超高层建筑幕墙面临机遇与挑战

　　2.2超大尺寸

　　艺术吸引力根源在于功能、陌生、极端、真善美、假丑和恶的夸张’超大尺寸是其中一种。随着经济和建筑技术的飞速发展，建筑外皮的功能性和装饰性越来越多的受到人们的重视。为了迎合人们曰益多元化的审美方式和使用要求，各种形式的个性建筑越来越多的出现在我们的大街小巷，大尺度的建筑艺术形式也被大量的应用到各类建筑之中。然而，相当一部分的大尺度构件必然会给设计、施工和安装带来不小的困难，例如超大门窗构件，装饰构件等。随着人们对建筑外皮大尺度构件不断提出新的、更高的要求，这些都使建筑外皮大尺度构件不断面临更多、更新的挑战。

　　2.2.1大尺度超长的幕墙龙骨

　　我们在设计大尺度的超高举架框架式玻璃幕墙时，最关心的问题莫过于幕墙龙骨的截面大小，巨大的层高要求幕墙竖框有很强的承载能力，这通常会大大增加幕墙竖框的截面，大多数建筑师往往留给幕墙面到结构的距离都过于狭小，无法容纳过大幕墙竖框，这样更加增加了幕墙设计的难度。如何减小幕墙竖框的截面，加大幕墙竖框的承载能力,这些都是我们在进行这种高层间的大尺度框架幕墙所面临的挑战。

　　解决方案：

　　A、碳纤维材料加强竖龙骨

　　碳纤维具有较高的比强度和和高模量，被大量用于复合材料的増强材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7至9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此碳纤维复合材料的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，贝购件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。

　　B、高强度钢型材龙骨

　　众所周知，相同截面的情况下钢材要好于我们常用的铝合金型材的力学性能。所以我们如果用钢材取代铝型材，必然能够减小大尺度玻璃幕墙龙骨的截面大小。钢龙骨源于欧洲，到现在已具有近百年的发展历史，他们的钢型材精度高，截面较复杂，幕墙系统较为成熟。目前,国内也有不少厂家也已经开始生产这种龙骨玻璃幕墙。

　　2.2.2超高肋驳接全玻璃幕墙玻璃肋

　　由玻璃面板和玻璃肋组成的全玻璃精墙系统，由于其所具有的通透、美观、大方等许多优点，已经被更多的人所接受,在工程中的应用也越来越多。这种全玻璃幕墙一般在12米以内时，可由单块玻璃实现，超过12米以上时大多会采取肋驳接的形式实现，这主要是由玻璃生产的限制所决定的。对于超高肋驳接全玻璃幕墙来说，玻璃肋就是幕墙的主受力结构，它是幕墙安全性和可靠性的保证。但是，对于玻璃这种脆性材料的结构来说，目前尚缺少全面而又详细的理论与试验而且，对于超高肋驳接全玻璃幕墙这种幕墙类型，规范中也没有明确的规定。

　　玻璃肋作为幕墙的受力系统，一般都与玻璃面板垂直放置，承受玻璃面板传来的风荷载及地震荷载。相对来说玻璃类的厚度一般都较薄，在受力计算时玻璃肋板类似于承受平面内荷载的薄板,在风荷载或自重作用下会产生压应力，一旦压应力较大，就会发生薄板的局部屈曲失稳现象，因此，玻璃肋的局部稳定性是需要考虑的大问题。所以，在做这种超高肋驳接全玻璃幕墙时，坡璃肋如何做的更结实、更稳定，幕墙系统如何做得更高都是我们所面临的挑战。

　　2.2.3其它一些大尺度构件

　　在设计和施工大尺度的构件时常会遇到这样或那样的困难，这些困难都是大尺度构件在设计和施工时说面临的挑战，需要我们在日常的设计和施工工作中予以克服和解决。可以说大尺度建筑或构件给我们带来的不光是震撼，是美的享受，还有许多它带给我们的困难和我们需要面临的挑战。

　　在我们常见的建筑中，大尺度构件的应用非常广泛，任何一件东西只要设计得当都会成为一件震撼的大尺度构件。这些构件往往最能吸引我们的眼球，给我们以视觉上的冲击，给我们留下深刻的印象。这就是人类艺术史上闻名遐迩的都是些超大尺度艺术品一样，经久不衰。可以说大尺度的构件所带给我们的不仅是震撼的冲击，还有美的享受，它所带给我们的是震撼之美。

　　2.3超节能

　　能源是人类社会经济发展和文明进步的重要条件。全世界已普遍认识到，面对即将枯竭的化石能源，必须最大酿地提高能源生产与利用效率，清洁、有效地利用各种能源。最近几年，随着LEED (Leadership in Energy and Environmental Design)以及其他绿色建筑认证获得全球范围内的认可和普及，零能耗建筑就是绿色建筑设计的特例。零能耗建筑设计对于很多地区的很多建筑类型是可行的。

　　零能耗建筑：

　　零能耗建筑是不消耗常规能源，完全依靠太阳能或者其它可再生能源的建筑，达到节约或

　　者不用传统化石能源而实现“零排放”的目的，即大大降低其自身排放二氧化碳等温室气体，

　　高效循环收集利用再生能源。

　　零能耗建筑的评估方法：

　　A、独立的零能耗建筑。不依赖外界的能源供应，建筑利用其自身产生的能源独立运行。这是真正意义上的零能耗建筑。

　　B、收支相抵的零能耗建筑。这种“自循环”式的模式不是不耗能、不排放，而是指建筑在实现低能耗的基础上补充太阳能、风能和地表能等可再生资源，并且能够将废弃的能量回收再利用的模式，达到节约或者不用传统化石能源的目的。

　　C、使用外部绿色能源的零能耗建筑。在建筑之外利用风能、太阳能、生物质能等这些城市新能源，来支建筑运行的能源需求。

　　D、将上述模式有机结合而成的多样化零能耗建筑。

　　零能耗建筑的要素：

　　零能耗---对不可再生能源的消耗低，甚至是不消耗不可再生能源。建筑的全部能量来自于太阳能、风能等绿色环保的可再生能源。

　　零排放---能量形式在转换过程中的损失低，即在消耗能源的过程中没有碳排放。

　　自循环---把支撑人类活动中无效消耗的能量通过某些装置贮存起来，以备重新进行有效利用。零能耗建筑以集成可再生能源的节能幕墙为基础，例如再生能源综合应用到动力遮阳系统中，这就是适用于零能耗建筑外皮的产品。

　　2.4透明化、纤细化

　　建筑材料是幕墙建设的物质基础，新材料不断涌现，使幕墙制造与建造业显现蓬勃生机，这又带动了建筑的表现形式推陈出新。这些新材料具有性能好、能源低、占用资源少、重量轻、耐久性好等优点。新材料的大量应用将对房屋建筑幕墙产生极大的影响，建筑幕墙的设计与施工将产生革命性的变化。建筑透明化是其趋势之一，其中膜结构和全玻璃幕墙是其代表。

　　膜材料及膜结构工程建造技术：

　　膜材料是一种广泛应用的新型材料，它是由高分子聚合物涂层与基材按照所需的厚度、宽度通过特定的加工工艺粘合而成。可以发挥极大承载力，构筑灵活大空间，并且具有自然生态美外观。膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，它以性能优良的织物及化纤产品为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的透明或半透明结构体系。

　　国家游泳中心是北京2008年奧运会主要比赛场馆之一，如图2.4所示，其创意来自于晶莹剔透的肥皂泡外观，如图所示，因其外观酷似一个蓝色方盒子而被形象的称为“水立方”，主体是由ETFE膜与钢框架相组合的充气薄膜结构。

　　加拿大蒙特利尔国际博览会美国馆从自然界的晶体与蜂窝的菱形结构中获得了启发，如图2.4A所示，它仿照一种深海鱼类的网状骨骼结构和放射虫的组织结构，创造了立体网架的短线弯窿，高度达60m,直径为76.2m，弯窿外部用塑料敷贴，并可启闭，夜间灯光照亮，通体透明，犹如星球落地。

　　全玻璃幕墙(玻璃作为承重结构):

　　全玻璃幕墙是随着玻璃生产技术的提高和产品多样化而诞生的，它为建筑师创造一个奇特、透明、晶莹的建筑提供了条件。全玻璃幕墙改变了过去着重用玻璃表现窗户、表现建筑的传统手法，而是更多地利用玻璃透明的质感特性，追求建筑物内外空间的流通和融合。人们可以透过玻璃清楚地看到玻璃幕墙的整个结构系统，使这种结构系统从单纯的支承作用转向表现其可见性。由于这种奇特的效果，全玻璃幕墙被各类大型公共建筑(大剧院、会展中心、机场候机楼等)广泛采用。如图2.4B

　　全玻璃幕墙已发展成为一个多品种的家族，它包括玻璃肋胶接全玻璃幕墙、桁架式(玻璃肋)点连接全玻璃幕墙、拉索(杆)式点连接全玻璃幕墙。

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