建筑幕墙发展过程及趋势探讨

一、至今为止的第一代至第三代幕墙

1850~1950年的第一代“准幕墙”具有现代幕墙的雏形，它往往将幕墙板材直接固定在竖框（立柱）上而无横梁过渡。由于材料和工艺的原因，渗水问题未很好解决，噪声和保温问题也较多。

1950~1980年的第二代幕墙已经采用压力平衡手段来解决明框幕墙的渗水问题，并设立了内排水系统和渗水排出孔道。开始大量应用反射玻璃和低辐射（LE）玻璃，提高了其保温性能。单元式幕墙的开始应用，提高了工厂化程度，减少了现场作业量。

压力平衡系统是基于一个简单的物理原理，即在压力平衡的条件下，因水比空气重而下落。水渗入建筑物必须有三个条件：有水，有孔和有压差。只要消除其中一个条件，渗漏就不会发生。消除第一个条件是不可能的；消除第二个条件，因受密封材料的寿命与性能的影响，这也是困难的；只有消除第三个条件。压力平衡原理通常被称作“雨幕”（Rain Screen）或开放节点（Open Joint）。“压力平衡”的原理可用于所有预制节点，节点可以是金属、水泥、石材。

该原理是简单有效的：可消除外节点周围的压差，内节点就不会接触到水，这样，即使密封处有小缝也不会进水，只有在风天时会少量漏风。采用压力平衡原理（雨幕）使幕墙结构跨入了一个新时代。采用这一概念进行设计，要求相当精确，并要求在使用前在实验室进行模拟试验。

第三代幕墙（成熟的一代）大约开始于1985年，直至今天。其特点为技术的改进和应用的多样化。第三代幕墙的创新主要表现在：

―――结构密封材料的应用更为广泛。趋势是向结构幕墙发展，即通过特殊的硅酮胶将玻璃板与框架粘结在一起。正在开发中的新技术用硅酮胶粘结玻璃板或避光板，并具有高气密性与水密性以及最好的保温、隔噪声和结构性能。

―――轻质组合板的施工使用结构胶，提高了板的平整度和保温性能，使其优于传统的夹心板。

―――发明工厂预制板式拼装体系，并使用压力平衡系统，确保了水密性，而且不再单纯依赖于密封材料。

―――不透光但能换气的窗间墙板在冬天具有较高的保温系数；在夏天，由于墙的外侧中间有自然风（换气的立面墙ventilated façade）并改善了夏天的使用性能。

―――可视的外表面。

为提高保温、隔声、防太阳辐射能、调节光的传播、改善色度与美学特性以及遮阳等性能，在玻璃预制方面有许多技术发明。与此同时，根据建筑师的要求，幕墙的制造商开发了几种固定的或可活动的遮阳方案，因其为外露式，维修和保洁费用将是昂贵的。

为改善幕墙的隔热性能并减少冷桥的影响采用了几种方法：

―――用密封衬垫或塑料等材料遮挡尖角等部位（这是第一步）：

―――从内部遮挡尖角部位（支撑结构在外侧）；

―――从外部遮挡尖角部位（支撑结构在内侧）；

―――采用绝热铝型材；

―――避免金属结构露明或伸出，从而避免锈蚀。

这最后一项技术改善了隔声效果并将腐蚀减少到零，因为承重结构都在内部。

总之，我们所处的第三代幕墙时期的特点是，完全由工厂制作完成幕墙板，经检验后作为成品运至现场。在这一时期，我们看到了越来越多的工程采用花岗石、多孔陶质玻璃组合板等新材料，以及采用一些新方法，如采用钢索桁架支承玻璃立面结构或玻璃竖框结构等。这种方法允许建筑物的内外完全透明。

二、正在发展中的第四代幕墙―――主动墙（Active walls ）

当今幕墙的创新技术即是外围护结构（幕墙）的第四代。将第三代的先时技术，诸如工业化的板式拼装体系，气密和水密的压力平衡系统，以及结构构件（结构硅酮胶、复合材料和钢丝绳等）与一系列新的技术概念相结合，为用户、建筑师和开发商在舒适度、性能、维修和美观等方面提出了更高的标准。有些领

先技术已经在示范建筑中得到了应用，有些还正在开发之中。

1、主动气墙－被动保温（active air wall-thermaly passive）

预制幕墙的外层利用双层玻璃形成温室效应，夏天，将暖风送至顶部并通过空气总管加热建筑用水；冬天，利用室内空间形成的温室效应，并通过一个装置把暖空气送入室内。

2、主动墙－被动保温液体（active wall-thermaly passive fluids）

预制幕墙外层利用竖框或横梁的管腔作为水或其他液体的通道。太阳辐射热通过玻璃积累在墙体或实心板中，用来加热盥洗用水或建筑采暖用水。在夏季，这些在幕墙中循环的冷水可为室内空间供冷。

3、热能与储能飞轮（thermic and flywheel accumulation）

利用上述技术和设备将暖空气或热空气送入楼板的管或槽中；在夏天或好天，可将热能积累在保温良好的罐（池）中，以备冬天或冷天之需。

4、绿色主动墙或生态主动墙（green active wall or ecological active wall）

将植物或花植于预制幕墙的双层玻璃之间，使其与阳光一起作为能量生成装置（光合作用）和湿度平衡装置。

5、光电主动墙（photocell active wall）

预制幕墙通过墙上太阳能电池产生能量。这些太阳能电池安装在墙体中。实体视窗（solid vision）或天窗用以采集阳光和太阳能，并将其转换为计算机和办公设备所需的电能，也可通过蓄电池储蓄以备晚上或阴天使用，必要时也可以和市电联网。

6、幕墙的特殊装置（special devices applied to curtain wall）

特种活动遮阳板（special movable sun shading）:此板安装在反射玻璃上，能将多余的太阳辐射热反射出去，或在阴天或冬天将阳光（或辐射热）送入室内。

特制自然通风密封格栅窗（special concealed grill for natural ventilation）:通过易于操作的活动叶片，使外界空气以自然对流的方式进入室内或进入板式幕墙的窗间墙部分。该装置可用在幕墙上代替自然通风的窗户；该项技术已用于巴塞罗那的奥林匹克大厦（Olimpic Tower）.

7、强制通风主动墙（forced ventilated active wall）

（1）两个相互隔离的玻璃窗（two separated glass frames）:通过两个相互隔离的玻璃窗形成室内空气循环系统并可把污浊空气排至室外。排出空气中的能量有可能被回收利用。空气隔离层可形成保温层并能使玻璃内表面温度接近室内的温度。这样就可改善保温性能并将辐射热反射出去，因些，可不必采用任何周边加热或制冷系统，而且还能使所有周边空间得到最大限度的利用。

（2）紧凑型主动墙（强制性通风和集能系统）[compact active wall (forced air and collec-tion)]:该体系与上述体系一样，但完全独立于中央通风和空调系统；风扇和有关装置均暗装于紧凑的幕墙板系统中。

三．第四纪幕墙体系――面向3000年

第四纪（Quaternario）是一个意大利语中的拉丁语词，用以描述现代建筑技术的新发明和新哲学的词汇。现代建筑设计可以按结构部件的使用寿命为三个相互独立的系统：

―――结构系统（structural system）(基础、柱子、楼板、楼梯、屋面等)属长期寿命系统；

―――组件系统（components system）（幕墙、内隔墙、外围护结构、服务井道、吊顶、设备层等）属中期寿命系统（其中还可分为，长期：支撑结构等，板与玻璃等，短期：管道与电缆等）；

―――建筑服务系统(building services system)（电缆，视、听通讯，水处理厂、通风和空调、火灾报警等）属短期寿命系统。

根据这一指导思想，在开始设计时，就考虑建筑材料的不同使用寿命和相应在的施工方法，以便在构件坏损时能及时地更换，或当要改变建筑外观及风格时，也能轻而易举地进行改造。从长远观点看，这一方法更方便，更具灵活性，还可延长建筑物的使用寿命。