无论你走在纽约、新加坡、法兰克福、东京的街头,还是漫步在北京、上海、深圳、香港的街头,只要抬头看看高耸入云的高楼大厦,你就会发现它们几乎无一例外地使用建筑幕墙。为什么?除了建筑功能和建筑艺术因素外,幕墙的重要功能是安全保护、节能和节约成本。
首先,什么是建筑幕墙
建筑幕墙不同于填充墙,它具有以下特点:
1.是由面板和支撑结构组成的完整结构体系;
2.能承受自身平面内的大变形或相对于主体结构有足够的位移能力;
3.它是一种不分担主体结构的负荷和功能的围护结构。
幕墙通常由面板(玻璃、铝板、石板、陶瓷板等)组成。)及其背后的支撑结构(铝梁柱、钢结构、玻璃肋等。).这种外墙系统支撑在主体结构上,通常包围主体结构。由于嵌板之间有较宽的间隙,嵌板与梁柱之间的连接具有流动性,幕墙可以承受1/100的平面大变形。如果幕墙通过螺栓、摇臂和弹簧机构与主体结构连接,它们之间会有较大的相对位移,即使主体结构侧移达到1/60,也不会损坏幕墙。
其次,幕墙需要抵抗温度变化
当外界温度变化时,结构会冷缩,热胀。如果不采取措施,夏季结构会发生弯曲和挤压;冬天结构会开裂断裂。所以长路面要分,长建筑要用温度缝分几段,减少温度变化的影响。
长建筑物可通过竖向温度缝分为若干段;但是,高层建筑不可能被切割成几段有横缝的,因为横缝之后的楼层是不能挂起来的。
由于不可能分段解决高层建筑的温度变化问题,所以出路只有一个:用建筑幕墙将整个结构围起来,使结构处于室内,温度不会发生变化,不会对结构造成破坏,保证主体结构的安全。这是高层建筑必须采用建筑幕墙的主要原因之一。
而传统的砖墙、砌块墙是在梁柱平面填充,部分梁柱暴露在室外大气中,直接受温度变化影响。因此,填充墙不能解决温度变化的问题,难以在高层建筑中应用。
第三,需要幕墙来抵御地震灾害
1995年日本阪神大地震和1999年台湾集集大地震,震中烈度都在11度以上。砌体填充墙和常规玻璃窗大量受损,而幕墙,甚至玻璃幕墙很少报告震害,地震后大多保存完好。
中国建筑科学研究院结构研究所对7种不同类型的幕墙进行了振动台试验。结果表明,即使当桌面输入加速度达到0.9g(相当于10度地震)且结构位移达到1/60以上时,幕墙也不受损,并保持良好的性能。
砌体填充墙在1/1000位移时开裂,在1/300位移时破坏,即使在小地震下也是如此,在中等地震下破坏严重。原因是在自身平面内变形能力差,填充在主体结构内,不能有相对位移,被迫一起振动,最终导致失效。常规玻璃窗一般都是类似的。所以地震中震害非常严重。
建筑幕墙的宽缝和特殊的连接结构使其能抵抗1/100 ~ 1/60的大位移和大变形。类似于树叶相对于树枝,窗帘相对于平台开口,无论主体结构如何晃动,幕墙都可以安全完好。
高层建筑高耸入云,在地震中摇摆强烈。只有幕墙才能保证抗震安全,防止倒塌坠落,防止人员伤亡。
4.如何节能降耗幕墙
作为高能耗的大用户,玻璃幕墙的节能是幕墙工程师和门窗工人的当务之急。那么,在一般的玻璃幕墙工程中,如何才能最大限度的节能呢?首先要选择新型节能玻璃材料;二是使用低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃;三是使用薄膜热反射复合玻璃;第四,要做好玻璃的遮阳设计。
目前提高玻璃幕墙保温保湿性能的主要措施有:玻璃主要采用Low- E玻璃、热反射玻璃、中空玻璃、多屏中空玻璃等玻璃处理技术,减少阳光通过玻璃的直接辐射;型材主要采用铝塑复合材料、隔热铝型材等高热阻材料。
第五,幕墙节省了结构和基础的成本
建筑材料,如钢材、水泥等,是高能耗、高成本的材料。节约材料就是节约能源和资源。
玻璃幕墙的重量只有砖墙的1/10,混凝土墙板的1/7。铝幕墙较轻:370mm砖墙760Kg/㎡,200mm空芯砖墙250Kg/㎡,而玻璃幕墙只有35 ~ 40 kg/㎡,铝幕墙只有20 ~ 25 kg/㎡。对于高度为150m、外墙为20000㎡的高层建筑,幕墙可减少墙体自重5000t ~ 12000t,这大大降低了主体结构的材料消耗,减轻了基础的荷载,节约了基础的成本。在上海、天津等软土地基上建造超高层建筑起着决定性的作用。
六、如何看待高层建筑幕墙的问题
凡事一分为二,正确的态度是扬长避短。如果玻璃幕墙大面积使用镀膜玻璃,可能会将阳光反射到周围的建筑物和街道上,造成干扰。目前已规定玻璃的反射率控制在30%以下,下层可采用铝板、石材、玻璃的复合幕墙,以减少阳光反射的干扰。应该说这个问题不用过度渲染也能解决,所以不必高估幕墙的反光危险性。