高层建筑幕墙的新结构和新系统

高度400m以上的建筑全部采用玻璃幕墙

据不完全统计，目前设计、在建和建成的高度400m以上的超高层建筑的数量大约如表1所示。

国内外所有超过400m的建筑都采用玻璃幕墙作为外围护结构。超高层建筑外围护结构之所以采用玻璃，是因为玻璃同时具备透光、高强、轻质、耐久四大特点，而这是其他材料不可代替的。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。

 

 

幕墙新结构

（1）网格体系

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，如三向斜交网格系统应用相当广泛。此外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。

     

 

（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，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。

 

     

    

 

 

（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。北京新保利大厦是目前世界最大的单片索网玻璃幕墙，两根主索由150根直径15.2mm的钢绞线组成，拉力达39000kN。

 

         

 

各种面板材料广泛应用

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。

 

                   

 

天津中钢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，整个外墙既是承重结构，又是围护结构。

不锈钢板在超高层建筑中常常非常规使用，纽约比克曼大厦采用了波浪形曲面不锈钢幕墙。

 

 

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。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。

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。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。

 

 

 

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。广州珠江城高度303m，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。目前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kW·h。

 

 

幕墙金属支承结构的防雷

超高层建筑的特殊高度使得它成为吸引雷击的“避雷针”，作为外皮的幕墙金属结构更使超高层建筑屡受雷击。

建筑幕墙的面板里面是由铝合金型材或钢型材组成的支承结构系统。为了保证强大的雷电电流能顺畅导入地下，首先支承结构的各构件都必须电气连通，形成建筑表面的防雷网。然后幕墙这一防雷系统必须与主体结构的防雷系统可靠连接，通过主体结构的防雷导线将雷电引入地下。

这一“自成系统，可靠连接，借路行雷”的设计思想是完全可行的。由金属梁柱构成的防雷网，就像“金钟罩”一样保护了建筑本身。至今所有遭受雷击的超高层建筑，幕墙都未受到损坏。

 

   

 

详细报道请见2013年1月《建筑结构·技术通讯》。