超高層建筑幕墻面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)

　　2.2超大尺寸

　　藝術(shù)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(jīng)濟(jì)和建筑技術(shù)的飛速發(fā)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(xiàn)在我們的大街小巷，大尺度的建筑藝術(shù)形式也被大量的應(yīng)用到各類建筑之中。然而，相當(dāng)一部分的大尺度構(gòu)件必然會給設(shè)計、施工和安裝帶來不小的困難，例如超大門窗構(gòu)件，裝飾構(gòu)件等。隨著人們對建筑外皮大尺度構(gòu)件不斷提出新的、更高的要求，這些都使建筑外皮大尺度構(gòu)件不斷面臨更多、更新的挑戰(zhàn)。

　　2.2.1大尺度超長的幕墻龍骨

　　我們在設(shè)計大尺度的超高舉架框架式玻璃幕墻時，最關(guān)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(qiáng)的承載能力，這通常會大大增加幕墻豎框的截面，大多數(shù)建筑師往往留給幕墻面到結(jié)構(gòu)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(shè)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(jìn)行這種高層間的大尺度框架幕墻所面臨的挑戰(zhàn)。

　　解決方案：

　　A、碳纖維材料加強(qiáng)豎龍骨

　　碳纖維具有較高的比強(qiáng)度和和高模量，被大量用于復(fù)合材料的増強(qiáng)材料。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)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(fù)合材料的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，貝購件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，從這個意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景。

　　B、高強(qiáng)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(xué)性能。所以我們?nèi)绻�用鋼材取�?a href='../../zsk/ct.asp?id=3129' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>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(xiàn)在已具有近百年的發(fā)展歷史，他們的鋼型材精度高，截面較復(fù)雜，幕墻系統(tǒng)較為成熟。目前,國內(nèi)也有不少廠家也已經(jīng)開始生產(chǎn)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(tǒng)，由于其所具有的通透、美觀、大方等許多優(yōu)點，已經(jīng)被更多的人所接受,在工程中的應(yīng)用也越來越多。這種全玻璃幕墻一般在12米以內(nèi)時，可由單塊玻璃實現(xiàn)，超過12米以上時大多會采取肋駁接的形式實現(xiàn)，這主要是由玻璃生產(chǎn)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)來說，目前尚缺少全面而又詳細(xì)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(guī)范中也沒有明確的規(guī)定。

　　玻璃肋作為幕墻的受力系統(tǒng)，一般都與玻璃面板垂直放置，承受玻璃面板傳來的風(fēng)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(nèi)荷載的薄板,在風(fēng)荷載或自重作用下會產(chǎn)生壓應(yīng)力，一旦壓應(yīng)力較大，就會發(fā)生薄板的局部屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象，因此，玻璃肋的局部穩(wěn)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(jié)實、更穩(wěn)定，幕墻系統(tǒng)如何做得更高都是我們所面臨的挑戰(zhàn)。

　　2.2.3其它一些大尺度構(gòu)件

　　在設(shè)計和施工大尺度的構(gòu)件時常會遇到這樣或那樣的困難，這些困難都是大尺度構(gòu)件在設(shè)計和施工時說面臨的挑戰(zhàn)，需要我們在日常的設(shè)計和施工工作中予以克服和解決。可以說大尺度建筑或構(gòu)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(zhàn)。

　　在我們常見的建筑中，大尺度構(gòu)件的應(yīng)用非常廣泛，任何一件東西只要設(shè)計得當(dāng)都會成為一件震撼的大尺度構(gòu)件。這些構(gòu)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(shù)史上聞名遐邇的都是些超大尺度藝術(shù)品一樣，經(jīng)久不衰。可以說大尺度的構(gòu)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(jié)能

　　能源是人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文明進(jìn)步的重要條件。全世界已普遍認(rèn)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(chǎn)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(rèn)證獲得全球范圍內(nèi)的認(rèn)可和普及，零能耗建筑就是綠色建筑設(shè)計的特例。零能耗建筑設(shè)計對于很多地區(qū)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(guī)能源，完全依靠太陽能或者其它可再生能源的建筑，達(dá)到節(jié)約或

　　者不用傳統(tǒng)化石能源而實現(xiàn)“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(huán)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(yīng)，建筑利用其自身產(chǎn)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(huán)”式的模式不是不耗能、不排放，而是指建筑在實現(xiàn)低能耗的基礎(chǔ)上補(bǔ)充太陽能、風(fēng)能和地表能等可再生資源，并且能夠?qū)�廢棄的能量回收再利用的模式，達(dá)到節(jié)約或者不用傳統(tǒng)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(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)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(jī)結(jié)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(fēng)能等綠色環(huán)保的可再生能源。

　　零排放---能量形式在轉(zhuǎn)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(huán)---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(jìn)行有效利用。零能耗建筑以集成可再生能源的節(jié)能幕墻為基礎(chǔ)，例如再生能源綜合應(yīng)用到動力遮陽系統(tǒng)中，這就是適用于零能耗建筑外皮的產(chǎn)品。

　　2.4透明化、纖細(xì)化

　　建筑材料是幕墻建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，新材料不斷涌現(xiàn)，使幕墻制造與建造業(yè)顯現(xiàn)蓬勃生機(jī)，這又帶動了建筑的表現(xiàn)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(yōu)點。新材料的大量應(yīng)用將對房屋建筑幕墻產(chǎn)生極大的影響，建筑幕墻的設(shè)計與施工將產(chǎn)生革命性的變化。建筑透明化是其趨勢之一，其中膜結(jié)構(gòu)和全玻璃幕墻是其代表。

　　膜材料及膜結(jié)構(gòu)工程建造技術(shù)：

　　膜材料是一種廣泛應(yīng)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(fā)揮極大承載力，構(gòu)筑靈活大空間，并且具有自然生態(tài)美外觀。膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中最新發(fā)展起來的一種形式，它以性能優(yōu)良的織物及化纖產(chǎn)品為材料，或是向膜內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(chuàng)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(lán)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(jié)構(gòu)。

　　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(jié)構(gòu)中獲得了啟發(fā)，如圖2.4A所示，它仿照一種深海魚類的網(wǎng)狀骨骼結(jié)構(gòu)和放射蟲的組織結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了立體網(wǎng)架的短線彎窿，高度達(dá)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(jié)構(gòu)):

　　全玻璃幕墻是隨著玻璃生產(chǎn)技術(shù)的提高和產(chǎn)品多樣化而誕生的，它為建筑師創(chuàng)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(xiàn)窗戶、表現(xiàn)建筑的傳統(tǒng)手法，而是更多地利用玻璃透明的質(zhì)感特性，追求建筑物內(nèi)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從單純的支承作用轉(zhuǎn)向表現(xiàn)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(jī)場候機(jī)樓等)廣泛采用。如圖2.4B

　　全玻璃幕墻已發(fā)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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