顧任池（上海建工四建集團(tuán)有限公司，上海 201103）

1 工程背景概況

近年來，在城市文化新布局下，一大批重點(diǎn)文化設(shè)施類公共建筑正在緊密鑼鼓地建設(shè)中。圖書館作為重要的公共活動(dòng)場(chǎng)所和文化教育空間，在追求大空間布局、自然采光、綠色節(jié)能的基礎(chǔ)上，對(duì)外立面獨(dú)特造型和裝飾效果提出更高的要求。

上海圖書館東館項(xiàng)目坐落于花木城市副中心的城市公共綠地，建筑外立面呈現(xiàn)倒梯形外觀，從城市的尺度看，整個(gè)建筑就像一塊正在雕琢的玉石，漂浮在公園的綠樹之上，是世紀(jì)公園地區(qū)的一個(gè)焦點(diǎn)。其構(gòu)思理念來源森林璞玉，以玉石隱喻圖書館育人的過程，玉石需要經(jīng)過精雕細(xì)琢方成器物，寓意人只有不斷學(xué)習(xí)才能成為棟梁之才。

項(xiàng)目地塊用地面積為 39 508 萬 m2，總建筑面積114 951 m2，地上建筑面積 77 968 m2，地下建筑面積 36 983 m2。地下局部 2 F，上部結(jié)構(gòu) 7 F，高度 50 m。地下室為混凝土框架結(jié)構(gòu)，上部是鋼結(jié)構(gòu)為主體的框架剪力墻體系，外側(cè)有最大跨度 16.8 m 的懸挑結(jié)構(gòu)懸掛于屋蓋，3～7 F懸挑結(jié)構(gòu)尺寸由上至下逐層遞減，鋼結(jié)構(gòu)外立面呈倒梯形布置且 4 個(gè)立面造型均存在傾角為 67° 的斜切面。外立面玻璃通過特殊的打印上釉技術(shù)呈現(xiàn)不同層次的透明度，就像石材表面變化的肌理。

2 幕墻系統(tǒng)介紹

本項(xiàng)目幕墻總面積約 40 000 m2，采用雙夾膠中空鋼化 LOW-E 玻璃，大范圍玻璃面積達(dá)到 6.5 m2，重量達(dá)到近 700 kg；幕墻龍骨采用鋼型材，總用量約 3 000 t；鋼材采用氟碳噴涂處理，可視部位鋁型材采用氟碳噴涂處理，其余不可見型材外表面處理為陽極氧化。幕墻系統(tǒng)分為屋頂天窗幕墻、主樓玻璃幕墻、裙房玻璃幕墻，其中以主樓玻璃幕墻和裙房玻璃幕墻為主。

2.1 主樓玻璃幕墻系統(tǒng)

主樓 3～7 F 大面幕墻系統(tǒng)為豎隱橫明構(gòu)件式半隱框幕墻，標(biāo)準(zhǔn)層高 6.2 m，標(biāo)準(zhǔn)分格寬度尺寸為 4 200 mm，玻璃分格高度為 1 550 mm 及 775 mm 兩種；玻璃類型采用 4片超白鋼化雙夾膠三銀 LOW-E 中空玻璃，局部玻璃采用壓花＋彩釉打印玻璃；幕墻龍骨采用精致鋼龍骨，鋼型材截面尺寸 250 mm×100 mm。主樓四個(gè)立面設(shè)置大窗幕墻系統(tǒng)，最大跨度 20.8 m，基本玻璃分格為：寬×高= 4 200 mm×1 550 mm，玻璃類型采用四片超白鋼化雙夾膠三銀 Low-E中空玻璃，幕墻龍骨采用空腹桁架。

2.2 裙樓玻璃幕墻系統(tǒng)

主樓 2 F 以下及裙房玻璃幕墻系統(tǒng)為構(gòu)件式全明幕墻，基板玻璃分格為：寬×高= 2 100 mm×2 850 mm，玻璃類型采用四片超白鋼化雙夾膠三銀 LOW-E 中空玻璃，局部玻璃采用壓花＋彩釉打印玻璃；幕墻龍骨采用精致鋼龍骨，鋼型材截面尺寸為 250 mm×100 mm。

3 主要施工難點(diǎn)分析

3.1 直角鋼型材龍骨加工要求高

本工程的幕墻龍骨體系為直角鋼龍骨體系，標(biāo)準(zhǔn)立柱截面以平行四邊形為主，傳統(tǒng)意義的焊接鋼方管在精度控制、外觀質(zhì)量、生產(chǎn)周期等方面不能夠滿足此工程。經(jīng)幕墻顧問和專業(yè)單位推薦擬采用擠壓鋼龍骨，由于直角擠壓型材加工屬于新興工藝，行業(yè)內(nèi)缺少專用的規(guī)范參考，所以加工質(zhì)量難以保證。

3.2 仿石材外立面效果選型困難

為了體現(xiàn)玉石效果，建筑師從全球各地的石材中選擇了意大利魚肚白的大理石。由于大理石材料不適合用于室外，從節(jié)能環(huán)保角度，也不具備大量開采進(jìn)口的條件。根據(jù)初步方案，設(shè)計(jì)師擬在外立面選用玻璃，通過 3 D 彩釉打印技術(shù)呈現(xiàn)不同層次的透明度，來實(shí)現(xiàn)大理石石材表面自然變化的肌理。透明玻璃采用雙夾膠超白鋼化三銀 LOW-E 中空夾膠玻璃（中空層充氬氣），打印圖案玻璃選型還需綜合考慮外觀、性能參數(shù)和力學(xué)性能等因素，不同的打印位置選擇會(huì)影響玻璃安全隱患和參數(shù)性能。

3.3 外立面外傾，施工難度大

本工程上部鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)有最大跨度 16.8 m 的懸挑結(jié)構(gòu)懸掛于屋蓋，3～7 F 懸挑結(jié)構(gòu)尺寸由上至下逐層遞減，四個(gè)外立面呈倒梯形布置（上大下小），且每個(gè)立面由對(duì)角線劃分為直面和斜面兩部分，斜面傾角為 67°，斜面最大高度為50 m。采用傳統(tǒng)吊籃僅能完成直面幕墻施工，無法覆蓋斜面；同時(shí)，斜面跨度大，投影面積范圍地面有地下室頂板、裙房屋面、下沉式庭院等多種工況，無法大面積采用落地腳手架輔助施工。

4 施工總體技術(shù)路線

4.1 精致直角鋼龍骨加工工藝

直角擠壓鋼龍骨屬于創(chuàng)新工藝，關(guān)鍵控制點(diǎn)在于如何有效解決擠壓過程中鋼管角部開裂的問題。在金屬學(xué)理論研究的基礎(chǔ)上，通過與長(zhǎng)江學(xué)者、高校教授等展開合作研究發(fā)現(xiàn)，在擠壓過程中增加中頻加熱環(huán)節(jié)，當(dāng)鋼管處于奧氏體的狀態(tài)可以有效解決冷加壓過程中直角鋼方通角部開裂。

經(jīng)過幾個(gè)月的研究工作和實(shí)體測(cè)試，精致直角鋼龍骨擠壓生產(chǎn)工藝達(dá)到成熟階段，最終確定了本工程直角鋼龍骨的制作工藝流程：高頻焊管選擇→退火處理→冷變形擠壓→校直→第一次中頻熱變形擠壓→第二次中頻熱變形擠壓→角部凸起修磨→校直→定尺鋸切→成品檢驗(yàn)合格出廠。

4.2 仿石材彩釉打印玻璃選型

為了使打印圖案能夠完美呈現(xiàn)自然之美，建筑師考慮先實(shí)地拍攝意大利魚肚白大理石圖案，再對(duì)照片進(jìn)行后期處理。為了配合建筑師尋找適合的照片，專業(yè)單位組織建筑師和攝影師去亞洲最大的福建水頭石材貿(mào)易基地進(jìn)行了為期一周的拍攝，最終從拍攝的 800 多張照片中，選出了 16 張照片，經(jīng)過后期處理，使照片精度達(dá)到 1 440 DPI。選用以色列進(jìn)口的 Dip-Tech 數(shù)碼打印設(shè)備，通過數(shù)碼打印工藝將陶瓷油墨打印在玻璃上，可以均勻細(xì)致的高還原度彩釉圖案，最終經(jīng)高溫?zé)Y(jié)使油墨永久固定在玻璃表面，具有較強(qiáng)的抗酸堿、耐腐蝕性。

為兼顧幕墻節(jié)能性能和建筑采光效果，將彩釉打印玻璃的裝飾效果與幕墻功能分開，通過采用兩層不同性能的玻璃分別實(shí)現(xiàn)，同時(shí)結(jié)合外立面效果的需求，在保證玻璃結(jié)構(gòu)安全與幕墻結(jié)構(gòu)體系不改變的前提下，對(duì)玻璃構(gòu)造進(jìn)行了調(diào)整，分為半透和不透構(gòu)造。半透構(gòu)造由雙層夾膠打印玻璃（裝飾效果）和超白鋼化夾膠三銀 LOW-E 中空玻璃（幕墻節(jié)能功能）組成；不透構(gòu)造由雙層夾膠打印玻璃（裝飾效果）和背襯板（幕墻節(jié)能功能）組成。

半透構(gòu)造：由外片和內(nèi)片組成，外片為 8＋1.52 SGP＋10 mm 的超白鋼化夾膠彩釉玻璃，將大理石魚肚白圖案彩釉打印在 10 mm 玻璃內(nèi)側(cè)面；內(nèi)片為 8＋16 Ar＋6＋1.52 SGP＋6 mm 超白鋼化夾膠三銀 LOW-E 中空玻璃，以滿足自然采光節(jié)能要求。

不透構(gòu)造：由外片和背襯板組成，外片為 8＋1.52 SGP＋10 mm 的超白鋼化夾膠彩釉玻璃，將大理石魚肚白圖案彩釉打印在 10 mm 玻璃內(nèi)側(cè)面；背襯板設(shè)置在防火背襯墻位置，以滿足消防要求。

在明確了打印圖案和玻璃構(gòu)造后，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)確定的圖案排列，進(jìn)行了 1:1 的實(shí)樣施工，分別對(duì)透明、不透和半透玻璃進(jìn)行了實(shí)物比選。通過實(shí)物掛樣效果，對(duì)不同膜系的透明玻璃的觀感效果進(jìn)行了明確，最終確認(rèn)了北玻的 72 號(hào)膜系為實(shí)施效果。彩釉打印玻璃精度滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，圖案對(duì)比度過于明顯。由于玻璃反射率較高，彩釉打印玻璃上存在明顯的倒影，導(dǎo)致大理石圖案效果不理想，外立面玉石效果不佳，過高的反射率也無法滿足《幕墻光反射影響分析報(bào)告》的要求。為了讓外立面的效果更接近天然石材，降低玻璃反射率，現(xiàn)場(chǎng)著手對(duì)實(shí)物樣板進(jìn)行了改造。經(jīng)過十幾次會(huì)議討論，多種方案反復(fù)推敲，最終決定將彩釉打印玻璃的外片玻璃改為壓花玻璃來嘗試解決這個(gè)問題。建筑師從幾百種壓花圖案中選擇了玉砂、香梨、布紋三種圖案后進(jìn)實(shí)物樣板比選。

通過實(shí)體樣板比較，壓花玻璃的圖案最終確認(rèn)為香梨圖案，外立面的仿石材彩釉打印玻璃的構(gòu)造確定為 8 ＋1.52 SGP＋10 mm 鋼化夾膠彩釉打印壓花玻璃，各類玻璃構(gòu)造的最終配置情況如表 1 所示。

表1 玻璃最終配置表

4.3 異形非對(duì)稱幕墻體系吊籃施工

本工程四個(gè)外立面都存在外傾角為 67° 的斜切面，每個(gè)立面的豎向都存在垂直面和斜面交匯工況。為了使吊籃的使用能夠靈活多變，采用全立面軌道式大斜度吊籃施工工藝，解決大斜度立面施工難題。

屋面布置雙懸軌，內(nèi)側(cè)懸軌作為吊裝物品軌道，外側(cè)懸軌作為吊籃輔助安裝使用；采 I 18 工字鋼作為吊籃軌道（外側(cè)懸軌）使用，I 20 a 工字鋼作為吊物軌道（內(nèi)側(cè)懸軌）使用。在屋面桁架上，每隔 3 m 設(shè)置一道軌道支撐，支撐橫桿采用 I 20 工字鋼，立柱采用 250 mm×150 mm矩形管，與主體鋼結(jié)構(gòu)采用 M 20 螺桿、10 號(hào)槽鋼抱箍，和軌道采用高強(qiáng)螺栓連接，非封閉式軌道兩端安裝軌道限位、擋板和緩沖器。

考慮主樓每個(gè)立面均有一半的斜面工況，環(huán)軌式吊籃只能覆蓋垂直立面的幕墻施工，為了使吊籃能夠發(fā)揮最大功效，在豎向設(shè)置鋼導(dǎo)索，配合層間導(dǎo)向滑輪實(shí)現(xiàn)吊籃在斜面的使用功能。鋼導(dǎo)索型號(hào)為 6×37＋ IWR-Φ12 mm-1 870，上端與屋頂鋼結(jié)構(gòu)固定，中間各層與層間調(diào)節(jié)桿固定，下端與地下室頂板固定，作為吊籃平臺(tái)的柔性導(dǎo)軌使用，保證吊籃平臺(tái)距離施工作業(yè)面一直保持在 150～500 mm 之間，方便施工作業(yè)。中間調(diào)節(jié)桿采用 70 mm×4 mm 方管，采用化學(xué)螺栓與樓板固定，每個(gè)吊籃機(jī)位設(shè)置兩道。通過全立面軌道式大斜度吊籃施工，有效解決了 67° 外立面的物料提升和工人操作面難題。

5 結(jié) 語

本文以上海圖書館東館項(xiàng)目為背景工程，結(jié)合工程外立面造型獨(dú)特的特點(diǎn)、難點(diǎn)，對(duì)基于仿石材彩釉打印的異形超大板塊玻璃幕墻系統(tǒng)施工建造技術(shù)進(jìn)行了研究和實(shí)踐。實(shí)踐證明：通過對(duì)精致鋼龍骨加工工藝的優(yōu)化調(diào)整、不同構(gòu)造玻璃的配置選型、仿石材彩釉玻璃打印技術(shù)研究、超大斜面幕墻體系施工等方面對(duì)異形大跨度懸掛體系的超大塊玻璃幕墻建造技術(shù)進(jìn)行詳盡研究和分析，在施工過程中嚴(yán)格按照要求實(shí)施每道工序，最終外立面完美呈現(xiàn)出宛如畫卷般的石材效果，達(dá)到預(yù)期效果。工程建造過程中的施工難點(diǎn)是國(guó)內(nèi)常規(guī)幕墻工程中罕有的，希望對(duì)今后類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工一體化具有借鑒意義。