超高摩天大楼的玻璃幕墙

超高摩天大楼的玻璃幕墙

赵西安

（中国建筑科学研究院100013 北京）

1.中国是超高层建筑最多的国家

近二十年来，随着中国经济实力的高速增长，城市化进程加快，基建投资也急剧增多，超大规模、超高度的建筑如雨后春笋在各城市拔地而起。中国迅速超过美国，成为世界上超高层建筑最多的国家。

2011年1月，美国《新闻周刊》发表了如下的统计数字：

世界总人口：68.96 亿；已建成200m以上的建筑：634座

其中一些国家和地区的人口和超高层建筑的分布见表一。

笔者根据手头资料的不完全统计，截至2013年11月，包括已经立项、设计中、施工中和已经建成的超高层建筑，数量分布见表2。

由表2可见，在300m以上的超高层建筑中，无论哪一个高度，我国均占全部数量的一半以上。高层建筑的迅速发展，直接带动了我国建筑幕墙行业的迅速发展。

2.中国是建筑幕墙生产和使用大国

建筑幕墙的应用始于19世纪末，当时只用于建筑的局部，且规模较小。1851年英国伦敦

为工业博览会建造的“水晶宫”是最早出现的初级建筑幕墙；到20世纪50年代，随着建筑技

术的发展，玻璃幕墙开始大规模应用于建筑外围护结构，宣告建筑幕墙时代的到来；到20世

纪80年代，随着建筑幕墙技术的发展和玻璃生产工艺、加工工艺的进步，玻璃幕墙得到更广

泛的应用。

1981年，我国内地第一片玻璃幕墙出现在广交会的正立面；1984年，北京长城饭店成为

第一座采用玻璃幕墙的高层建筑。30多年以来，伴随着我国国民经济的持续快速发展和城市化

进程的加快，我国建筑幕墙行业实现了从无到有、从外资一统天下到国内企业主导、从模仿引

进到自主创新的跨越式发展，到21世纪初我国已经成为建筑幕墙世界第一生产大国和使用大

国。

2012年，我国建筑幕墙生产量已达10000万m2，占全世界建筑幕墙总产量的85%。

我国现存建筑幕墙总量超过10亿m2，其中玻璃幕墙的数量超过3.5亿m2。

这3.5亿m2的玻璃幕墙中，有相当大的一部分用于超高层建筑。

3.玻璃是超高层建筑不可代替的墙体材料

3.1玻璃同时具备四大特点

玻璃门窗用于建筑的历史非常久远，甚至于难以考据。玻璃幕墙的应用，则开始于1951年建成的纽约利华大厦，此后迅速成为高层建筑，特别是超高层建筑首选的墙体材料。

玻璃作为建筑材料，同时具备四大特点：透明、高强、轻质、耐久。而其他墙体材料，都不能同时具备这些特点（表3）。

碳素钢要采取防腐措施

3.2玻璃的透明性

玻璃是透明材料。普通浮法玻璃的可见光透过率为80%。超白玻璃是降低了玻璃中的铁元素，更加晶莹透亮，可见光透过率提升到85%以上。

聚碳酸酯板（PVC板）的透光率可达75%~80%。

薄膜材料（如ETFE）只能透过漫射光，透光不透明。

3.3玻璃是高强轻质材料

玻璃是脆性材料，但具有很高的抗拉强度。在常用墙体材料中，其抗拉强度仅次于钢材，远

高于其他材料（表4）。

玻璃板的抗弯强度很高，特别是钢化玻璃板。因此玻璃幕墙的玻璃面板很薄，通常为6mm~10mm。即使采用中空玻璃或夹胶中空玻璃，面板由2层或3层玻璃组成，单位面积的重量也不过是0.3 KN/m2 ~ 0.7KN/m2，远小于混凝土墙体的3.5KN/m2 ~ 5.0KN/m2。

玻璃幕墙的重量大概相当于砖墙、混凝土墙的1/8 ~ 1/5，玻璃幕墙的轻质，使得它成为高层建筑和超高层建筑墙体材料的首选。

金属板（不锈钢板、铝板）虽然也符合轻质墙体的要求，但是金属板不透明，不具备通透、晶莹、飘逸的质感，因而在超高层建筑中不受建筑师的青睐，很少使用。

3.4 没有玻璃幕墙，就没有500m以上的超高摩天大楼

由于重量太大，强度较低，石材幕墙很少会在400m以上的建筑中采用。同样，400m以上的超高层建筑，由于建筑艺术功能要求的因素，建筑师也不会选择采用金属板材。到了500m以上,几乎清一色玻璃幕墙。可以说，没有玻璃幕墙，就没有500m以上的超高摩天大楼。

采用玻璃幕墙，外墙的重量大约为建筑物总重量的1/100。这为建筑物高度的向上延伸创造了必要的条件。例如，上海环球金融中心，高度495m，建筑物总重量约为80万t，玻璃幕墙的重量为5000t，只占建筑物总重量的1/160，如果换成传统材料的外墙，墙的重量将增大至8倍，连带梁、柱、基础结构都要增大，建筑物总重量将增加10万t以上。不仅建筑造价增高，而且基础和桩的设计施工都带来更多的困难。

目前已建成的世界最高建筑是迪拜哈利法塔，828m；国内已结构封顶最高建筑是上海中心，632m；国内正在施工最高的建筑是深圳平安金融中心，660m；正准备施工的最高建筑是苏州中南中心，729m。这些最高建筑无一例外，全部采用玻璃幕墙。

4.超白玻璃的应用

4.1采用超白玻璃是减少自爆的有效途径

钢化玻璃存在自爆的可能性，超高层建筑玻璃自爆会带来很大的风险，而且建筑物很高，自爆后更换玻璃极其困难。因此必须采取有效措施降低超高层建筑采用钢化玻璃的自爆率。

减少自爆发生的途径可以有:

（1）采用半钢化玻璃，半钢化玻璃比钢化玻璃表面应力较低，基本上不会发生自爆；

（2）采用钢化超白玻璃，超白玻璃所含杂质少，自爆很少发生。

减低自爆概率，又符合目前相关规定的最有效的途径还是采用钢化超白玻璃

超白玻璃，即低铁玻璃。为了超白，减低绿颜色，就得采用降铁工艺。降铁的同时，镍也降了

下去。这样一来，硫化镍的杂质也大大减少，钢化以后，自爆率大大降低。超白玻璃钢化后的自爆率可降低到万分之一，甚至更低。

自爆后更换玻璃代价太高昂。虽然超白玻璃要比普通玻璃价格高一些（大概30%~50%），但是折合到幕墙上，每平米也就贵百十来块钱。不爆玻璃比什么都好。

玻璃一旦破裂，虽然玻璃只值几百几千元，但在几百米高空换玻璃，可能要花几十万元。特别是现在兴建大量海外工程，万里之遥去换一块玻璃，实在是难以办到的。

4.2 钢化超白玻璃在高层建筑中的应用

世界最高建筑—迪拜哈里法塔，高度为828m，采用夹层中空超白玻璃，10 万m2玻璃幕墙的超白玻璃由中国供应（图1）。

现在国外许多高层建筑的超白玻璃都是中国供应的（图2）。

图1 迪拜哈里法塔图2 新加坡金沙大酒店

上海中心，632m 广州东塔，543m 广州利通，303m 天津高银117，592m 图3 我国内地部分采用超白玻璃的高层建筑

5. 离子性中间膜夹层玻璃