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玻璃幕墙或成为超高层建筑不可代替的墙体形式

发布时间:2019-10-23 16:20:49浏览次数:10154文章出处:异形幕墙设计单位

  建筑幕墙


  建筑幕墙不同于低层建筑常见的混凝土墙体和砌体墙。幕墙石油支承结构体系与面板组成的、可相对于主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。


  幕墙相对于主体结构有一定位移能力,一般位于主体结构面的外侧(有些工程可以是主体结构在外、幕墙结构在内,如广州塔)。在地震、台风作用下,主体结构发生水平位移时,不会强迫幕墙也发生完全相同的面内水平位移,因而幕墙在强震和大风中保持完好,或者有轻微损坏。


  幕墙具有良好的抗震和抗风能力


  超高层建筑在地震和大风中会产生很大的水平位移,所以会采用幕墙来作为外围护结构。振动台实验表明:幕墙可以承受 1/100 至 1/50的位移量。幕墙能承受的位移值远远超出主体结构的位移限值,这就是在地震和台风灾害中,幕墙结构能保持完好或者损害轻微的原因。


  在2008年汶川大地震中经受烈度为9度强震后的建筑物如下图,建筑物的玻璃幕墙石材幕墙都保持完好。

  玻璃幕墙或成为超高层建筑不可代替的墙体形式


  玻璃幕墙或成为超高层建筑不可代替的墙体形式


  玻璃幕墙或成为超高层建筑不可代替的墙体形式


图1 汶川地震后,都江堰、绵阳、青城山等9度区的幕墙

  2016年9月,莫兰蒂台风袭击厦门,风力达14级到17级,风荷载达规范值的1.8到2倍,但是高层建筑玻璃幕墙基本保持完好,幕墙破损的建筑很少(图2)。

玻璃幕墙或成为超高层建筑不可代替的墙体形式


玻璃幕墙或成为超高层建筑不可代替的墙体形式


图2 2016年莫兰迪台风袭击后,厦门高层建筑玻璃幕墙保持完好或损坏轻微

  玻璃同时具备四大特点


  玻璃门窗用于建筑的历史非常久远,甚至于难以考据。玻璃幕墙的应用,则开始于1951年建成的纽约利华大厦,此后迅速成为高层建筑,特别是超高层建筑首选的墙体材料。


  玻璃作为建筑材料,同时具备四大特点:透明、高强、轻质、耐久。而其他墙体材料,都不能同时具备这些特点(表1)。


材料 透明 高强 轻质 耐久
玻璃 O
O
O
O
钢板和不锈钢 × O
O
O**
铝板和钛锌板 ×
×
O
O
混凝土 ×
×
×
O
砖、砌块、石板 ×
×
×
O
聚碳酸酯板 O
×
O
×
ETFE膜材 透光不透明 ×
O
×

墙体材料的性能 表1


  注:O**—碳素钢要采取防腐措施。


  玻璃的透明性:玻璃是透明材料。普通浮法玻璃的可见光透过率为80%。超白玻璃是降低了玻璃中的铁元素,更加晶莹透亮,可见光透过率提升到85%以上。聚碳酸酯板(PVC板)的透光率可达75%~80%。薄膜材料(如ETFE)只能透过漫射光,透光不透明。


  玻璃是高强轻质材料:玻璃是脆性材料,但具有很高的抗拉强度。在常用墙体材料中,其抗拉强度仅次于钢材,远高于其他材料(表2)。

材料 抗拉强度(N/m㎡) 容重(KN/m3)
浮法玻璃 50 25.6
钢化玻璃 180 25.6
钢材 235 78.5
铝型板 108 27.1
混凝土 2~3 25


墙体材料的抗拉强度和容重 表2

  玻璃板的抗弯强度很高,特别是钢化玻璃板。因此玻璃幕墙的玻璃面板很薄,通常为6mm~10mm。即使采用中空玻璃或夹胶中空玻璃,面板由2层或3层玻璃组成,单位面积的重量也不过是0.3kN/m2~0.7kN/m2,远小于混凝土墙体的3.5kN/m2~5.0kN/m2。


  玻璃幕墙的重量大概相当于砖墙、混凝土墙的1/8~1/5湖北艺兴格幕墙装饰工程有限公司,玻璃幕墙的轻质,使得它成为高层建筑和超高层建筑墙体材料的首选。


  金属板(不锈钢板、铝板)虽然也符合轻质墙体的要求,但是金属板不透明,不具备通透、晶莹、飘逸的质感,因而在超高层建筑中不受建筑师的青睐,很少使用。


  没有玻璃幕墙,就没有500m以上的超高摩天大楼


  由于重量太大,强度较低,石材幕墙很少会在400m以上的建筑中采用。同样,400m以上的超高层建筑,由于建筑艺术功能要求的因素,建筑师也不会选择采用金属板材。到了500m以上,几乎清一色玻璃幕墙。可以说,没有玻璃幕墙,就没有500m以上的超高摩天大楼。


  采用玻璃幕墙,外墙的重量大约为建筑物总重量的1/100。这为建筑物高度的向上延伸创造了必要的条件。例如石材幕墙规范,上海环球金融中心,高度495m,建筑物总重量约为80万吨,玻璃幕墙的重量为5000吨,只占建筑物总重量的1/160蒙牛总部石材幕墙设计案例,如果换成传统材料的外墙,墙的重量将增大至8倍,连带梁、柱、基础结构都要增大,建筑物总重量将增加10万t以上。不仅建筑造价增高,而且基础和桩的设计施工都带来更多的困难。

  玻璃幕墙或成为超高层建筑不可代替的墙体形式


  上海中心总重量76万吨,玻璃幕墙重量为总重量的1/100

  目前已建成的世界最高建筑是迪拜哈利法塔,828m;国内已建成最高建筑是上海中心,632m;国内正在施工最高的建筑是武汉绿地中心,636m;正基础施工的最高建筑是苏州中南中心,729m。这些最高建筑无一例外,全部采用玻璃幕墙


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