超高层摩天大楼的玻璃幕墙

超高摩天大楼的超高摩天大楼的玻璃幕墙玻璃幕墙

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。

一些国家和地区的人口和超高层建筑的分布 （2011年1月） 表1

中 国

印 度

中 东 美 国 欧 洲 人 口（亿） 13.4 12.2 0.07 3.1 7.4 %

19.5

17.8 0.1 4.5 10.7 200m 以上建筑（座） 212 2 49 162 24 %

33.4

0.3

7.7

25.6

3.8

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。

超高层建筑的分布（至2013年11月） 表2 高度（m ） 全世界 中国大陆 港台 600m 以上 32 16 0 500m 以上 58 34 1 400m 以上 111 73 3 300m 以上

329

228

10

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m 2，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m 2，其中玻璃幕墙的数量超过3.5亿m 2。 这3.5亿m 2 的玻璃幕墙中，有相当大的一部分用于超高层建筑。

3. 玻璃是玻璃是超高层建筑超高层建筑超高层建筑不可代替的墙体材料不可代替的墙体材料

3.1 玻璃同时玻璃同时具备四大特点具备四大特点

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）。

墙体材料的性能 表3

材 料 透明

高强 轻质 耐久 玻 璃

O O O O 钢板和不锈钢板

X O O O ** 铝板和钛锌板

X X O O 混凝土

X X X O 砖、砌块、石板 X

X X O 聚碳酸酯板

O X O X ETFE 膜材 透光不透明 X O X

O — 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 玻璃是高强玻璃是高强轻质轻质轻质材料材料

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）。

墙体材料的抗拉强度和容重表4

材料抗拉强度(N/mm2) 容重( KN/m3)

浮法玻璃50 25.6

钢化玻璃180 25.6

钢材235 78.5

铝型材108 27.1

混凝土2~3 25.0

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。

超高摩天大楼

以上的超高摩天大楼

没有玻璃幕墙，，就没有500m以上的

3.4 没有玻璃幕墙

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