超高層建筑幕墻面臨機遇與挑戰

　　2.2超大尺寸

　　藝術吸引力根源在于功能、陌生、極端、真善美、假丑和惡的夸張’超大尺寸是其中一種。隨著經濟和建筑技術的飛速發展，建筑外皮的功能性和裝飾性越來越多的受到人們的重視。為了迎合人們曰益多元化的審美方式和使用要求，各種形式的個性建筑越來越多的出現在我們的大街小巷，大尺度的建筑藝術形式也被大量的應用到各類建筑之中。然而，相當一部分的大尺度構件必然會給設計、施工和安裝帶來不小的困難，例如超大門窗構件，裝飾構件等。隨著人們對建筑外皮大尺度構件不斷提出新的、更高的要求，這些都使建筑外皮大尺度構件不斷面臨更多、更新的挑戰。

　　2.2.1大尺度超長的幕墻龍骨

　　我們在設計大尺度的超高舉架框架式玻璃幕墻時，最關心的問題莫過于幕墻龍骨的截面大小，巨大的層高要求幕墻豎框有很強的承載能力，這通常會大大增加幕墻豎框的截面，大多數建筑師往往留給幕墻面到結構的距離都過于狹小，無法容納過大幕墻豎框，這樣更加增加了幕墻設計的難度。如何減小幕墻豎框的截面，加大幕墻豎框的承載能力,這些都是我們在進行這種高層間的大尺度框架幕墻所面臨的挑戰。

　　解決方案：

　　A、碳纖維材料加強豎龍骨

　　碳纖維具有較高的比強度和和高模量，被大量用于復合材料的増強材料。碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7至9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此碳纖維復合材料的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強度愈高，貝購件自重愈小，比模量愈高，則構件的剛度愈大，從這個意義上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景。

　　B、高強度鋼型材龍骨

　　眾所周知，相同截面的情況下鋼材要好于我們常用的鋁合金型材的力學性能。所以我們如果用鋼材取代鋁型材，必然能夠減小大尺度玻璃幕墻龍骨的截面大小。鋼龍骨源于歐洲，到現在已具有近百年的發展歷史，他們的鋼型材精度高，截面較復雜，幕墻系統較為成熟。目前,國內也有不少廠家也已經開始生產這種龍骨玻璃幕墻。

　　2.2.2超高肋駁接全玻璃幕墻玻璃肋

　　由玻璃面板和玻璃肋組成的全玻璃精墻系統，由于其所具有的通透、美觀、大方等許多優點，已經被更多的人所接受,在工程中的應用也越來越多。這種全玻璃幕墻一般在12米以內時，可由單塊玻璃實現，超過12米以上時大多會采取肋駁接的形式實現，這主要是由玻璃生產的限制所決定的。對于超高肋駁接全玻璃幕墻來說，玻璃肋就是幕墻的主受力結構，它是幕墻安全性和可靠性的保證。但是，對于玻璃這種脆性材料的結構來說，目前尚缺少全面而又詳細的理論與試驗而且，對于超高肋駁接全玻璃幕墻這種幕墻類型，規范中也沒有明確的規定。

　　玻璃肋作為幕墻的受力系統，一般都與玻璃面板垂直放置，承受玻璃面板傳來的風荷載及地震荷載。相對來說玻璃類的厚度一般都較薄，在受力計算時玻璃肋板類似于承受平面內荷載的薄板,在風荷載或自重作用下會產生壓應力，一旦壓應力較大，就會發生薄板的局部屈曲失穩現象，因此，玻璃肋的局部穩定性是需要考慮的大問題。所以，在做這種超高肋駁接全玻璃幕墻時，坡璃肋如何做的更結實、更穩定，幕墻系統如何做得更高都是我們所面臨的挑戰。

　　2.2.3其它一些大尺度構件

　　在設計和施工大尺度的構件時常會遇到這樣或那樣的困難，這些困難都是大尺度構件在設計和施工時說面臨的挑戰，需要我們在日常的設計和施工工作中予以克服和解決。可以說大尺度建筑或構件給我們帶來的不光是震撼，是美的享受，還有許多它帶給我們的困難和我們需要面臨的挑戰。

　　在我們常見的建筑中，大尺度構件的應用非常廣泛，任何一件東西只要設計得當都會成為一件震撼的大尺度構件。這些構件往往最能吸引我們的眼球，給我們以視覺上的沖擊，給我們留下深刻的印象。這就是人類藝術史上聞名遐邇的都是些超大尺度藝術品一樣，經久不衰。可以說大尺度的構件所帶給我們的不僅是震撼的沖擊，還有美的享受，它所帶給我們的是震撼之美。

　　2.3超節能

　　能源是人類社會經濟發展和文明進步的重要條件。全世界已普遍認識到，面對即將枯竭的化石能源，必須最大釀地提高能源生產與利用效率，清潔、有效地利用各種能源。最近幾年，隨著LEED (Leadership in Energy and Environmental Design)以及其他綠色建筑認證獲得全球范圍內的認可和普及，零能耗建筑就是綠色建筑設計的特例。零能耗建筑設計對于很多地區的很多建筑類型是可行的。

　　零能耗建筑：

　　零能耗建筑是不消耗常規能源，完全依靠太陽能或者其它可再生能源的建筑，達到節約或

　　者不用傳統化石能源而實現“零排放”的目的，即大大降低其自身排放二氧化碳等溫室氣體，

　　高效循環收集利用再生能源。

　　零能耗建筑的評估方法：

　　A、獨立的零能耗建筑。不依賴外界的能源供應，建筑利用其自身產生的能源獨立運行。這是真正意義上的零能耗建筑。

　　B、收支相抵的零能耗建筑。這種“自循環”式的模式不是不耗能、不排放，而是指建筑在實現低能耗的基礎上補充太陽能、風能和地表能等可再生資源，并且能夠將廢棄的能量回收再利用的模式，達到節約或者不用傳統化石能源的目的。

　　C、使用外部綠色能源的零能耗建筑。在建筑之外利用風能、太陽能、生物質能等這些城市新能源，來支建筑運行的能源需求。

　　D、將上述模式有機結合而成的多樣化零能耗建筑。

　　零能耗建筑的要素：

　　零能耗---對不可再生能源的消耗低，甚至是不消耗不可再生能源。建筑的全部能量來自于太陽能、風能等綠色環保的可再生能源。

　　零排放---能量形式在轉換過程中的損失低，即在消耗能源的過程中沒有碳排放。

　　自循環---把支撐人類活動中無效消耗的能量通過某些裝置貯存起來，以備重新進行有效利用。零能耗建筑以集成可再生能源的節能幕墻為基礎，例如再生能源綜合應用到動力遮陽系統中，這就是適用于零能耗建筑外皮的產品。

　　2.4透明化、纖細化

　　建筑材料是幕墻建設的物質基礎，新材料不斷涌現，使幕墻制造與建造業顯現蓬勃生機，這又帶動了建筑的表現形式推陳出新。這些新材料具有性能好、能源低、占用資源少、重量輕、耐久性好等優點。新材料的大量應用將對房屋建筑幕墻產生極大的影響，建筑幕墻的設計與施工將產生革命性的變化。建筑透明化是其趨勢之一，其中膜結構和全玻璃幕墻是其代表。

　　膜材料及膜結構工程建造技術：

　　膜材料是一種廣泛應用的新型材料，它是由高分子聚合物涂層與基材按照所需的厚度、寬度通過特定的加工工藝粘合而成。可以發揮極大承載力，構筑靈活大空間，并且具有自然生態美外觀。膜結構是建筑結構中最新發展起來的一種形式，它以性能優良的織物及化纖產品為材料，或是向膜內充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結構將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的透明或半透明結構體系。

　　國家游泳中心是北京2008年奧運會主要比賽場館之一，如圖2.4所示，其創意來自于晶瑩剔透的肥皂泡外觀，如圖所示，因其外觀酷似一個藍色方盒子而被形象的稱為“水立方”，主體是由ETFE膜與鋼框架相組合的充氣薄膜結構。

　　加拿大蒙特利爾國際博覽會美國館從自然界的晶體與蜂窩的菱形結構中獲得了啟發，如圖2.4A所示，它仿照一種深海魚類的網狀骨骼結構和放射蟲的組織結構，創造了立體網架的短線彎窿，高度達60m,直徑為76.2m，彎窿外部用塑料敷貼，并可啟閉，夜間燈光照亮，通體透明，猶如星球落地。

　　全玻璃幕墻(玻璃作為承重結構):

　　全玻璃幕墻是隨著玻璃生產技術的提高和產品多樣化而誕生的，它為建筑師創造一個奇特、透明、晶瑩的建筑提供了條件。全玻璃幕墻改變了過去著重用玻璃表現窗戶、表現建筑的傳統手法，而是更多地利用玻璃透明的質感特性，追求建筑物內外空間的流通和融合。人們可以透過玻璃清楚地看到玻璃幕墻的整個結構系統，使這種結構系統從單純的支承作用轉向表現其可見性。由于這種奇特的效果，全玻璃幕墻被各類大型公共建筑(大劇院、會展中心、機場候機樓等)廣泛采用。如圖2.4B

　　全玻璃幕墻已發展成為一個多品種的家族，它包括玻璃肋膠接全玻璃幕墻、桁架式(玻璃肋)點連接全玻璃幕墻、拉索(桿)式點連接全玻璃幕墻。

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