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（ 中国建筑科学研究院 北京 100013 ） 提 要 目前，高层建筑的幕墙高度向上延伸，承受更大的风压、地震力和温度作用，因而采用多种多样的面板材料和新的构成形式；为适应绿色低碳的要求，新的幕墙体系如双层幕墙和光伏幕墙在超高层建筑中得到应用。本文主要介绍一些新型高层建筑幕墙。 关 键 词 高层建筑 建筑幕墙 幕墙支承结构 光伏幕墙 双层幕墙 1 高度400m以上的建筑全部采用玻璃幕墙 据笔者不完全统计，目前已立项、设计、在建和建成高度400m以上的超高层建筑的数量大约为： 高度 全部 中国内地 港澳台 600m以上 31 17 0 500m以上 56 33 1 400m以上 107 71 3 300m以上 296 196 10  图1 沙特王国大厦1600m，设计  图2 美国迈阿密975m，设计  图3 印度孟买塔725m，在建  图4 首尔传媒塔640m，在建  图5 深圳平安金融645m，在建  图6 武汉国际金融中心636m，在建  图7 天津117大厦600m，在建 部分高度600m以上的建筑见图1~图7。 这些工程，如同国内外所有超过400米的建筑一样，都采用玻璃幕墙作为外围护结构。 玻璃是一种无可代替的建筑材料，它同时具备四大特点：透光，高强，轻质，耐久。而其他常用建筑材料并不同时具有这些特点，这就决定了超高层建筑外围护结构必须采用玻璃。 玻璃透明，玻璃幕墙可以满足建筑采光和建筑艺术的要求；玻璃的抗压强度可达300N/mm2，抗拉强度可达150N/mm2，除钢材外，其他建筑材料难以相比；玻璃几乎不受大气的腐蚀，无须任何防腐措施。 更为可贵的是幕墙玻璃的厚度很小，超高层建筑中所用的玻璃通常单片厚度不超过10mm，中空玻璃两片总厚度不超过20mm，双夹胶中空玻璃的总厚度不超过40mm。这样一来，幕墙结构包括玻璃和金属支承结构的总重量约为35kg/m2~120kg/m2，远小于普通填充墙的重量。 超高层建筑玻璃幕墙的重量，通常只占建筑总重量的1/100~1/120。上海环球金融中心（高度495m）的总重量为80万t，玻璃幕墙重量为5000t，占1/160。如改为其他更重的外围护结构，就会使得墙、梁、柱、桩截面随之加大，不仅重量将增加10万t以上，地基设计施工更为困难。 目前正在设计的沙特王国大厦（高度1600m ），玻璃幕墙的重量为建筑总重量的1/100。可以说如果不采用玻璃幕墙，这样的超高层建筑是难以实现的。 2 幕墙新结构 2.1 网格体系 通常高层建筑幕墙的支承结构采用正交梁柱金属框架系统。随着建筑功能和建筑艺术要求的多样化，新的结构形式得到更多的应用。 三向斜交网格系统应用相当广泛（图8）。  上海港务大楼  杭州浙江日报大楼 图8 采用三向杆件网格结构的玻璃幕墙 六边形是可以填满平面的几何图形之一，因此六边形网格钢结构也常用于幕墙（图9）。  北京通盈中心  上海钢铁交易大厦 墨西哥高层住宅  图9 六边形蜂巢幕墙钢结构 2.2 刚架体系 由钢筋混凝土或钢构件刚性连接成为平面刚架或空间刚架可作为幕墙的支承结构体系（图10、图11）。  图10 迪拜阿尔法塔幕墙由空间刚架支承  图11 迪拜014地块塔楼的变形刚架支承系统 由金属构件和金属面板可以构成变形的刚架式幕墙表皮结构（图12、图13）。  图12 北京康拉德酒店，仿长颈鹿皮毛花纹金属幕墙  图13 罗马尼亚布加勒斯特，仿植物花穗金属幕墙 2.3 索网结构 索网结构是有预拉力的拉索体系，对玻璃幕墙遮挡最小，深受建筑师欢迎。索网的拉力要作用在主体结构上，主体结构设计时应预加考虑。索网在大挠度下工作，通常控制挠度为跨度的1/40~1/60。 北京新保利大厦高度160m，索网晶面形，90mX70m，是目前世界最大的单片索网玻璃幕墙（图14），两根主索由150根15.2mm的钢绞线组成，拉力达39000kN。   图14 北京新保利大厦索网结构支承玻璃幕墙  图15 北京中关村文化商厦，索网70mX29m，横索34mm，竖索24mm   图16 克拉玛依石油指挥中心，索网90mX22m，位于山口，风荷载标准值高达0.95kN/m2 现在索网幕墙已在工程中广泛应用（图15、图16）。 3 各种面板材料广泛应用 由于玻璃同时具有透光性、高强度、重量轻、耐久性这四大特点，别的建筑材料无可代替。因此400m以上超高层建筑幕墙的面板采用玻璃，这种趋势短期内不会改变，但同时金属板也得到局部应用，以满足不同建筑风格和建筑艺术的要求。400m以下的高层建筑，除大量采用玻璃幕墙外，金属和石材幕墙也得到较多应用。 玻璃幕墙的一些新工程见图17。  北京通州彩虹门，高度295m  广州塑料交易中心，金色玻璃，直径147m33层  三亚凤凰岛，高度200m 图17 一些新的玻璃幕墙工程 金属板也是常用的材料之一。 吉隆坡石油双塔高480m，幕墙中造型复杂的非透光部分采用了容易 成型的铝板和不锈钢板，银光闪闪（图22、图23）。 天津钢铁大厦的钢板幕墙充分反映了钢铁材料的特色，不同规格的六边形窗孔在墙面上自然形成明暗相间的条纹。幕墙钢板与外围主体结构合二为一，整个外墙既是承重，又作围护（图18、图19）。   图18 吉隆坡石油双塔，480m ， 非透光部分采用铝板和不锈钢板墙面  图19 天津钢铁大厦，高度303m， 幕墙钢板和外围主体钢柱组合为统一的外墙 不锈钢板在超高层建筑中常常非常规使用，图20为纽约比克曼大厦的波浪形曲面不锈钢幕墙  图20 纽约比克曼大厦波浪形起伏的不锈钢幕墙 1930年纽约洛克菲勒大厦建成，花岗岩幕墙一举突破300m的高度。此后陆续建成了大量300m以上的石材幕墙工程，1931年建成的纽约帝国大厦石材幕墙高达381m，稳居世界最高已经80年。 科威特AL HAMBRO 大厦，主要为玻璃幕墙，两侧采用石灰石幕墙，高达412m（图21、图22）。突破了帝国大厦381m石材幕墙高度的记录。 图20 AL HAMBRO 大厦，412m 图21 侧边混凝土墙面采用石灰石板 历次地震，尤其是2008年汶川大地震表明，按照规范进行设计和施工的石材幕墙都经受了地震的考验，抗震性能良好。日本横滨的里程碑大厦（298m）和东京市政厅（260m）曾经历1995年阪神大地震，2011年3月11日又经受东日本大地震，但其花岗岩复合幕墙无任何震害。我国台湾高雄东帝士大厦378m，采用花岗岩幕墙，也经历了1999年9月21日大地震的考验。  图22 广州广晟大厦313m，石材幕墙高280m  图23 广州银行大厦，石材幕墙高260m 我国内地目前最高的花岗岩幕墙是广州广晟大厦，建筑高度313m，石材幕墙高度280m，采用铝合金梁柱（图22），其次是260m高的广州银行大厦，采用焊接钢结构支承（图23）。 广西北海北部湾一号工程的石材幕墙模拟广西的山水，轮廓起伏，带有溶洞。酒店幕墙最高达200m（图24）。  图24 广西北海，北部湾一号，异型石材幕墙最高 200 m 迪拜帆船酒店高达321米，采用张拉膜作为外幕墙，半透明的外围护材料使室内光线柔和、 富丽堂皇，张拉膜绷紧在两层一道的水平拱梁上（图25）。 图25 迪拜帆船酒店，321m，,膜材紧绷在水平钢结构上 4 双层通风幕墙和光伏幕墙 双层通风幕墙在超高层建筑中已得到应用。632m高的上海中心采用了间距很大的两道玻璃幕墙，外幕墙由钢管吊杆悬挂在水平钢结构上（图26）。日本名古屋站前大厦为螺旋形外玻璃幕墙，采用内循环通风系统（图27）。 广州珠江城高度303米，同时具有双层通风幕墙、光伏采光顶、光伏遮阳板和风力发电装置，是一座典型的绿色建筑（图28）。幕墙立面分为三段，各段之间的空间安装了两组轴流式风力发电机。内外幕墙之间的空间为内循环的热通道（图29），空气由架空地板抽出，经过热通道进入吊顶内的回风管，再返回架空地板，如此循环不已，大大改善室内的工作环境。珠江城山墙各层水平遮阳板均为光伏玻璃（图30），顶部拱形部分也安装了光伏组件（图31）。  图26 上海中心外幕墙（左）与内幕墙（右）  图27 名古屋站前大厦双层幕墙  图28 广州珠江城，绿色建筑  图29 内循环通风幕墙  图30 水平遮阳板光伏组件  图31 顶部穹顶光伏发电 广州塔玻璃幕墙最高部分（440米~450米）为光伏幕墙，这是目前世界最高的光伏幕墙 。由于光伏组件360度布置，且幕墙位于钢立柱之内，遮挡较多，为适应弱光下的 发电要求，采用了薄膜发电组件（图32）。  图32 广州塔幕墙标高440米~450米部分为光伏幕墙， 采用弱光能发电的半透明薄膜组件 阿联酋阿布扎比中央市场光伏幕墙5533m2，功率452kW（图33）。  图33 阿联酋阿布扎比中央市场光伏幕墙 目前中东采用光伏幕墙最高的建筑是阿联酋阿布扎比 CMA 塔楼，76层，385m，在塔楼屋面和朝阳墙面上安装了光伏组件，年发电量达30万kWh（图34）。  图34 阿联酋阿布扎比 CMA TOWER，385m 5 小 结 经过三十年的高速发展，我国已经成为世界上幕墙产量最大的幕墙大国。目前正努力提高技术水平，加强自主创新能力，推广新技术应用，力争由幕墙大国发展成为幕墙强国。现在，高层建筑的幕墙各种新技术，我国都已经占有一席之地，在工程中得到广泛应用并且技术水平正在快速提高。总结`已有的经验，上升到规范的内容，将对今后我国幕墙技术的发展起推动作用。 |
