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【 第一幕墻網(wǎng) 】
（ 中國建筑科學(xué)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(fēng)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(gòu)成形式；為適應(yīng)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(yīng)用。本文主要介紹一些新型高層建筑幕墻。 關(guān) 鍵 詞 高層建筑 建筑幕墻 幕墻支承結(jié)構(gòu) 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(shè)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(shè)計  圖2 美國邁阿密975m，設(shè)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(jié)構(gòu)。 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(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)包括玻璃和金屬支承結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(shè)計施工更為困難。 目前正在設(shè)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(jié)構(gòu) 2.1 網(wǎng)格體系 通常高層建筑幕墻的支承結(jié)構(gòu)采用正交梁柱金屬框架系統(tǒng)。隨著建筑功能和建筑藝術(shù)要求的多樣化，新的結(jié)構(gòu)形式得到更多的應(yīng)用。 三向斜交網(wǎng)格系統(tǒng)應(yīng)用相當廣泛（圖8）。  上海港務(wù)大樓  杭州浙江日報大樓 圖8 采用三向桿件網(wǎng)格結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) 2.2 剛架體系 由鋼筋混凝土或鋼構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)件和金屬面板可以構(gòu)成變形的剛架式幕墻表皮結(jié)構(gòu)（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(jié)構(gòu) 索網(wǎng)結(jié)構(gòu)是有預(yù)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(jié)構(gòu)上，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)預(yù)加考慮。索網(wǎng)在大撓度下工作，通常控制撓度為跨度的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(jié)構(gòu)支承玻璃幕墻  圖15 北京中關(guān)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(fēng)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(yīng)用（圖15、圖16）。 3 各種面板材料廣泛應(yīng)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(yīng)用，以滿足不同建筑風(fēng)格和建筑藝術(shù)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(yīng)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(fù)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(jié)構(gòu)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(cè)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(cè)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(shè)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(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上 4 雙層通風(fēng)幕墻和光伏幕墻 雙層通風(fēng)幕墻在超高層建筑中已得到應(yīng)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(jié)構(gòu)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(fēng)系統(tǒng)（圖27）。 廣州珠江城高度303米，同時具有雙層通風(fēng)幕墻、光伏采光頂、光伏遮陽板和風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(yīng)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(jié) 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(shù)水平，加強自主創(chuàng)新能力，推廣新技術(shù)應(yīng)用，力爭由幕墻大國發(fā)展成為幕墻強國�，F(xiàn)在，高層建筑的幕墻各種新技術(shù)，我國都已經(jīng)占有一席之地，在工程中得到廣泛應(yīng)用并且技術(shù)水平正在快速提高。總結(jié)`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(shù)的發(fā)展起推動作用。 |
