面向未來的文化象征物;
2、建筑物理功能：控制：保溫、采光、遮陽、防風(fēng);阻擋：防水/防潮、防噪音、防火、防雷;協(xié)調(diào)：吸收和適應(yīng)主體變形;節(jié)能率達(dá)55%以上(上海中心綜合節(jié)能率達(dá)54.3%);
3、 安全/防護(hù)適應(yīng)：特別是能適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)不均勻沉降和各種工況下的變形
4、 視線分割優(yōu)化：遮擋空間及優(yōu)化視線;
5、 集成其他功能：LED、防結(jié)露熱水管、擦窗機(jī)(BMU)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雨水收集裝置;
為實(shí)現(xiàn)以上功能，采用數(shù)字化制造、一體化制造(CAM計(jì)算機(jī)輔助制造從設(shè)計(jì)到制造一體化)、裝配式工業(yè)化建造技術(shù)和先進(jìn)的施工工藝。
施工工藝方面：基于以下施工條件，采用相關(guān)施工工藝如下：
超高空：高達(dá)632米;
濕度大、溫度低：長(zhǎng)時(shí)間在云層中，能見度低，溫度比地面低4℃(平均100米降0.6度)左右;
懸空：鋼環(huán)梁外挑長(zhǎng)達(dá)12米;
操作平臺(tái)：比較馬道、腳手架和斜向滑移雙層吊籃等幾種工藝，選擇斜向滑移雙層吊藍(lán)施工平臺(tái)。
吊裝板塊的吊機(jī)：軌道機(jī);
防風(fēng)裝置：活動(dòng)吸盤;
防撞LED，等等。
2 幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工一體化
2.1 系統(tǒng)選擇
幕墻作為建筑的外維護(hù)結(jié)構(gòu)，直接影響到建筑視覺效果的表達(dá)，而幕墻系統(tǒng)的選擇，要綜合考慮幕墻安全性保障、建筑效果保障性設(shè)計(jì)、幕墻設(shè)計(jì)方案與施工設(shè)計(jì)、幕墻可更換性設(shè)計(jì)、幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性等與幕墻相關(guān)的各項(xiàng)性能設(shè)計(jì)。我司在幕墻系統(tǒng)定案過程中，在公司內(nèi)部組建了國(guó)際專家團(tuán)隊(duì)，專門針對(duì)建筑形態(tài)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)多種幕墻系統(tǒng)及幕墻結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究和論證。從投標(biāo)初步方案到最終施工圖系統(tǒng)確定，我司對(duì)下述諸多方面進(jìn)行了理論和試驗(yàn)的驗(yàn)證：
1) 框架式平滑幕墻系統(tǒng)與單元式幕墻系統(tǒng)：因上海中心大廈屬超高建筑，外幕墻工程體量大，樓型復(fù)雜，幕墻構(gòu)件都要采用，如采用框架式平滑幕墻系統(tǒng)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工作量大，需現(xiàn)場(chǎng)冷彎玻璃，效率低，安裝精度差，且零散構(gòu)件安裝工程中有掉落風(fēng)險(xiǎn)，存在極大的施工安全隱患，而單元式幕墻體系能夠較好的解決上述問題，因此本工程選用階梯式單元幕墻系統(tǒng);
掛式單元幕墻系統(tǒng)與坐式單元幕墻系統(tǒng)：本工程的幕墻支撐采用的是分區(qū)柔性懸掛式
鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)，其懸掛高度高，外挑距離大，每個(gè)區(qū)間各層層間變形相互累計(jì)，結(jié)構(gòu)變形復(fù)雜。如采用坐式單元幕墻系統(tǒng)，幕墻體系對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的隨動(dòng)性能差，不能很好的吸收幕墻支撐結(jié)構(gòu)的各種位移，且其自身主受力構(gòu)件為受壓式受力模式，結(jié)構(gòu)體系的
穩(wěn)定性能比受拉受力模式差，因此本工程選用掛式單元式幕墻系統(tǒng);
2) 雙曲玻璃面板與平板式玻璃面板：建筑外輪廓是基于由幾條弧線擬合而成的基準(zhǔn)平面，逐層往上旋轉(zhuǎn)收縮而成，因此相鄰的兩層的輪廓線不在同一平面，劃分的單元板塊向內(nèi)傾斜且同時(shí)收縮，四個(gè)角點(diǎn)也不在同一個(gè)平面，單元板塊玻璃面板則為空間雙曲面板，無論采用工廠熱彎加工還是安裝時(shí)進(jìn)行冷彎，都為加工制作增加很大難度，且成本提高，精度和效率都大大降低。經(jīng)過最終優(yōu)化，每層單元板塊采用豎直形式，處于不同平面的空間四個(gè)角點(diǎn)則采用具有不同進(jìn)出關(guān)系的凹凸臺(tái)構(gòu)造進(jìn)行轉(zhuǎn)換連接，平面弧線也采用折線進(jìn)行模擬。按此方案，空間雙曲的玻璃面板就可以用平板玻璃進(jìn)行替代，無論是在設(shè)計(jì)，還是在加工、安裝方面都大大降低了難度，節(jié)約了成本，且對(duì)加工精度和效率都有很大的提升。
3)整體式單元幕墻系統(tǒng)與分體式單元幕墻系統(tǒng)：按上述折線平板單元幕墻系統(tǒng)方案，如在層間轉(zhuǎn)換位置將同一層的單元板塊拆分成兩部分，則產(chǎn)生了每個(gè)單元板塊都基本一致的豎直部分與進(jìn)出關(guān)系和尺寸各不一樣凹凸臺(tái)部分。為考慮設(shè)計(jì)的通用性和后續(xù)生產(chǎn)、加工的統(tǒng)一性，我司在方案討論初期考慮過將一個(gè)層間的單元板塊做成層間和直面兩部分的分體式單元幕墻。但在后續(xù)深入的研究和試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，分體式單元幕墻雖在統(tǒng)一性方面一定程度上能夠給設(shè)計(jì)、加工和運(yùn)輸方面帶來便利性，但是每個(gè)單元板塊需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)進(jìn)行組裝，層間防水構(gòu)件也需要在現(xiàn)場(chǎng)后施工，對(duì)幕墻性能的保障及施工安全性能方面都極為不利。經(jīng)過論證，整體式單元幕墻系統(tǒng)為最佳選擇。
4) 玻璃肋組合受力體系與鋁框受力體系：按最初設(shè)計(jì)方案，外幕墻豎向構(gòu)件采用鋁合金豎框和弧形玻璃肋組合，玻璃肋既可以作為豎向裝飾構(gòu)件，增加建筑造型，又可以參與結(jié)構(gòu)受力，減小鋁合金框架的截面，降低用量節(jié)約成本。但考慮到上海中心大廈為超高層建筑，工程體量大，玻璃肋用量也大。玻璃為脆性物品，且目前玻璃加工工藝限制，玻璃本身也存在一定的自爆概率，在日常使用過程中玻璃肋損壞在所難免。如果大量使用玻璃肋作為主要受力構(gòu)件，玻璃肋破損后，在幾十米高的懸掛空間更換玻璃肋將成為一大難題，玻璃肋退出受力后對(duì)主受力構(gòu)件強(qiáng)度的削弱將是更大的安全隱患。因此，經(jīng)過專家評(píng)審?fù)ㄟ^，外幕墻豎向主受力構(gòu)件采用安全度極高且技術(shù)水平非常成熟的鋁合金豎框構(gòu)件。
2.2 “汽車級(jí)”施工精度的幕墻設(shè)計(jì)幕墻作為一種獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系，懸掛于主體結(jié)構(gòu)外側(cè)，連接不僅要完成幕墻荷載的受力傳遞，而且實(shí)現(xiàn)主體偏差的吸收，保證幕墻平整度。本工程采用整體式單元式幕墻，玻璃單元和層間轉(zhuǎn)換連接的凹凸臺(tái)不銹鋼板在廠內(nèi)組合完成，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整體吊裝，單元板塊需一次安裝到位。因此，無論是工廠內(nèi)加工制作，還是現(xiàn)場(chǎng)定位安裝，都對(duì)幕墻設(shè)計(jì)的精度提出了更高的要求。另外，無論是建筑結(jié)構(gòu)本身的限制，還是為保證建筑效果和結(jié)構(gòu)安全性方面考慮，幕墻設(shè)計(jì)和施工也必須提升到一個(gè)相當(dāng)高的精度。
1、 幕墻支撐鋼結(jié)構(gòu)的精度要求：根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的定位原則，建筑外邊線離幕墻支撐鋼結(jié)構(gòu)環(huán)梁中心線的距離為400mm，除去鋼環(huán)梁半徑178mm，幕墻面板及保溫層55mm，以及因折線模擬圓弧帶來的拱高差異，幕墻支撐結(jié)構(gòu)邊線到幕墻背襯板的凈空間已不足160mm。在此有限的空間內(nèi)，需完成幕墻一次轉(zhuǎn)接件、二次轉(zhuǎn)接件、防跳構(gòu)件、吊頂板連接構(gòu)件的布置，且還需考慮吸收安裝誤差的調(diào)節(jié)空間。因此，構(gòu)件布置的合理性和設(shè)計(jì)精度的要求非常高。在設(shè)計(jì)方案制定初期，我司就對(duì)幕墻支撐構(gòu)件的加工提出了非常高的要求：
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上海中心大廈，位于浦東的陸家嘴功能區(qū)，占地3萬多平方米，所處地塊東至東泰路，南依銀城南路，北靠花園石橋路，西臨銀城中路，為上海陸家嘴摩天大樓建設(shè)計(jì)劃最后的壓軸工程。其建筑設(shè)計(jì)方案由美國(guó)Gensler建
