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    為什么高樓大廈需要建筑幕墻?
        2008年01月21日

    趙西安

        無論你走過紐約、新加坡、法蘭克富和東京的馬路,還是漫步于北京、上海、深圳、香港的街頭,只要你抬頭仰望聳入云天的高樓大廈,都會發現它們幾乎無一例外采用建筑幕墻。這些幕墻可能全部是玻璃的,也可能透光部分是玻璃,其它部分會是鋁板、石板,以至陶瓷板和其它板材。高樓大廈統統采用幕墻,而不是采用傳統的填充墻,這難道是偶然的巧合嗎?不是的,除了建筑功能和建筑藝術因素外,還更重要的是安全和節約的考慮。
        我國現行行業標準《高層建筑混混凝土結構技術規程》JGJ3—2002 第4.9.5條明確指出:150m以上的高層建筑外墻宜采用各類建筑幕墻。這就表明從建筑結構的角度,高層建筑也需要幕墻。
        1 什么是建筑幕墻
        建筑幕墻不同于填充墻,它具有以下的特點:
        (1)它是由面板和支承結構組成的完整的結構系統;
        (2)它在自身平面內可以承受較大的變形或者相對于主體結構可以有足夠的位移能力;
        (3)它是不分擔主體結構所受的荷載和作用的圍護結構。
        幕墻通常由面板(玻璃、鋁板、石板、陶瓷板等)和后面的支承結構(鋁橫梁立柱、鋼結構、玻璃肋等)組成。這個外墻系統支承在主體結構上,通常包封主體結構。由于面板之間有寬縫,面板與橫梁立柱的連接有活動能力,所以幕墻在平面內,可以承受1/100的大變形。幕墻如果采用螺栓、搖臂、彈簧機構與主體結構連接,則可以在兩者這間產生大的相對位移,甚至當主體結構側移達到1/60時,幕墻也不會破壞。
        2 抵抗溫度變化需要幕墻
        當外界溫度變化時,結構會冷縮熱脹。如果不采取措施,夏天會把結構擠彎、壓碎,冬天會把結構拉裂、拉斷。所以長的路面要分縫,長的建筑也要將溫度縫把建筑分成幾段,由此減少溫度變化的影響。
        長的建筑可以設豎向溫度縫,分成數段;可是高的建筑不可能用水平縫切成幾段,因為水平分縫后的樓層無法吊掛起來。
        既然無法采用分段的辦法將高樓大廈的溫度變化問題解決,那只有一條出路:用建筑幕墻將整個結構包封起來,讓結構處在室內,溫度不再變化,也就不會產生對結構的損害,保證主體結構的安全,這就是高層建筑必須采用幕墻的一個主要原因。
    而傳統的磚墻、砌塊墻是填在梁柱平面的,梁和柱子有部分露在室外大氣中,直接受到溫度變化的影響。所以填充墻解決不了溫度變化的問題,難以在高的建筑中應用。
        3 抵抗地震災害需要幕墻
        1995年日本阪神大地震、1999年臺灣集集大地震,震中烈度都在11度以上,砌體填充墻、常規玻璃窗大量破壞,而幕墻,即使是玻璃幕墻,也很少有震害的報告,震后大多保存完好。
        中國建筑科學研究院結構所進行過七個各種類型建筑幕墻的振動臺試驗,結論證明:即使當臺面輸入加速度達到0.9g(相當于10度大震),結構位移達到1/60以上時,幕墻也沒有損壞,保持良好性能。
        砌體填充墻在1/1000位移時開裂,1/300位移時破壞,即使在小地震下也會產生破損,中震下會嚴重破壞。其原因是它在自身平面內變形能力很差,又被填充在主體結構內,不能有相對的位移,被一起振動,最終導致破壞。常規玻璃窗大體上也差不多。因此在地震中震害非常嚴重。
        建筑幕墻的板面寬縫和特別的角連接構造,使得它可以耐受到1/100~1/60 的大位移、大變形。類似于樹葉相對于樹枝、幕布相對于臺口,無論主體結構怎樣搖晃,幕墻都可以安全無恙。
        高樓大廈聳入云霄,地震中強烈擺動,只有幕墻才能保證抗震安全,不會倒塌墜落,防止產生傷亡事故。
        4 幕墻節省結構和基礎的費用 
        建筑材料,如鋼材、水泥都是高耗能、高造價的材料、節約材料就是節約能耗,節約資源。
        玻璃幕墻的重量只相當于磚墻的1/10,混泥土墻板的1/7;鋁板幕墻更輕,370mm磚墻760kg/㎡,200mm空心磚墻250kg/㎡,而玻璃幕墻只有35~40kg/㎡,鋁板幕墻只有20~25kg/㎡。一座150m高,外墻面為20000㎡ 的高層建筑,采用幕墻可減輕墻體自身5000t-12000t。這就大大減少了主體結構的材料用量,也減輕了基礎的荷載,節約了基礎的造價。在上海、天津等軟地基上建造超高層建筑,這更起了決定性的作用。
       5 存在的問題是可以解決的
        任何事物都一分為二,興利除弊才是正確的態度。
        如果玻璃幕墻大面積采用鍍膜玻璃,可能會對周圍建筑和街道反射陽光,造成干擾。目前已規定了玻璃發射率控制在30%以下,底層部分可采用鋁板、石材和玻璃組合幕墻,降低陽光反射的干擾,應該說這個問題可以得到解決,無須過分渲染。據中央電視臺報道,2004年全國因車禍導致20萬人喪生。我們卻未聽到因幕墻反光而導致車翻人亡的報告,因此不必高估幕墻的反光危險性。
        2005年7月1日起,《公共建筑節能設計標準》開始實施,鋁板幕墻和石板幕墻因為背面有保溫層,完全可以滿足標準的要求。玻璃幕墻只要合理進行設計,也是可以達到標準的要求的。Low_E中空玻璃幕墻的推廣使用,就是一種有力的措施。雙層通風幕墻、真空玻璃幕墻的保溫性能,已優于傳統的墻體材料。節能不節能,不在于是不是玻璃,選用合適的玻璃,采用合理的構造,就完全可以達到節能的標準。“玻璃幕墻不節能”的說法,過于武斷、籠統,技術依據也不充分。
         6 小結
        在目前的技術條件下,高樓大廈還得采用建筑幕墻,其他墻體難以代替。建筑幕墻是結構安全的一個重要保障,合理設計、精心施工是我們應有的態度。正如汽車雖然消耗能源、污染空氣、造成車禍,但卻不會有人因此而拒絕使用;同樣我們相信建筑幕墻也會在揚長避短、興利除弊、技術創新中,得到更大的發展。

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