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1. 中國是超高層建筑最多的國家
近二十年來，隨著中國經(jīng)濟實力的高速增長，城市化進程加快，基建投資也急劇增多，超大規(guī)模、超高度的建筑如雨后春筍在各城市拔地而起。中國迅速超過美國，成為世界上超高層建筑最多的國家。
2011年1月，美國《新聞周刊》發(fā)表了如下的統(tǒng)計數(shù)字：
世界總?cè)丝冢?8.96 億; 已建成200m以上的建筑：634座
其中一些國家和地區(qū)的人口和超高層建筑的分布見表一。
筆者根據(jù)手頭資料的不完全統(tǒng)計，截至2016年10月，包括已經(jīng)立項、設(shè)計中、施工中和已經(jīng)建成的超高層建筑，數(shù)量分布見表2。
由表2可見，在300m以上的超高層建筑中，無論哪一個高度，我國均占全部數(shù)量的一半以上。高層建筑的迅速發(fā)展，直接帶動了我國建筑幕墻行業(yè)的迅速發(fā)展。
2. 中國是建筑幕墻生產(chǎn)和使用大國
建筑幕墻的應用始于19世紀末，當時只用于建筑的局部，且規(guī)模較小。1851年英國倫敦工業(yè)博覽會建造的“水晶宮”是最早出現(xiàn)的初級建筑幕墻;到20世紀50年代，隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，玻璃幕墻開始大規(guī)模應用于建筑外圍護結(jié)構(gòu)，宣告建筑幕墻時代的到來;到20世紀80年代，隨著建筑幕墻技術(shù)的發(fā)展和玻璃生產(chǎn)工藝、加工工藝的進步，玻璃幕墻得到更廣泛的應用。
1981年，我國內(nèi)地第一片玻璃幕墻出現(xiàn)在廣交會的正立面;1984年，北京長城飯店成為第一座采用玻璃幕墻的高層建筑。30多年以來，伴隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展和城市化進程的加快，我國建筑幕墻行業(yè)實現(xiàn)了從無到有、從外資一統(tǒng)天下到國內(nèi)企業(yè)主導、從模仿引進到自主創(chuàng)新的跨越式發(fā)展，到 21世紀初我國已經(jīng)成為建筑幕墻世界第一生產(chǎn)大國和使用大國。
從 2012年起，我國建筑幕墻生產(chǎn)量已達10000萬㎡，占全世界建筑幕墻總產(chǎn)量的85%。
我國現(xiàn)存建筑幕墻總量超過10億㎡，其中玻璃幕墻的數(shù)量超過5億㎡。這5億㎡ 的玻璃幕墻中，有相當大的一部分用于超高層建筑。
3. 玻璃是超高層建筑不可代替的墻體材料
玻璃同時具備四大特點
玻璃門窗用于建筑的歷史非常久遠，甚至于難以考據(jù)。玻璃幕墻的應用，則開始于1951年建成的紐約利華大廈，此后迅速成為高層建筑，特別是超高層建筑首選的墻體材料。
玻璃作為建筑材料，同時具備四大特點：透明、高強、輕質(zhì)、耐久。而其他墻體材料，都不能同時具備這些特點(表3)。
玻璃的透明性
玻璃是透明材料。普通浮法玻璃（詞條“浮法玻璃”由行業(yè)大百科提供）的可見光透過率為80%。超白玻璃是降低了玻璃中的鐵元素，更加晶瑩透亮，可見光透過率提升到85%以上。
聚碳酸酯板(PVC板)的透光率可達75%~80%。
薄膜材料(如ETFE)只能透過漫射光，透光不透明。
玻璃是高強輕質(zhì)材料
玻璃是脆性材料，但具有很高的抗拉強度。在常用墻體材料中，其抗拉強度僅次于鋼材，遠高于其他材料(表4)。
玻璃板的抗彎強度很高，特別是鋼化玻璃板。因此玻璃幕墻的玻璃面板很薄，通常為6mm~10mm。即使采用中空玻璃或夾膠中空玻璃，面板由2層或3層玻璃組成，單位面積的重量也不過是 0.3 KN/㎡ ~ 0.7KN/㎡，遠小于混凝土墻體的 3.5KN/㎡ ~ 5.0KN/㎡。
玻璃幕墻的重量大概相當于磚墻、混凝土墻的1/8 ~ 1/5，玻璃幕墻的輕質(zhì)，使得它成為高層建筑和超高層建筑墻體材料的首選。
金屬（詞條“金屬”由行業(yè)大百科提供）板(不銹鋼板、鋁板（詞條“鋁板”由行業(yè)大百科提供）)雖然也符合輕質(zhì)墻體的要求，但是金屬板不透明，不具備通透、晶瑩、飄逸的質(zhì)感，因而在超高層建筑中不受建筑師的青睞，很少使用。
沒有玻璃幕墻，就沒有500m以上的超高摩天大樓
由于重量太大，強度較低，石材幕墻很少會在400m以上的建筑中采用。同樣，400m以上的超高層建筑，由于建筑藝術(shù)功能要求的因素，建筑師也不會選擇采用金屬板材。到了500m以上,幾乎清一色玻璃幕墻。可以說，沒有玻璃幕墻，就沒有500m以上的超高摩天大樓。
采用玻璃幕墻，外墻的重量大約為建筑物總重量的1/100。這為建筑物高度的向上延伸創(chuàng)造了必要的條件。例如，上海環(huán)球金融中心，高度495m，建筑物總重量約為80萬t，玻璃幕墻的重量為5000t，只占建筑物總重量的1/160，如果換成傳統(tǒng)材料的外墻，墻的重量將增大至8倍，連帶梁、柱、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)都要增大，建筑物總重量將增加10萬t以上。不僅建筑造價增高，而且基礎(chǔ)和樁的設(shè)計施工都帶來更多的困難。
上海中心總重量76 萬t，玻璃幕墻重量為總重量的1/100。
目前已建成的世界最高建筑是迪拜哈利法塔，828m;正在施工的最高建筑為沙特王國塔，1007m;國內(nèi)已建成最高建筑是上海中心，632m;國內(nèi)正在施工最高的建筑是武漢綠地，636m;正基礎(chǔ)施工的最高建筑是蘇州中南中心，729m。這些最高建筑無一例外，全部采用玻璃幕墻。
4. 超白玻璃的應用
4.1采用超白玻璃是減少自爆的有效途徑
鋼化玻璃存在自爆的可能性，超高層建筑玻璃（詞條“建筑玻璃”由行業(yè)大百科提供）自爆會帶來很大的風險，而且建筑物很高，自爆后更換玻璃極其困難。因此必須采取有效措施降低超高層建筑采用鋼化玻璃的自爆率。
減少自爆發(fā)生的途徑可以有:
(1) 采用半鋼化玻璃，半鋼化玻璃比鋼化玻璃表面應力較低，基本上不會發(fā)生自爆;
(2) 采用鋼化超白玻璃，超白玻璃所含雜質(zhì)少，自爆很少發(fā)生。
減低自爆概率，又符合目前相關(guān)規(guī)定的最有效的途徑還是采用鋼化超白玻璃
超白玻璃，即低鐵玻璃。為了超白，減低綠顏色，就得采用降鐵工藝。降鐵的同時，鎳也降了下去。這樣一來，硫化鎳的雜質(zhì)也大大減少，鋼化以后，自爆率大大降低。超白玻璃鋼化后的自爆率可降低到萬分之一，甚至更低。
自爆后更換玻璃代價太高昂。雖然超白玻璃要比普通玻璃價格高一些(大概30%~50%)，但是折合到幕墻上，每平米也就貴百十來塊錢。不爆玻璃比什么都好。
玻璃一旦破裂（詞條“破裂”由行業(yè)大百科提供），雖然玻璃只值幾百幾千元，但在幾百米高空換玻璃，可能要花幾十萬元。特別是現(xiàn)在興建大量海外工程，萬里之遙去換一塊玻璃，實在是難以辦到的。
4.2 鋼化超白玻璃在高層建筑中的應用
世界最高建筑—迪拜哈里法塔，高度為828m，采用夾層中空超白玻璃，10 萬㎡玻璃幕墻的超白玻璃由中國供應(圖1)。
現(xiàn)在國外許多高層建筑的超白玻璃都是中國供應的(圖2)。
5. 離子性中間膜夾層玻璃
5. 1 常規(guī)的PVB 夾層玻璃
目前，玻璃幕墻夾層玻璃廣泛采用的中間膜是聚乙烯醇縮丁醛，簡稱 PVB 。PVB使用已經(jīng)有多年歷史，也為幕墻行業(yè)普遍熟悉。但是，這種夾膠膜最初是為汽車玻璃而開發(fā)的，不是針對建筑幕墻開發(fā)的，所以它富于彈性，比較柔軟，剪切模量小，兩塊玻璃間受力后會有顯著的相對滑移，承載力較小，彎曲變形較大。PVB夾層玻璃可以用于一般玻璃幕墻，不適宜用于有高性能要求的玻璃幕墻。
同時，PVB夾層玻璃的外露邊容易受潮開膠，PVB膠膜夾層玻璃使用時間長以后容易發(fā)黃變色，這些都是應該加以注意的。
5.2 離子性中間膜的特性
現(xiàn)在，能滿足建筑幕墻夾層玻璃上述性能要求的夾膠膜 — 離子性中間膜已經(jīng)開發(fā)出來，并批量生產(chǎn)，商品名稱為 SGP 。這種夾膠膜具有許多優(yōu)良的性能。
SGP 的剪切模量是 PVB 的50倍以上，撕裂強度比 PVB 高 5 倍。SGP 夾膠后，玻璃受力時兩片玻璃之間的膠層基本上不會產(chǎn)生滑動，兩片玻璃如同一片等厚度的單片玻璃整體工作。這樣一來，承載力就是等厚度的 PVB 夾層玻璃承載力的2倍;同時，在相等荷載、相等厚度的情況下，SGP夾層玻璃的彎曲撓度只有 PVB 夾層玻璃的 1 / 4 。
由于承載力提高，撓度減小，玻璃厚度會相應減小。有可能減少玻璃的用量約40% ，相應也減輕了幕墻的自重。
SGP 間膜夾層玻璃整體性好，SGP夾膠膜的撕裂強度是PVB夾膠膜的5倍，即使玻璃萬一破碎，SGP膜還可以粘結(jié)碎玻璃形成破壞后的一個臨時結(jié)構(gòu)，其彎曲變形小，還可以承受一定量的荷載而不會整片下墜。這就大大提高了玻璃的安全性(圖4)。
5.3 SGP夾層玻璃在超高層建筑中的應用
超高層建筑要承受大的風力、地震力和溫度變化的影響，要求玻璃面板有高的承載力和剛度，而且萬一破損還要有一定的剩余承載力而不會墜落。SGP中間膜夾層玻璃可以很好地滿足這些要求。
上海中心是目前在建最高的建筑，123層，632m高，共采用SGP夾層玻璃150000㎡。上海中心采用雙層通風幕墻（詞條“雙層通風幕墻”由行業(yè)大百科提供），外幕墻為單夾層玻璃，配置為 12mm超白+1.52 SGP+12mm超白(圖5)。
廣州塔是我國已經(jīng)建成最高的建筑，高度為 600 m，全部56000㎡玻璃幕墻均采用SGP雙夾層中空玻璃，配置為(8mm+1.52 SGP+8mm)+12A+(8mm+1.52 SGP+8mm)。三角形玻璃板塊最大尺寸為1.5mX3.5m(圖6)。
深圳京基大廈是深圳目前已建成的最高建筑，高度441m，其頂部為超大共享空間，整個超高拱形大廳由SGP夾層超白玻璃覆蓋(圖7)，非常通透。
目前國內(nèi)高層建筑玻璃幕墻配置最高檔的要數(shù)廣州利通廣場大廈，其高度為303m，63000㎡的玻璃幕墻為鋸齒形，別具一格(圖6)。玻璃面板為超白半鋼化玻璃，SGP夾膠膜，組成為(8mm+1.52 SGP+8mm)+12A+8mm 。采用這樣高檔的配置主要是考慮：高承載力和安全性;通透潔白;鋸齒形玻璃不用封邊（詞條“封邊”由行業(yè)大百科提供）。
6. 超高摩天大樓的玻璃幕墻
6.1 迪拜哈利法塔
哈利法塔的高度為828m，是目前世界上最高的建筑幕墻。建筑幕墻總面積為13.5萬㎡，其中塔樓部分為12萬㎡。在塔樓幕墻中，玻璃10.5萬㎡，不銹鋼板1.5萬㎡。采用單元式明框幕墻（詞條“明框幕墻”由行業(yè)大百科提供），共有23566個單元板塊(圖9 ~圖15)。本工程由中國承建，玻璃、鋁型材、五金件和密封膠均采用中國產(chǎn)品。
采用中空玻璃，16 mm空氣層，兩片超白玻。外片鍍銀灰反射膜;內(nèi)片鍍Low-E膜。兩膜均朝空氣層，可見光透射率（詞條“透射率”由行業(yè)大百科提供） 20%;綜合熱透射率 16%。
單元板塊有 21 種主要板型，尺寸由1.3m*3.2 m到2.25m*8m。
6.2 深圳平安金融中心
深圳平安金融中心高度600m，玻璃幕墻高度590m(圖16、圖17)。明框，單元式。玻璃為超白、Low-E，中空，外片夾膠，內(nèi)片鋼化(圖18)。
6.3 上海中心大廈
上海中心127層，高度632m，外形為螺旋上升的中國龍。玻璃幕墻由內(nèi)幕墻和外幕墻組成(圖19~圖21)。
內(nèi)幕墻與外幕墻之間形成12~15 層高的內(nèi)庭，按防火要求，內(nèi)幕墻必須為防火幕墻。內(nèi)幕墻直接支承在樓面結(jié)構(gòu)上，外幕墻每12層~15層為一組，通過水平鋼管和豎向吊桿懸掛在上端外挑的樓面結(jié)構(gòu)上(圖22、圖23)。
外幕墻采用超白半鋼化SGP夾膠玻璃。12mm超白+1.52mmSGP+12mm超白。由于外幕墻有螺旋上升的造型，為復雜的雙曲面，為此平面板塊單元錯縫鋸齒形安裝，擬合造型曲面(圖24、圖25)。
內(nèi)幕墻為防火幕墻，采用(8mm超白+0.89mmSGP+8mm超白)+12A+8mm銫鉀防火玻璃。支承結(jié)構(gòu)均采用冷彎薄壁型鋼，梁壁厚3mm，柱壁厚4mm。鋼結(jié)構(gòu)外包鋁型材(圖27~圖29)。
6.4 武漢國際金融中心(綠地中心)
武漢國際金融中心，即武漢綠地中心，高度636m，125層。平面為圓角三叉形，豎向逐漸內(nèi)收呈圓滑曲線(圖30)。立面上開有喇叭形洞口，可以減少主體結(jié)構(gòu)和幕墻所受的風力(圖31)。
采用12mm半鋼化玻璃，中空，Low-E，外夾層，內(nèi)單片。
6.5 廣州塔
廣州塔高度600m，玻璃幕墻高度460m(圖32、圖33)。明框玻璃幕墻采用三角形單元板塊，尺寸為1500mm X 3500mm。雙夾層半鋼化中空玻璃，(8mm+1.52mmSGP+8mm)+12mmA+(8mm+1.52mmSGP+8mm)(圖34~圖37)。
6.6 廣州東塔(周大福中心)
廣州東塔高度540m，玻璃幕墻，帶豎向陶板裝飾條(圖38)。單元式板塊。玻璃超白、夾層中空(圖39~圖44)。
6.7 天津高銀117
天津高銀117高度為592m，117層。32、63、94和115~116層為高層大堂，頂部設(shè)有鉆石型玻璃頂(圖45)。
幕墻總面積14.7萬㎡，分為2萬單元板塊。標準層單元4.3m X 1.5m，1.4萬單元板塊;屋頂鉆石幕墻板塊約為 2m X 2m。玻璃配置為外玻璃PVB夾層，超白Low-E半鋼化;12mm中空;內(nèi)層玻璃鋼化。
大面幕墻： (8mm+1.52PVB+8mm)+ 12A + 8mm
高空大堂： (8mm+1.52PVB+8mm)+ 12A + 12mm / 10mm
鉆石幕墻： (10mm+1.52PVB+10mm)+ 12A +10mm (倒掛)
10mm + 12A +(10mm+1.52PVB+10mm) (正放)
典型大樣和節(jié)點見圖46。
6.8 中國尊
中國尊位于北京，是8度抗震設(shè)防世界最高的建筑，地上108層，高度528m(圖48)。明框幕墻，玻璃配置為超白雙銀、鋼化、外玻璃SGP夾膠、中空。
6.9 天津周大福
天津周大福高度530m，外形如同發(fā)射臺上豎立的火箭(圖49)。采用超白鋼化、夾膠中空玻璃，明框幕墻。
7. 結(jié) 語
高度500m 以上的超高摩天大樓，外維護結(jié)構(gòu)的選擇就是采用玻璃幕墻。
超高玻璃幕墻的基本選擇是：明框，單元式，雙夾膠中空或外夾膠內(nèi)鋼化中空。夾膠的玻璃
可以考慮采用半鋼化。優(yōu)先采用超白玻璃，鋼化玻璃應采用超白玻璃。
高度500m以上超高層摩天大樓的夾膠玻璃，其中間層膠片宜考慮采用離子型膠片SGP。以提高玻璃幕墻的安全性。
