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为什么高楼大厦需要建筑幕墙?
    2008年01月21日

赵西安

    无论你走过纽约、新加坡、法兰克富和东京的马路,还是漫步于北京、上海、深圳、香港的街头,只要你抬头仰望耸入云天的高楼大厦,都会发现它们几乎无一例外采用建筑幕墙。这些幕墙可能全部是玻璃的,也可能透光部分是玻璃,其它部分会是铝板、石板,以至陶瓷板和其它板材。高楼大厦统统采用幕墙,而不是采用传统的填充墙,这难道是偶然的巧合吗?不是的,除了建筑功能和建筑艺术因素外,还更重要的是安全和节约的考虑。
    我国现行行业标准《高层建筑混混凝土结构技术规程》JGJ3—2002 第4.9.5条明确指出:150m以上的高层建筑外墙宜采用各类建筑幕墙。这就表明从建筑结构的角度,高层建筑也需要幕墙。
    1 什么是建筑幕墙
    建筑幕墙不同于填充墙,它具有以下的特点:
    (1)它是由面板和支承结构组成的完整的结构系统;
    (2)它在自身平面内可以承受较大的变形或者相对于主体结构可以有足够的位移能力;
    (3)它是不分担主体结构所受的荷载和作用的围护结构。
    幕墙通常由面板(玻璃、铝板、石板、陶瓷板等)和后面的支承结构(铝横梁立柱、钢结构、玻璃肋等)组成。这个外墙系统支承在主体结构上,通常包封主体结构。由于面板之间有宽缝,面板与横梁立柱的连接有活动能力,所以幕墙在平面内,可以承受1/100的大变形。幕墙如果采用螺栓、摇臂、弹簧机构与主体结构连接,则可以在两者这间产生大的相对位移,甚至当主体结构侧移达到1/60时,幕墙也不会破坏。
    2 抵抗温度变化需要幕墙
    当外界温度变化时,结构会冷缩热胀。如果不采取措施,夏天会把结构挤弯、压碎,冬天会把结构拉裂、拉断。所以长的路面要分缝,长的建筑也要将温度缝把建筑分成几段,由此减少温度变化的影响。
    长的建筑可以设竖向温度缝,分成数段;可是高的建筑不可能用水平缝切成几段,因为水平分缝后的楼层无法吊挂起来。
    既然无法采用分段的办法将高楼大厦的温度变化问题解决,那只有一条出路:用建筑幕墙将整个结构包封起来,让结构处在室内,温度不再变化,也就不会产生对结构的损害,保证主体结构的安全,这就是高层建筑必须采用幕墙的一个主要原因。
而传统的砖墙、砌块墙是填在梁柱平面的,梁和柱子有部分露在室外大气中,直接受到温度变化的影响。所以填充墙解决不了温度变化的问题,难以在高的建筑中应用。
    3 抵抗地震灾害需要幕墙
    1995年日本阪神大地震、1999年台湾集集大地震,震中烈度都在11度以上,砌体填充墙、常规玻璃窗大量破坏,而幕墙,即使是玻璃幕墙,也很少有震害的报告,震后大多保存完好。
    中国建筑科学研究院结构所进行过七个各种类型建筑幕墙的振动台试验,结论证明:即使当台面输入加速度达到0.9g(相当于10度大震),结构位移达到1/60以上时,幕墙也没有损坏,保持良好性能。
    砌体填充墙在1/1000位移时开裂,1/300位移时破坏,即使在小地震下也会产生破损,中震下会严重破坏。其原因是它在自身平面内变形能力很差,又被填充在主体结构内,不能有相对的位移,被一起振动,最终导致破坏。常规玻璃窗大体上也差不多。因此在地震中震害非常严重。
    建筑幕墙的板面宽缝和特别的角连接构造,使得它可以耐受到1/100~1/60 的大位移、大变形。类似于树叶相对于树枝、幕布相对于台口,无论主体结构怎样摇晃,幕墙都可以安全无恙。
    高楼大厦耸入云霄,地震中强烈摆动,只有幕墙才能保证抗震安全,不会倒塌坠落,防止产生伤亡事故。
    4 幕墙节省结构和基础的费用 
    建筑材料,如钢材、水泥都是高耗能、高造价的材料、节约材料就是节约能耗,节约资源。
    玻璃幕墙的重量只相当于砖墙的1/10,混泥土墙板的1/7;铝板幕墙更轻,370mm砖墙760kg/㎡,200mm空心砖墙250kg/㎡,而玻璃幕墙只有35~40kg/㎡,铝板幕墙只有20~25kg/㎡。一座150m高,外墙面为20000㎡ 的高层建筑,采用幕墙可减轻墙体自身5000t-12000t。这就大大减少了主体结构的材料用量,也减轻了基础的荷载,节约了基础的造价。在上海、天津等软地基上建造超高层建筑,这更起了决定性的作用。
   5 存在的问题是可以解决的
    任何事物都一分为二,兴利除弊才是正确的态度。
    如果玻璃幕墙大面积采用镀膜玻璃,可能会对周围建筑和街道反射阳光,造成干扰。目前已规定了玻璃发射率控制在30%以下,底层部分可采用铝板、石材和玻璃组合幕墙,降低阳光反射的干扰,应该说这个问题可以得到解决,无须过分渲染。据中央电视台报道,2004年全国因车祸导致20万人丧生。我们却未听到因幕墙反光而导致车翻人亡的报告,因此不必高估幕墙的反光危险性。
    2005年7月1日起,《公共建筑节能设计标准》开始实施,铝板幕墙和石板幕墙因为背面有保温层,完全可以满足标准的要求。玻璃幕墙只要合理进行设计,也是可以达到标准的要求的。Low_E中空玻璃幕墙的推广使用,就是一种有力的措施。双层通风幕墙、真空玻璃幕墙的保温性能,已优于传统的墙体材料。节能不节能,不在于是不是玻璃,选用合适的玻璃,采用合理的构造,就完全可以达到节能的标准。“玻璃幕墙不节能”的说法,过于武断、笼统,技术依据也不充分。
     6 小结
    在目前的技术条件下,高楼大厦还得采用建筑幕墙,其他墙体难以代替。建筑幕墙是结构安全的一个重要保障,合理设计、精心施工是我们应有的态度。正如汽车虽然消耗能源、污染空气、造成车祸,但却不会有人因此而拒绝使用;同样我们相信建筑幕墙也会在扬长避短、兴利除弊、技术创新中,得到更大的发展。

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