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【 第一幕墻網(wǎng) 】
（ 中國建筑科學研究院 北京 100013 ） 提 要 目前，高層建筑的幕墻高度向上延伸，承受更大的風壓、地震力和溫度作用，因而采用多種多樣的面板材料和新的構成形式；為適應綠色低碳的要求，新的幕墻體系如雙層幕墻和光伏幕墻在超高層建筑中得到應用。本文主要介紹一些新型高層建筑幕墻。 關 鍵 詞 高層建筑 建筑幕墻 幕墻支承結構 光伏幕墻 雙層幕墻 1 高度400m以上的建筑全部采用玻璃幕墻 據(jù)筆者不完全統(tǒng)計，目前已立項、設計、在建和建成高度400m以上的超高層建筑的數(shù)量大約為： 高度 全部 中國內(nèi)地 港澳臺 600m以上 31 17 0 500m以上 56 33 1 400m以上 107 71 3 300m以上 296 196 10  圖1 沙特王國大廈1600m，設計  圖2 美國邁阿密975m，設計  圖3 印度孟買塔725m，在建  圖4 首爾傳媒塔640m，在建  圖5 深圳平安金融645m，在建  圖6 武漢國際金融中心636m，在建  圖7 天津117大廈600m，在建 部分高度600m以上的建筑見圖1~圖7。 這些工程，如同國內(nèi)外所有超過400米的建筑一樣，都采用玻璃幕墻作為外圍護結構。 玻璃是一種無可代替的建筑材料，它同時具備四大特點：透光，高強，輕質(zhì)，耐久。而其他常用建筑材料并不同時具有這些特點，這就決定了超高層建筑外圍護結構必須采用玻璃。 玻璃透明，玻璃幕墻可以滿足建筑采光和建筑藝術的要求；玻璃的抗壓強度可達300N/mm2，抗拉強度可達150N/mm2，除鋼材外，其他建筑材料難以相比；玻璃幾乎不受大氣的腐蝕，無須任何防腐措施。 更為可貴的是幕墻玻璃的厚度很小，超高層建筑中所用的玻璃通常單片厚度不超過10mm，中空玻璃兩片總厚度不超過20mm，雙夾膠中空玻璃的總厚度不超過40mm。這樣一來，幕墻結構包括玻璃和金屬支承結構的總重量約為35kg/m2~120kg/m2，遠小于普通填充墻的重量。 超高層建筑玻璃幕墻的重量，通常只占建筑總重量的1/100~1/120。上海環(huán)球金融中心（高度495m）的總重量為80萬t，玻璃幕墻重量為5000t，占1/160。如改為其他更重的外圍護結構，就會使得墻、梁、柱、樁截面隨之加大，不僅重量將增加10萬t以上，地基設計施工更為困難。 目前正在設計的沙特王國大廈（高度1600m ），玻璃幕墻的重量為建筑總重量的1/100�？梢哉f如果不采用玻璃幕墻，這樣的超高層建筑是難以實現(xiàn)的。 2 幕墻新結構 2.1 網(wǎng)格體系 通常高層建筑幕墻的支承結構采用正交梁柱金屬框架系統(tǒng)。隨著建筑功能和建筑藝術要求的多樣化，新的結構形式得到更多的應用。 三向斜交網(wǎng)格系統(tǒng)應用相當廣泛（圖8）。  上海港務大樓  杭州浙江日報大樓 圖8 采用三向桿件網(wǎng)格結構的玻璃幕墻 六邊形是可以填滿平面的幾何圖形之一，因此六邊形網(wǎng)格鋼結構也常用于幕墻（圖9）。  北京通盈中心  上海鋼鐵交易大廈 墨西哥高層住宅  圖9 六邊形蜂巢幕墻鋼結構 2.2 剛架體系 由鋼筋混凝土或鋼構件剛性連接成為平面剛架或空間剛架可作為幕墻的支承結構體系（圖10、圖11）。  圖10 迪拜阿爾法塔幕墻由空間剛架支承  圖11 迪拜014地塊塔樓的變形剛架支承系統(tǒng) 由金屬構件和金屬面板可以構成變形的剛架式幕墻表皮結構（圖12、圖13）。  圖12 北京康拉德酒店，仿長頸鹿皮毛花紋金屬幕墻  圖13 羅馬尼亞布加勒斯特，仿植物花穗金屬幕墻 2.3 索網(wǎng)結構 索網(wǎng)結構是有預拉力的拉索體系，對玻璃幕墻遮擋最小，深受建筑師歡迎。索網(wǎng)的拉力要作用在主體結構上，主體結構設計時應預加考慮。索網(wǎng)在大撓度下工作，通�？刂茡隙葹榭缍鹊�1/40~1/60。 北京新保利大廈高度160m，索網(wǎng)晶面形，90mX70m，是目前世界最大的單片索網(wǎng)玻璃幕墻（圖14），兩根主索由150根15.2mm的鋼絞線組成，拉力達39000kN。   圖14 北京新保利大廈索網(wǎng)結構支承玻璃幕墻  圖15 北京中關村文化商廈，索網(wǎng)70mX29m，橫索34mm，豎索24mm   圖16 克拉瑪依石油指揮中心，索網(wǎng)90mX22m，位于山口，風荷載標準值高達0.95kN/m2 現(xiàn)在索網(wǎng)幕墻已在工程中廣泛應用（圖15、圖16）。 3 各種面板材料廣泛應用 由于玻璃同時具有透光性、高強度、重量輕、耐久性這四大特點，別的建筑材料無可代替。因此400m以上超高層建筑幕墻的面板采用玻璃，這種趨勢短期內(nèi)不會改變，但同時金屬板也得到局部應用，以滿足不同建筑風格和建筑藝術的要求。400m以下的高層建筑，除大量采用玻璃幕墻外，金屬和石材幕墻也得到較多應用。 玻璃幕墻的一些新工程見圖17。  北京通州彩虹門，高度295m  廣州塑料交易中心，金色玻璃，直徑147m33層  三亞鳳凰島，高度200m 圖17 一些新的玻璃幕墻工程 金屬板也是常用的材料之一。 吉隆坡石油雙塔高480m，幕墻中造型復雜的非透光部分采用了容易 成型的鋁板和不銹鋼板，銀光閃閃（圖22、圖23）。 天津鋼鐵大廈的鋼板幕墻充分反映了鋼鐵材料的特色，不同規(guī)格的六邊形窗孔在墻面上自然形成明暗相間的條紋。幕墻鋼板與外圍主體結構合二為一，整個外墻既是承重，又作圍護（圖18、圖19）。   圖18 吉隆坡石油雙塔，480m ， 非透光部分采用鋁板和不銹鋼板墻面  圖19 天津鋼鐵大廈，高度303m， 幕墻鋼板和外圍主體鋼柱組合為統(tǒng)一的外墻 不銹鋼板在超高層建筑中常常非常規(guī)使用，圖20為紐約比克曼大廈的波浪形曲面不銹鋼幕墻  圖20 紐約比克曼大廈波浪形起伏的不銹鋼幕墻 1930年紐約洛克菲勒大廈建成，花崗巖幕墻一舉突破300m的高度。此后陸續(xù)建成了大量300m以上的石材幕墻工程，1931年建成的紐約帝國大廈石材幕墻高達381m，穩(wěn)居世界最高已經(jīng)80年。 科威特AL HAMBRO 大廈，主要為玻璃幕墻，兩側采用石灰石幕墻，高達412m（圖21、圖22）。突破了帝國大廈381m石材幕墻高度的記錄。 圖20 AL HAMBRO 大廈，412m 圖21 側邊混凝土墻面采用石灰石板 歷次地震，尤其是2008年汶川大地震表明，按照規(guī)范進行設計和施工的石材幕墻都經(jīng)受了地震的考驗，抗震性能良好。日本橫濱的里程碑大廈（298m）和東京市政廳（260m）曾經(jīng)歷1995年阪神大地震，2011年3月11日又經(jīng)受東日本大地震，但其花崗巖復合幕墻無任何震害。我國臺灣高雄東帝士大廈378m，采用花崗巖幕墻，也經(jīng)歷了1999年9月21日大地震的考驗。  圖22 廣州廣晟大廈313m，石材幕墻高280m  圖23 廣州銀行大廈，石材幕墻高260m 我國內(nèi)地目前最高的花崗巖幕墻是廣州廣晟大廈，建筑高度313m，石材幕墻高度280m，采用鋁合金梁柱（圖22），其次是260m高的廣州銀行大廈，采用焊接鋼結構支承（圖23）。 廣西北海北部灣一號工程的石材幕墻模擬廣西的山水，輪廓起伏，帶有溶洞。酒店幕墻最高達200m（圖24）。  圖24 廣西北海，北部灣一號，異型石材幕墻最高 200 m 迪拜帆船酒店高達321米，采用張拉膜作為外幕墻，半透明的外圍護材料使室內(nèi)光線柔和、 富麗堂皇，張拉膜繃緊在兩層一道的水平拱梁上（圖25）。 圖25 迪拜帆船酒店，321m，,膜材緊繃在水平鋼結構上 4 雙層通風幕墻和光伏幕墻 雙層通風幕墻在超高層建筑中已得到應用。632m高的上海中心采用了間距很大的兩道玻璃幕墻，外幕墻由鋼管吊桿懸掛在水平鋼結構上（圖26）。日本名古屋站前大廈為螺旋形外玻璃幕墻，采用內(nèi)循環(huán)通風系統(tǒng)（圖27）。 廣州珠江城高度303米，同時具有雙層通風幕墻、光伏采光頂、光伏遮陽板和風力發(fā)電裝置，是一座典型的綠色建筑（圖28）。幕墻立面分為三段，各段之間的空間安裝了兩組軸流式風力發(fā)電機。內(nèi)外幕墻之間的空間為內(nèi)循環(huán)的熱通道（圖29），空氣由架空地板抽出，經(jīng)過熱通道進入吊頂內(nèi)的回風管，再返回架空地板，如此循環(huán)不已，大大改善室內(nèi)的工作環(huán)境。珠江城山墻各層水平遮陽板均為光伏玻璃（圖30），頂部拱形部分也安裝了光伏組件（圖31）。  圖26 上海中心外幕墻（左）與內(nèi)幕墻（右）  圖27 名古屋站前大廈雙層幕墻  圖28 廣州珠江城，綠色建筑  圖29 內(nèi)循環(huán)通風幕墻  圖30 水平遮陽板光伏組件  圖31 頂部穹頂光伏發(fā)電 廣州塔玻璃幕墻最高部分（440米~450米）為光伏幕墻，這是目前世界最高的光伏幕墻 。由于光伏組件360度布置，且幕墻位于鋼立柱之內(nèi)，遮擋較多，為適應弱光下的 發(fā)電要求，采用了薄膜發(fā)電組件（圖32）。  圖32 廣州塔幕墻標高440米~450米部分為光伏幕墻， 采用弱光能發(fā)電的半透明薄膜組件 阿聯(lián)酋阿布扎比中央市場光伏幕墻5533m2，功率452kW（圖33）。  圖33 阿聯(lián)酋阿布扎比中央市場光伏幕墻 目前中東采用光伏幕墻最高的建筑是阿聯(lián)酋阿布扎比 CMA 塔樓，76層，385m，在塔樓屋面和朝陽墻面上安裝了光伏組件，年發(fā)電量達30萬kWh（圖34）。  圖34 阿聯(lián)酋阿布扎比 CMA TOWER，385m 5 小 結 經(jīng)過三十年的高速發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界上幕墻產(chǎn)量最大的幕墻大國。目前正努力提高技術水平，加強自主創(chuàng)新能力，推廣新技術應用，力爭由幕墻大國發(fā)展成為幕墻強國。現(xiàn)在，高層建筑的幕墻各種新技術，我國都已經(jīng)占有一席之地，在工程中得到廣泛應用并且技術水平正在快速提高。總結`已有的經(jīng)驗，上升到規(guī)范的內(nèi)容，將對今后我國幕墻技術的發(fā)展起推動作用。 |
