我国建筑幕墙从1978年开始起步,经过30多年发展,特别是二十世纪初90年代的高速发展,到二十一世纪初,我国已发展成世界第一幕墙生产大国和使用大国。二十一世纪头十年(2001年~2010年)我国建筑幕墙又继续迅猛发展,十年产量(统计或预计)如下表。
带*者为中国建筑金属结构协会统计参数。
我国建筑幕墙的发展离不开我国硅酮密封胶的发展,建筑幕墙和硅酮密封胶同步发展,两者相互支持,相互依存。建筑幕墙用硅酮密封胶固定玻璃和玻璃间填缝是建筑幕墙技术革命的最重大进展,使建筑幕墙技术进入了一个新发展阶段。隐框玻璃幕墙用硅酮结构密封胶将镀膜玻璃固定在铝框上,外侧没有框料,且由于镀膜玻璃的单向透像特性,也看不到玻璃后面的框料,形成一个完整的玻璃平面,它是融建筑功能、建筑技术、建筑艺术于一体的建筑外围护构件。它既改革了围护结构又创新了建筑立面艺术处理技法。隐框玻璃幕墙用硅酮结构密封胶将镀膜玻璃固定在铝框上,铝框料在室内,不与室外空气接触,如果采用了中空玻璃,就具有良好的热工性能。隐框玻璃幕墙在建筑艺术上最大突破是将光艺术引进了围护结构,使建筑物富有光的质感。一些其它外墙饰面材料(如磨光花岗石板)具有一定的镜面效果,但仅是光艺术的部分效果;隐框玻璃幕墙则将光的质感、光辉、光的透射、反射、折射全部功能集于一体。当光照在大面积隐框玻璃幕墙上时,由于玻璃具有和光相似的性质,能创造出光艺术的奇特效果。隐框玻璃幕墙用的镀膜玻璃的镀膜层极薄,使它在迎光面具有镜子的特性,而在背光面则又如窗玻璃那样透明,这种奇特的特性,给人造成视觉上的多种可能性。当人们站在镀膜玻璃建筑前,展现在眼前的是一幅连续反映周围景色的画面——错落有致的建筑群,蓝天白云相间的天空,随风飘动的花草树木,马路上的车水马龙,它们随晨昏、四季而变化。这些景观使建筑物自然地融合于室外环境之中,成为它们的组成部分,从而取得很好环境艺术效果。但却看不到内部景物。当进入建筑物内部,人们看到的是内部装修与外景融为一体,形成无限开阔的空间,天然光通过大面种玻璃入射到室内,使室内光线充足,亮度平衡,创造明亮的光环境,使室内外达到透明透视效果,且随晨昏的转移,室内光环境不断变化,使人们在生理与心理上得到满足,这就是玻璃与光形成的综合的艺术效果。
从1989年开始我国大规模使用用硅酮密封胶固定玻璃的隐框玻璃幕墙,从此我国建筑幕墙的发展如日中天,隐框玻璃幕墙迅猛进展,从1991年的85万m2增加到2000年的1150万m2,2000年是1991年的13.5倍(见下表)。
全玻璃幕墙是随玻璃生产技术的提高和产品的多样化而诞生的,它为建筑师创造一个奇特、透明、晶莹的建筑提供了条件,全玻璃幕墙已发展成一个多品种的幕墙家族,它包括玻璃梁(肋)胶接全玻璃幕墙、点式连接全玻璃幕墙和拉索式全玻璃幕墙。它改变了过去着重用玻璃来表现窗户、表现建筑、表现质感、表现体型的传统手法,而是更多地利用玻璃透明的特性,追求建筑物内外空间的流通和融合,人们可以透过玻璃请楚地看到支承玻璃的整个结构系统,使这种结构系统从单纯的支承作用转向表现其可见性。
玻璃梁(肋)胶接全玻璃幕墙(不管是后置式、骑缝式还是平齐式、突出式)、点式连接全玻璃幕墙、单层索网玻璃幕墙由于具有良好通透性而受到青睐。单层索网玻璃幕墙分为单向单层索与玻璃组合体系和双向单层索网体系。如果单向单层索之间没有横向索把它们互相连接起来,就未形成结构体系,就会因整体失稳而破坏,就要把玻璃作为单向单层索的横向结构,即考虑玻璃的作用才能形成稳定的结构。双向单层索网体系靠双向索组成的索网形成稳定的结构。正因为有了这种奇特效果才使这种玻璃幕墙发展到今天的规模(约300万m2/年)。
我国幕墙事业为何能如此高速发展,可以总结为以下三点:
一.我国幕墙事业发展的模式与国外不一样,国外发展是以企业为主的发展模式,我国幕墙事业的发展是以协会为中心的社会发展模式。
我国建筑铝合金玻璃幕墙是由若干航空、有色金属、钢(铝)窗厂引进日本、美国等国技术开始起步的,这些企业遵循“教会徒弟,饿死师傅”的教训,严格控制技术外传,全国产品很少,二十世纪八十年代初国家开始着手陆续建立行业协会(中国建筑装饰协会铝制品委员会、中国建筑金属结构协会门窗委员会)时也只有几十家企业,在协会主持下各企业走出封闭状态,将非核心技术拿来进行交流,协会开始编制有关资料并成立专家组,编制培训教材并举办学习班,由于专家组有企业以外各行业专家参加,将与幕墙有关的建筑学、结构力学、材料学引入教材,逐步形成比较完整的设计模式(该模式的主要框架延伸到现在),还以这些模式为基础编写出了各种设计软件,并且以设计模式(计算软件)编制的教材举办学习班。使全国各企业走上了基本统一模式的设计局面。这种模式推动了幕墙发展,也简化了设计计算,并在一定程度上提高了幕墙设计的可靠度,全国举办了上百期培训班,参加学习的有数万人次,因为有了如此巨大的技术力量,幕墙企业迅猛发展,至2005年全国有一级企业近200家、二级企业800多家、三级企业数千家,还有为数不少的个体工商户从事零星工程施工。这就使建筑幕墙遍地开花,遍及城乡各地,不仅大中城市重大工程采用,高山雪地也有分布,连农村民居同样使用幕墙。
随着幕墙大发展参与幕墙技术开发的部门、单位也不断壮大,除了幕墙企业,科研院所、高等院校也纷纷从事幕墙技术的研究开发,研究队伍不断壮大,层次也不断升高,其中不乏工程院院士、教授(博导),很多单位还建立了博士后站,全国参加以幕墙研究课题的博士,硕士数以百计,发表的论文上千篇,涉及各个领域,各个方面研究成果层出不穷。幕墙企业的设计力量也非常壮大,他们中不少有博士、硕士学历,有几家幕墙企业的设计部门设计人员就有2000至3000人,使我国幕墙技术呈现全民参与的雄伟场面,正是有如此雄厚的技术力量,在以协会为中心、专家组为核心的模式引导下,形成幕墙技术大交流、促使幕墙技术人员思想大解放,也由于以协会为中心,专家组为核心的体制使幕墙大发展中的难题一一攻克,使幕墙新技术、新工艺、新产品大量涌现,并及时大力推广,迅速转化为生产力。
二.技术创新是我国幕墙事业快速发展的灵魂。
1.原始创新
我国在世界上第一个制定了《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》,它是在总结幕墙抗震实践基础上的原始创新,它的意义不在于试验(试验方法只是检验和证明抗震性能是否有效),而是它创造性的指出了建筑幕墙抗震原理,在地震时,地震会对建筑幕墙产生加速度反应和变形反应,其中由于地震使建筑幕墙依附的主体结构产生层间位移,迫使建筑幕墙平面位移,建筑幕墙的平面内变形要适应主体结构和层间位移,幕墙才能不会破坏,我国幕墙规范根据这一创新理念,规定平面变形按主体结构楼层弹性层间变位角的三倍进行设计。王亚勇所长在他的文章《汶川地震建筑震害启示——抗震概念设计》一文中指出:‘令人意外的是玻璃幕墙在地震时并没有大量脱落伤人,大部分表现良好,尽管地震动强度达到“大震水准”,主体结构已有损坏,隔墙和吊顶也大量破坏,玻璃幕墙却完好无损。可见这种幕墙设计具有良好的变形能力。《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102—2003)第4.2.6条规定:“玻璃幕墙平面内变形性能,…抗震设计时,应按主体结构的弹性层间位移角限值的3倍进行设计。”对于明框幕墙的玻璃与槽口的配合尺寸作了规定(见第4.3.12条、9.5.2条和9.5.3条)。主体结构的弹性层间位移角限值的3倍相当于“中震水准”下主体结构保持弹性的最大层间位移角限值,相当于“大震”作用时结构的弹塑性位移值。各类玻璃幕墙中,明框幕墙的主要问题是框架本身的变形过大导致玻璃挤碎,但是,如果框架的变形得到控制,也能保证玻璃的安全;隐框幕墙由于在伸缩缝处受到撞击或硅酮结构密封胶承载力降低均可能造成玻璃脱落。’
2. 集成创新
我国建筑幕墙发展处在世界新技术大发展的潮流中,将与幕墙有关的新技术进行集成。我国许多重大幕墙新技术、新工艺、新产品都是集成创新的成果。新保利90m×68m折面单层索网幕墙是在集成气弹性风动实验,振动台抗震试验基础上进行的,在施工中又集成了主桁架液压穿心千斤顶整同步提升技术;悬挂特式吊楼平衡技术、主索张拉技术等,才有世界上最大的别具一格造型的单索网幕墙诞生。广州新白云机场点支式幕墙8.15万平方米,一个工程用如此量大的点支式幕墙世界实属罕见,为规避风险,在设计过程中对点支式幕墙进行了足尺试验,并与数学模型计算机分折结果对比,集成了试验技术与计算分折,使设计可靠度更强。其他如“水立方”、“鸟巢”、“CCTV”主楼、国家大剧院及其他各种异形幕墙(上海中心、中国航海博物馆等)都是集成钢结构新技术,异形表面放样技术等的结晶。
3. 消化、吸收再创新
单层索网玻璃幕墙是国外开发的,但没有人给我们提供建造单层索网玻璃幕墙整套技术,完全靠自己摸索,单层索网玻璃幕墙最早出现在德国,在德国也用得很多,但德国是一个非抗震设防国家,因此,它不可能提供中国这个多强烈地震国家有抗震设防的要求的单层索网幕墙的设计计算方法,这个任务要中国工程技术人员来完成。北京土城电话局信息港四季中庭是在两座建筑间设共享空间,它的外壁要采用单层索网幕墙,根据抗震设计计算,这两座建筑物在设防烈度下,其顶部位移达170mm,钢索不可能有如此大伸长,即两座建筑顶部位移达到170mm时,势必将钢索拉断,在设计时采用了过载保护器,过载保护器装有压缩量为170mm的弹簧。钢索用保险索与锚定结构连接,当钢索内力达到容许应力时,保险索自动断开(即保险索破断拉力的钢索的容许应力)钢索支承在弹簧装置的顶板上,由弹簧装置调节170mm位移,免使钢索破断。
三.正确引导舆论导向,促使幕墙事业健康发展。
和任何新生事物一样,玻璃幕墙从他诞生之日起,社会上就有不同声音,加上某些媒体出于自身炒作需要,散布各种似是而非的消息,扰乱人们的思想,个别报刊无中生有,制造假新闻,2005年北京某报在“《公共建筑节能设计标准》宣判玻璃幕墙死刑”一文中称:“要对玻璃幕墙杀无赦、斩立决”,中国幕墙网开辟专栏进行讨论,业内很多专家纷纷撰文指出:“《公共建筑节能设计标准》宣判玻璃幕墙死刑”是无中生有的假新闻,并从正面宣讲了《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005以及随后建设部发布的《关于发展节能省地型住宅和公共建筑的指导意见》和《民用建筑节能管理规定》等文件,用正确的观点统一幕墙大军思想,指导幕墙事业沿正确道路高歌猛进。
任何发展模式都可能是双刃剑,在它带来高速发展的同时又埋下了影响发展的种子,由于从设计到计算都是基本统一的模型及按基本统一模型编制的计算软件(而且软件计算方法多采用查表方法,它具有直观,查核方便的特点),就使它根深蒂固地植根于社会的方方面面(从建筑设计单位、幕墙设计单位、施工图审查单位、到工程监理单位、建筑工程质监单位等),但随之而来的是形成“尾大不掉”的局面,幕墙技术在不断发展,新技术、新工艺、新产品层出不穷,但流传在社会各处的技术理念、设计模型、计算软件不能随之快速更新(即使更新了也不能全面进入使用)这就从管理层面形成一股限制、阻止三新应用的力量,幕墙企业为了生存只用屈服于它,躺在陈旧技术上混日子,使日新月异的幕墙新技术、新工艺、新产品不能及时应用到新工程中去。
由于存在以上守旧局面,一些国外幕墙顾问(咨询)公司,打着“新理念”的招牌趁虚而入,而我国建设主管部门管理跟不上(很大一部分省、市、计划单列市建设主管部门不知道建设部有关管理的文件,如建设部、商务部第114号令、第122号令、第155号令),使这些公司处于无人管理状态,无证经营。这些公司以甲方顾问地位对幕墙企业发号施令,实际上这些幕墙顾问(咨询)公司既不知道我国法律、政策、标准、规范,对幕墙也是一知半解,甚至是错误的,个别的幕墙顾问(咨询)公司和国外某些材料供应商串通,为其推销产品,对我国幕墙事业危害极大。
在总结的基础上提出几点探索前进的方向建议:
一. 以管理创新来带动技术创新,强化技术创新力度,加强行业协调,促使幕墙事业健康发展,使我国幕墙技术水平上一个新台阶。
二. 采用抗震性能化设计,使建筑幕墙具有更具体或更高的抗震设防目标。
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规定:
1.0.1 按本规范进行抗震设计的建筑,其基本的抗震设防目标是:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,主体结构不受损坏或不需修理可继续使用;当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时,可能发生损坏,但经一般修理仍可继续使用;当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。使用功能或其他方面有专门要求的建筑,当采用抗震性能化设计时,具有更具体或更高的抗震设防目标。
《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223规定:
3.0.2 建筑工程应分为以下四个抗震设防类别:
1特殊设防类:指使用上有特殊设施,涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果,需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。
2 重点设防类:指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑,以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果,需要提高设防标准的建筑。简称乙类。
3.0.3 各抗震设防类别建筑的抗震设防标准,应符合下列要求:
2 重点设防类,应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施;但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施;地基基础的抗震措施,应符合有关规定。同时,应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。
3 特殊设防类,应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施;但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时,应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。
GB50223要求重点设防类建筑工程,在地震时使用功能不能中断,这意味着这类建筑工程在第三水准烈度(罕遇烈度)地震作用下,不单单是不能倒塌,而是要求主体结构完好,围护构件基本完好(如玉树机场航站楼),这就要按GB50011-2010第1.0.1条“……使用功能或其他方面有专门要求的建筑,当采用抗震性能化设计时,具有更具体或更高的抗震设防目标。”即达到“小震不坏、中震可修、大震可用”。
GB50223要求重点(特殊)设防类建筑工程,应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施。就要求重点(特殊)设防类建筑工程按主体结构弹塑性层间位移角限值[θp]进行设计。汶川地震、玉树地震震害经验表明,幕墙在结构总体安全时,可以满足大震后继续使用的要求的。我国上百次建筑幕墙振动台抗震试验中也证明这些要求只要选型正确、构造措施得当是完全可以实现的。
三. 创建中国的建筑幕墙国际标准。
经济全球化极大地加剧了国际间的产业竞争,技术标准作为产业竞争的重要手段,是未来社会经济发展的战略制高点。技术标准的竞争能力和水平,已经成为评估各国产业核心竞争力的重要依据,更是体现各国政府执政能力、创新能力的标志。
“国家技术标准落后,其他工作都要落后”。“当今世界谁掌握了标准的制定权,谁就在一定程度上掌握了技术和经济竞争的主动权。”就是说谁掌握了标准的制定权,谁的技术成为标准,谁就掌握了市场的主动权。标准影响的是一个产业,甚至是一个国家的竞争力。如果一个国家的技术标准达不到国际标准,在出口方面就会受到越来越多的限制,成为扩大出口的障碍;进口方面亦然。如果技术标准不够完善和统一,技术手段落后,很难起到合理、有效保护本国民族产业的目的。正所谓“三流的企业卖产品,二流的企业卖技术,一流的企业卖专利,超一流的企业卖标准。”20世纪经济发展的经验表明,谁制定的标准一旦为世界所认可,谁就会从中获得莫大的市场和经济利益。因此,标准化的问题已成为国家经济竞争,包括科技竞争当中一个重要的组成部分。随着经济全球化进程的加快,技术标准已经成为世界各国发展贸易、保护民族产业、规范市场秩序、推动技术进步和实现高新技术产业化的重要手段,在经济和社会发展中发挥着越来越重要的作用。
但长期以来,由于缺乏对技术标准工作的足够重视,缺乏对一些重点领域关键技术标准深入系统的研究,我国技术标准总体水平偏低,在采用国际标准化方面明显低于发达国家水平,虽然我国已成世界幕墙第一使用大国和世界幕墙第一生产大国,但由我国主导制定的国际标准更是寥寥无几。在多数情况下,我们只能被动地执行国外或国际标准,这样就很容易受制于人。由于经营体制和运行机制等方面的原因,我国目前标准的制定与相关技术的研究存在脱节现象,尤其是在高新技术领域,标准制定不能及时适应市场及技术快速变化和发展的需求。这种脱节不仅造成标准水平低,而且导致标准滞后,不可避免地会影响我国高技术产业的国际竞争力。我们力争在今后5至10年内,研制出一批重要技术标准,填补一批与重要技术标准研制相关的检测手段、方法和计量标准的空白,并使之成为相关产品和技术的国际公认标准。从现在开始进行重点领域重要技术标准研制的战略运作,并根据“整体设计、重点突破、分类实施、滚动支持”的原则加快研究和实验,尽快缩小我国在工农业产品和重要技术方面的各类标准与国际标准的差距。
俗话说,“标准为王”。随着全球化的进展,标准对国家利益具有越来越重要的意义。近年来,国际贸易新壁垒也主要体现在技术标准上。由于历史的原因,国际标准大多由美欧等发达国家制定,中国参与制定的还不到千分之二。在现代经济体制下,掌握了标准就等于掌握了市场的主动权,否则就只能跟在别人后面搞替代加工。标准背后反映的是企业竞争力,隐藏着国家利益的冲突和争夺市场的较量。
就此而言,中国企业要走出去,就必须认真研究国际“标准战争”的竞争策略,并根据国情和WTO的有关规定,灵活选择和运用有效的竞争策略,创造制胜机会。现代企业对创新的追求已经不仅是研发一两件新产品,而是创立一个新标准。中国企业有必要加大研发投入,提高技术创新能力,勇于创建自己的国际标准。我国IT行业创建3D、准4D标准为我们树立了榜样。中国推出自己的标准并争取国际同行认可是无可非议的。当前,中国的标准战略在执行过程中还会出现这样或那样的问题,仍存在需要不断调整和改进的地方,但最重要的是我们已迈出了第一步。真正的国际标准不能总以美欧为准,不能总以美欧企业的设计为准。中国企业,应该也能够在全球标准化的领域里占据一席之地。
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