世博主題館幕墻工程介紹

一、項目簡介

上海世博會主題館為中國2010年上海世博會永久保留建筑之一，工程位于上海世博會規劃圍欄區B片區世博軸西側，建筑面積約12.9萬m2，其中地下建筑面積約4.9萬m2，地上建筑面積約8萬m2，建筑高度27.7m。主題館東西總長約290m，南北總寬約190m，為亞洲第一大跨度大空間展示建筑。

世博主題館建筑設計為同濟大學建筑設計研究院。常規共擁有五大功能空間，包括：西側展廳、東一層展廳、東二層展廳、地下展廳和中部多功能廳。世博會期間，主題館將承擔演繹、展示主題等重任。世博會后將作為標準展覽館，承辦各種專業展會。

世博主題館主體建筑為鋼結構框架，幕墻總面積約為13.2萬m2；南北立面采用不銹鋼板、蜂窩鋁板、穿孔鋁單板、玻璃等幕墻材料作為建筑外維護；東西立面外層主要為立面綠化墻，內層為壓型彩鋼板幕墻及窗，檐口位置采用蜂窩鋁板，一層及地下一層位置主要為復合鋁板幕墻；頂部為金屬屋面系統、采光板系統、太陽能板系統、金屬隔柵及玻璃采光屋面等。

二、幕墻技術難點、特點介紹

1．南北立面大跨度自承重幕墻的設計及其精度保證措施

本工程南北立面東西側展廳均為大跨度自承重幕墻，采用全鋼框架玻璃幕墻系統。由于主題館展廳空間跨度很大，在建筑設計時就已明確屋面桁架不作為幕墻自重的載體，因此需采用幕墻鋼結構自承重。豎向H型鋼龍骨作為幕墻主受力龍骨高度為21米，不僅要考慮其自身的強度、剛度還要考慮整體結構的穩定性及安裝精度。這種大跨度的自承重鋼結構體系在幕墻設計中實屬罕見。為此，遠大公司專門組織了多次專家論證會，與業主和建筑師共同研究合理的解決方法，對幕墻系統中運用的新技術進行了多次試驗，反復論證結構合理性。確定了設計方案后，又制作視覺模型及試驗模型，對幕墻視覺效果及各項性能指標進行檢測，均可滿足業主及相關規范要求。

在此部分的幕墻設計、加工及施工過程中，遠大公司主要采取了以下措施：嚴格控制幕墻主支撐H型鋼龍骨加工及施工過程，并在設計過程中充分考慮H型鋼龍骨的安裝偏差，保證鋁合金龍骨的豎向垂直度。采用先進的技術，從根本上避免鋼龍骨由于焊接而產生的熱變形，減少對安裝精度的影響。充分考慮主支撐結構的變形及幕墻結構熱變形，設置伸縮縫隙，滿足變形要求。提高幕墻支撐次龍骨及主要幕墻材料的加工精度，并嚴控執行安裝過程中的質量控制計劃。

2．南北立面金屬板幕墻

南北立面金屬板幕墻主要包括：不銹鋼板幕墻、穿孔鋁單板幕墻及蜂窩鋁板幕墻。大面積連續金屬板幕墻的平整度保證是本工程重點之一，并且這些金屬板均具有較大單片面積，單邊長度達4米。為此，遠大公司在設計過程中采用了多種措施保證特別是1.2mm厚不銹鋼板、高穿孔率穿孔鋁單板的表面平整度。立面大面積不銹鋼板單塊板分格尺寸約為1米寬、2米高，底部均開有800×800mm的方孔，某些板面上還有兩個孔，這些開孔不僅容易導致板面整體變形，還極易使孔邊緣變形，為此，遠大從設計、加工、安裝等各環節嚴格控制，例如板背面設置鋁合金加強方通，采用非焊接的形式避免板面變形；采用先進的數控加工設備及工藝加工面板，并降低切割時高溫導致板面變形；采用掛式結構安裝，基本元件組裝在工廠內完成，不僅安裝快捷，同時有效提高了安裝精度。

施工完成后，滿足了“加工、安裝后的金屬板必須具有良好的平整度，翹曲度不得大于0.3%”的要求，南北面金屬板幕墻獲得了良好的視覺效果，得到了業主和設計師多方共同認可。

3．東西立面綠化墻面的設計

世博主題館東西面綠化墻面積達5000平方米，是目前世界上最大的垂直生態綠化墻面。此部分存在的技術難點包括：大型鋼結構網架的安裝精度、防腐處理以及綠化模塊的維護更換等。

作為國內最大的幕墻設計施工單位，遠大公司的雄厚技術實力為解決這種難題奠定了基礎。首先一改普通此種類型幕墻經常采用的框架式結構，從單元式構造設計的角度，解決了諸如提高加工和安裝精度、減少現場焊接作業量、避免焊接后防腐性能破壞等問題。遠大公司充分考慮綠化模塊的安裝及正常維護要求，結合金屬支撐架進行設計。同時設計過程中貫穿考慮了內層幕墻的防水要求，下層位置設置了不銹鋼集水槽并綜合考慮排水系統；綠化模塊的可更換性設計，為模塊的安裝、灌溉、維護、更換等均提供了條件。

4．開放式幕墻的防排水設計

挑檐頂面及底面均為開放式蜂窩鋁板幕墻，頂面檐口采用硅酮耐候密封膠進行密封，設置向內傾斜的排水坡度，雨水向內排放，在檐口內側設置不銹鋼集水槽及虹吸排水裝置將檐口處的雨水有組織的集中排放，避免了屋頂檐口雨水向外排放而導致的大量雨水向挑檐頂面流淌。

立面開放式幕墻主要控制大量雨水進入面材背面，允許少量雨水進入縫隙的情況下，將首先沿豎向通長的鋁合金框往下流淌。同時設計過程中注意了對材料表面處理采取相應的措施，保證其耐候性及防腐性能。

5．玻璃采光頂系統的防排水設計

遠大公司在設計世博主題館采光頂部分時，采用半隱框采光頂系統設計，沿排水坡度方向采用隱框形式，采用平打膠工藝，保證排水順暢，并免存在積水現象。通過計算確定支撐龍骨尺寸及玻璃厚度，控制玻璃撓度，與采光頂排水坡度結合考慮，保證排水順暢。

即使少量雨水滲入，鋼龍骨上方采用鋁合金型材作為安裝附框，內設集水槽，即使少量的雨水滲入幕墻內側亦可通過內部的集水槽有組織排走；同時，極端氣候條件下的結露也可通過此結構收集并排至室外。

6．屋面系統的設計及安裝

在世博主題館的屋頂部分，遠大公司采用了具有專利技術的成熟的鋼屋面系統，針對其防水、防火、防雷性能進行分析，針對本工程的特點，控制屋面系統的設計、加工及安裝質量，綜合考慮屋面系統與其他幕墻系統的交接位置的防水、防火、防雷性能，保證整體屋面維護系統性能滿足要求。

三、施工難點介紹

1．幕墻施工工期相對較短

為滿足世博會順利召開，世博主題館幕墻施工工期相對較短，為此，遠大公司制定了一系列的保證措施以滿足工期和質量要求。例如本工程大面不銹鋼板、穿孔鋁板及蜂窩鋁板幕墻均采用了掛式結構，大量工作在工廠內完成，現場掛裝時間短，安裝精度高；東西面鋼結構網架通過反復設計研究，劃分為幾個標準的單元，這些單元在工廠內統一焊接，完成局部拼裝后現場掛裝，大大減少了現場焊接工作量，縮短了工期；整個幕墻設計施工過程中，遠大公司制訂了嚴格的設計、采購、運輸及安裝計劃，過程中派專人不間斷的監督計劃執行情況。通過以上措施，遠大公司在規定的時間內很好的完成了世博主題館幕墻設計和施工工作。

2．大面積金屬板幕墻的高安裝精度

對于大面積金屬板幕墻的高安裝精度要求，遠大公司不僅在材料的加工及組裝過程中進行了嚴格的控制，同時不銹鋼板的掛接節點均采用了可調節系統設計，板塊掛裝后采用調節螺栓進行多自由度調節，有效保證安裝精度。

3．太陽能主支撐系統的安裝

遠大公司對世博主題館項目的太陽能主支撐系統進行了設計，通過反復研究，采用鋼桁架作為主支撐體系，上方設置鋼方通作為太陽能系統的支撐龍骨。

結合屋面系統的設計和安裝，由于安裝鋼桁架時屋面系統已經安裝完成（局部），因此需考慮屋面系統須承受施工人員的活荷載。并且不能對屋面系統尤其是面材表面處理產生破壞，因此整體鋼桁架采用單品桁架預先在工廠內預制，減小單品桁架的重量，通過本工程專用大型吊裝機械吊至屋面，而后沿軌道運行至安裝位置，現場均采用機械連接，不存在現場焊接的情況從而保護屋面系統。安裝過程，施工人員在屋面上操作時亦采用相應的柔性隔離措施，避免與彩鋼屋面板的直接接觸而導致表面處理被破壞。

同時，由于太陽能桁架支撐底座需穿透屋面與屋頂主支撐結構連接，因此，在這些穿透點的位置是防排水的重點位置。為此，設計過程中均采用了多道密封的防水系統，有效保證了這些節點的防水性能。