幕墙技术研究进展

文 | 中国建筑科学研究院 赵西安

从1981年至今，中国幕墙经历了辉煌的30年，这30年来，特别是2001-2011年这第三个10年，我国幕墙的技术水平有了质的飞越，不仅保持幕墙大国的地位，更向幕墙强国迈进。幕墙技术水平的提高主要表现在幕墙的表现形式、新型材料的应用、新的幕墙系统、幕墙标准规范的编制等几个方面。

幕墙的新表现形式

非常规划分板块的幕墙

大多数幕墙采用四边形板块，然而近年来幕墙形状日趋复杂，涌现出一些采用各种不同类型板块的工程，其中采用三角形板块更能适应复杂的曲面。

非光滑表面的幕墙

幕墙的板块是立体的盒子或者簸箕，形成凹凸进出的立体墙面，得到特殊的艺术效果。当幕墙为复杂的双曲面时，采用立体板块单元能方便调节，容易拟合预定的曲面。北京凤凰传媒中心为轮胎形墙面，由簸箕形玻璃板块拼合而成。

形式多样的新颖遮阳装置

新型遮阳板也是组成幕墙新颖手法的一部分，典型实例如下图所示。

深圳湾体育中心变异菱形划分

新型材料的应用

各种新型玻璃

（1）超大尺寸玻璃

目前国外生产的热弯钢化夹胶玻璃的最大长度为6米。2010 年我国已经生产了12.6米×2.6米的热弯钢化三夹胶超大规模的玻璃，用于上海苹果专卖店，每块超大玻璃的售价达100万元人民币。2011年已经生产15.0米×3.6米的三块12毫米夹胶玻璃。长度达18米的产品已供货香港苹果。

（2）离子性和反射型中间膜新型夹胶玻璃

离子性中间膜（商品名称SGP）剪切模量比PVB 高得多，对温度敏感度较低，可以考虑夹胶玻璃的部分整体作用，因而可以提高夹胶玻璃的承载力，满足大风力下大尺寸玻璃的受力要求。广州塔玻璃幕墙高度达460米，它的夹胶玻璃采用了SGP 中间膜。

采用反射型中间膜（商品名称XIR）的夹胶玻璃即可满足节能要求，无须做成夹胶中空玻璃。单夹胶与夹胶中空相比可节省玻璃30%～50%，而且自重减轻后使支承结构用材相应也减少，从而达到节能和减排的目的。

（3）真空玻璃

与中空玻璃不同，真空玻璃中间层只有2毫米厚，抽成真空，其保温隔热性能可以满足要求。北京天恒大厦采用了8000平方米的真空玻璃，这也是目前世界上最大的真空玻璃幕墙工程。

各种金属板

金属幕墙常规采用铝板。现在，根据建筑设计的各种要求，不锈钢板、铜板、钛板和钛锌板已在多个大型工程中采用。

陶板

陶板风格古朴，防火、耐久和容易维护。尺寸通常宽150～300毫米，长450～900毫米，厚15～30毫米 ，开有纵向通孔，通过背槽、挂件连接到横梁。板边有企口，开缝不打胶。

非花岗岩石板

花岗岩石板幕墙已广泛应用，目前最高的花岗岩幕墙为广州广晟大厦，建筑高度330米，石材幕墙高280米。近年来，砂岩、大理石、洞石等强度较低的非花岗岩石材普遍应用于公共建筑和高层建筑的幕墙。非花岗岩石材要求表面防水处理，背面加贴玻璃布，并宜采用背部连接。

新的幕墙系统

索网点支玻璃幕墙

索网是技术含量较高的结构系统，其设计涉及大挠度下的非线性结构分析，而且要考虑温度和初拉力的影响；其施工则要考虑预拉力的合理张拉分级和顺序，复杂程度较高。国内最早的拉索幕墙是哈尔滨国际会展中心。目前最大的单张索网是北京新保利大厦，90米×70米，三棱面。上海中国航海博物馆采用了两张54米高的马鞍形索网，张拉在高度为78米的钢骨混凝土“船帆”上，马鞍形索网还用于采光顶屋面。

最近，超大规模的索网在大型公共建筑中广泛使用，其规模和技术难度在世界上都是前所未有的。昆明新机场索网幕墙面积达2万平方米，更困难的是钢索都必须从弯曲的钢“飘带”中间穿过。北京是抗震8 度设防地区，国家网管中心和土城移动电话局都在两座独立的建筑之间布置索网，地震时两座建筑的相对位移将会拉断钢索，为此开发、安装了世界首个水平索端部弹簧保险装置。

双层通风幕墙

双层通风幕墙由外幕墙、内幕墙或门窗以及它们之间的热通道构成。用自然通风或机械通风在热通道形成稳定的气流，改善室内环境，有时还可以降低取暖和空调的能耗。我国最早的双层通风幕墙是北京会计师培训中心，此后各地陆续建造了许多工程，同时也在探索这项新技术的合理应用途径。

光伏幕墙和光伏屋面

现在新的理念是：幕墙不仅要节能，而且要产能。这就是所谓“能量平方”的概念。光伏幕墙利用光伏电池将太阳的光能转变为电能，这是一种清洁能源，特别是日本福岛核电站发生事故后，我国发展光伏能源的势头更猛。

幕墙技术的研究工作

我国在幕墙技术的研究方面做了很多工作，仅在幕墙设计方法方面就进行了玻璃面板的设计方法、支承结构设计方法、幕墙节能和热工计算以及热通道气流状况和热工性能等的研究。此外，还进行了许多新材料的性能试验以及大型工程的性能试验和幕墙振动台试验，如中央电视台专门建造了18米×24米的超大试验箱，18米高的幕墙菱形区域整体进行多项测试。深圳北站2万平方米的索网幕墙专门建造了实际大小样板，进行设计校核和施工过程的研究。目前我国最大的振动台台面已经达到6米×6米，载重60吨，进行过很多幕墙的振动台试验，其中包括幕墙的形式试验和对特定工程项目的幕墙试验。

幕墙标准规范

在总结我国幕墙工程经验和科学研究成果的基础上，先后颁布施行《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102—96）和《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ 133—2001），大大提高了我国幕墙工程的设计施工水平。2003年，修订后的《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102—2003）颁布施行。2012年，新版本JGJ 133 和JGJ 102 规范进入报批阶段，不久即将颁布。

2008年汶川大地震和2010年玉树大地震的震害调查表明：我国的幕墙规范经受了地震的考验，按照规范进行设计施工的幕墙工程达到了设防烈度下保持完好或基本完好的要求，甚至在超烈度的强震下，也还能保持完整。