[摘要] 高度超过200m的超高层建筑均采用幕墙作为围护结构。这是由高层建筑的特殊性质决定的。幕墙的结构形式不仅重量轻，而且能够抵御高强度地震和强台风。幕墙可采用多种面板材料，具有多种表面形状，充分满足建筑艺术的要求。大量使用的玻璃具有透明、轻质、高强、耐用四大特点，使得玻璃幕墙得到广泛应用。本文介绍了几座已建成和在建的500m以上建筑的玻璃幕墙，以及幕墙的新材料、新方法。
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快速增长，城市化进程加快，基础设施投资也大幅增加。超大、超高的建筑在各个城市拔地而起。中国已迅速超越美国，成为世界上超高层建筑最多的国家。
笔者根据现有数据不完全统计，截至2018年5月，已核准、设计中、在建、竣工超高层建筑数量如表1所示。
超高层建筑分布（截至2018年5月） 表1
高度（米）
全世界
中国大陆
香港、台湾
超过600m
27
13
超过500m
52
34
超过400m
128
80
超过300m
第416章
268
12
从表1可以看出，我国300m以上超高层建筑无论高度如何，约占总数的一半。高层建筑的快速发展直接带动了我国幕墙行业的快速发展。
2中国是幕墙生产和使用大国
建筑幕墙的应用始于19世纪末。当时仅在部分建筑中使用，且规模较小。 1851年伦敦工业博览会上建造的“水晶宫”是最早的主体建筑幕墙；到了20世纪50年代，随着建筑技术的发展，玻璃幕墙开始广泛应用于建筑围护结构，宣告了建筑幕墙时代的到来。到达;到了20世纪80年代，随着建筑幕墙技术的发展以及玻璃生产技术和加工技术的进步，玻璃幕墙得到了更加广泛的应用。
1981年，我国大陆第一块玻璃幕墙出现在广交会外立面； 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年来，随着我国国民经济持续快速发展和城镇化进程的加快，我国建筑幕墙行业实现了从无到有、从外资主导到国内企业主导、从仿引进到引进的跨越式发展。自主创新。到21世纪初，我国已成为世界上最大的建筑幕墙生产国和使用国。
2017年，我国幕墙产量达到1亿平方米，占世界幕墙总产量的85%。我国现有建筑幕墙总量超过10亿平方米，其中玻璃幕墙数量超过5亿平方米。 5亿平方米玻璃幕墙中有相当一部分用于超高层建筑。
3 幕墙是超高层建筑不可替代的墙体形式
3.1 建筑幕墙
建筑幕墙不同于低层建筑中常见的混凝土墙、砖石墙。幕墙是由石油支撑结构体系和面板组成的、相对于主体结构具有一定位移能力、不分担主体结构影响的建筑围护结构或装饰结构。
幕墙相对于主体结构具有一定的位移能力，一般位于主体结构面之外（有些工程可以主体结构在外，幕墙结构在内，如广州塔）。在地震和台风作用下，当主体结构发生水平位移时，幕墙不会被迫发生完全相同的面内水平位移。因此，幕墙在强震和强风中会保持完整或轻微损坏。
3.2 幕墙具有良好的抗震、抗风能力
超高层建筑在地震和强风时会产生较大的水平位移，因此采用幕墙作为外围护结构。振动台实验表明，幕墙可承受1/100～1/50的位移。幕墙所能承受的位移值远远超过主体结构的位移极限。这就是幕墙结构在地震和台风时能够保持完好或受到轻微损坏的原因。
图1显示了2008年汶川地震中抵御9度地震的建筑物。其玻璃幕墙和石材幕墙完好无损。
图1 汶川地震后都江堰、绵阳、青城山等9度地区幕墙
2016年9月，台风“莫兰蒂”袭击厦门。风力达14至17级，风荷载达标准值1.8至2倍。但高层建筑的玻璃幕墙基本完好大型钢结构剖面，幕墙破损的建筑极少（图2）。
图2 2016年莫兰迪台风袭击后，厦门高层建筑玻璃幕墙完好或轻微受损。
3.3 玻璃同时具备四大特性
玻璃门窗用于建筑的历史非常悠久，甚至难以考证。玻璃幕墙的应用始于1951年建成的纽约利华大厦，此后迅速成为高层建筑尤其是超高层建筑的首选墙体材料。
玻璃作为建筑材料，具有透明、高强、轻质、耐用四大特点。然而，其他墙体材料无法同时具备这些特性（表2）。
墙体材料性能表2
材料
透明的
高强度
轻的
耐用的
玻璃
钢板和不锈钢板
哦**
铝板、钛锌板
具体的
砖、块、石板
聚碳酸酯板
ETFE膜材
半透明和不透明
注：O**——碳钢需采取防腐措施。
玻璃的透明度：玻璃是一种透明材料。普通浮法玻璃的可见光透过率为80%。超白玻璃减少了玻璃中的铁元素，使其更加晶莹透明，可见光透过率提高到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，不透明。
玻璃是一种高强度轻质材料：玻璃是一种脆性材料，但具有很高的拉伸强度。在常用的墙体材料中，其抗拉强度仅次于钢材，远高于其他材料（表3）。
墙体材料的拉伸强度和容重 表3
材料
拉伸强度（N/mm2）
容重(kN/m3)
浮法玻璃
50
25.6
钢化玻璃
180
25.6
钢
235
78.5
铝型材
108
27.1
具体的
2~3个
25
玻璃面板具有较高的抗弯强度，尤其是钢化玻璃面板。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层中空玻璃，且面板由2层或3层玻璃组成，单位面积重量也仅为0.3kN/m2~0.7kN/m2，远小于3.5kN/m2。 m2～5.0kN的混凝土墙。 /平方米。
玻璃幕墙的重量大约相当于砖墙和混凝土墙的1/8至1/5。玻璃幕墙重量轻，使其成为高层建筑、超高层建筑墙体材料的首选。
虽然金属板（不锈钢板、铝板）也满足轻质墙体的要求，但金属板是不透明的，不具有透明、晶莹剔透、高雅的质感。因此，它们在超高层建筑中不受建筑师青睐，很少使用。 。
3.4 没有玻璃幕墙，就没有500m以上的超高层建筑。
由于石材幕墙重量重、强度低，400m以上的建筑很少采用。同样，对于400m以上的超高层建筑，出于建筑艺术的功能要求，建筑师也不会选择使用金属板材。 500m以上几乎全部是玻璃幕墙。可以说，没有玻璃幕墙，就没有500m以上的超高层建筑。
采用玻璃幕墙时，外墙重量约为建筑总重的1/100。这就为建筑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495m，建筑总重量约80万吨。玻璃幕墙重量为5000吨，仅占建筑总重量的1/160。如果换成传统材料的外墙，墙体的重量将增加到8倍，梁、柱、基础结构也会增加。建筑总重量将增加10万吨以上。不仅施工成本增加，基础、桩基的设计和施工也带来了更多的困难。
上海中心总重量76万吨，玻璃幕墙重量为总重量的1/100。
迄今为止世界上已建成的最高建筑是迪拜的哈利法塔，高828m；中国建造的最高建筑是上海中心，632m；全国在建最高建筑为武汉绿地中心，636m；正在建设的最高建筑为苏州中南中心，729m。这些最高的建筑无一例外都采用了玻璃幕墙。
4 超高层摩天大楼玻璃幕墙
4.1 迪拜河塔
正在建设的迪拜河塔高度尚未最终确定，但预计为960m至1196m。目前该地基正在建设中。云溪塔为钢筋混凝土单体圆柱体，内有两组弧形钢索（图3）。高度700m至900m地段布置一座50层高空酒店，全部采用玻璃幕墙。由于施工刚刚开始，细节可能会发生变化。初步确定该项目上部结构由中国建筑总公司承建。
云熙塔高度可达1196m
由中央混凝土圆柱体和两组钢缆支撑
50层高空酒店
酒店玻璃幕墙
图3 迪拜河塔
4.2 吉达王国塔
沙特阿拉伯王国吉达一座高1007m、208层的王国塔正在建设中（图4）。建筑平面呈三齿形，立面呈针形。有700平方米的室外观光平台，高度630m。
主体为混凝土剪力墙结构，外部为玻璃幕墙。幕墙为半隐框结构，玻璃为10mm+16mm空气层+10mm中空。幕墙由一家中国公司设计。测试于 2017 年 5 月完成，安装于 9 月开始。
王国塔，1007m
外围护结构采用中空玻璃幕墙
幕墙水平断面，采用中空玻璃
2017年5月东莞幕墙测试完成
幕墙安装
图4 沙特阿拉伯吉达王国塔
4.3 迪拜哈利法塔
哈利法塔高828m，是目前世界上最高的建筑幕墙。建筑幕墙总面积13.5万平方米，其中塔楼部分12万平方米。塔楼幕墙采用玻璃10.5万平方米，不锈钢板1.5万平方米。采用单元式开架幕墙，单元截面总数为23566个（图5至图11）。该项目在中国建设，玻璃、铝型材、五金件、密封胶等均采用中国产品。
采用中空玻璃，16mm空气层，两片超白玻璃。外片镀有银灰色反光膜；内件镀有Low-E薄膜。两种薄膜均面向空气层，可见光透过率为20%，综合热透过率为16%。 。单元板主要有21种类型，尺寸从1.3mX3.2m到2.25mX8m不等。
图5 幕墙在蓝天下熠熠生辉
图6 塔楼幕墙单元划分
图7 设备层不锈钢装饰条
图8 标准层单元幕墙内视图
图9 124层观光层幕墙
图10 标准地板单元板直接安装
图11 设备层大单元先安装钢柱，后安装板材。
4.4 武汉国际金融中心（武汉绿地）
武汉国际金融中心，又称武汉绿地中心，原设计高度636m，共125层。由于高度限制，实际结构高度为495m。平面呈圆角三叉戟状，垂直方向逐渐变细，形成平滑的曲线。立面上设有喇叭形开口，以减少主体结构和幕墙的风力（图12）。
采用12mm半钢化玻璃，中空，Low-E，外层夹胶玻璃，内层单片玻璃。这些板块都是不规则的四边形，几乎没有完全相同的板块。
每层有3条水平线，顶部有金属装饰条，底部有两个水平金属遮阳帘（图13）。
原创设计立面
实际建筑立面
立面的一部分
图12 武汉绿地中心外立面
图13 武汉绿地中心玻璃幕墙
4.5 上海中心大厦
上海中心大厦共127层，高632m。它的形状像一条盘旋的中国龙。玻璃幕墙由内幕墙和外幕墙组成（图14~图16）。内幕墙与外幕墙之间形成12至15层的内院。根据消防要求，内幕墙必须是防火幕墙。内幕墙直接支撑在楼板结构上，外幕墙每12至15层分组，通过水平钢管和垂直吊杆悬挂在上端悬挑楼板结构上（图17、图18）。
外幕墙采用超白半钢化SGP夹层玻璃。 12mm超白+1.52mmSGP+12mm超白。由于外幕墙呈螺旋形，且为复杂的双曲面，平面板单元以交错的之字形安装，以贴合曲面（图19和图20）。
图14 上海中心大厦，高632m
图15：上海中心平面图，内外两层幕墙
图16 内外幕墙之间是多层内院
图17 外幕墙安装在水平钢管上，通过吊杆从上层结构上悬挂下来。
图18 外幕墙水平钢管及吊杆
图19 平面单元面板之字形错位安装
图20 外幕墙上的中国龙双曲造型
图21 外幕墙单元板安装
内幕墙为防火幕墙，采用（8mm超白+0.89mm SGP+8mm超白）+12A+8mm铯钾防火玻璃。支撑结构全部采用冷弯薄壁型钢，梁壁厚3mm，柱壁厚4mm。钢结构采用铝型材包裹（图22~图24）。
图22 外幕墙（下）和防火内幕墙（上）
图23 防火内幕墙钢骨架
图24 室内幕墙钢柱
4.6 深圳平安金融中心
深圳平安金融中心高度600m，玻璃幕墙高度590m（图25、图26）。框架清晰，单位风格。该玻璃为超白、Low-E、中空玻璃，外层玻璃为层压玻璃，内层玻璃为钢化玻璃（图27）。
图25 深圳平安金融中心660m
图26 单元式明框玻璃幕墙
图27 深圳平安金融中心玻璃幕墙
4.7 广州塔
广州塔高度600m，玻璃幕墙高度460m（图28、图29）。开框玻璃幕墙采用三角形单元板，尺寸为1500mmX3500mm。双层夹胶半钢化中空玻璃，（8mm+1.52mmSGP+8mm）+12mmA+（8mm+1.52mmSGP+8mm）（图30~图33）。
图28 广州塔，玻璃幕墙高度460m
图29 双层夹胶中空玻璃位于钢架内部
图30 广州塔内景，三角形玻璃单元板
图 31 玻璃单元下梁
图32 梁节点竖向剖面
图33 拐角处柱水平截面
4.8 广州东塔（周大福中心）
广州东塔高540m，玻璃幕墙，垂直陶瓷板装饰条（图34）。单元块。玻璃为超白，夹层为中空（图33~图39）。
图33 广州东塔
图34 玻璃幕墙单元，突出的竖线为陶瓷面板
图35 塔楼幕墙
图36 陶瓷板生产线正在安装
图37 玻璃幕墙外观
图38 幕墙的水平剖面，玻璃板之间有陶瓷板的垂直线
图 39 节点垂直剖面
4.9 天津高银117
天津高银117高592m，共117层。 32层、63层、94层、115层至116层为高层大堂，顶部为菱形玻璃屋顶（图40）。
图40 天津高银117（左、中）及其菱形顶部（右）
幕墙总面积147,000平方米，分为20,000个单元部分。标准层单位为4.3m 玻璃配置为外层玻璃PVB夹膜大型钢结构剖面，超白Low-E半钢化； 12mm空心；内层玻璃钢化。
大幕墙：(8mm+1.52PVB+8mm)+12A+8mm
高空大堂：（8mm+1.52PVB+8mm）+12A+12mm/10mm
菱形幕墙：（10mm+1.52PVB+10mm）+12A+10mm（上下颠倒）
10mm+12A+（10mm+1.52PVB+10mm）（直接贴装）
典型示例和节点如图 41 所示。
图41 幕墙垂直剖面（左）和节点水平剖面（右）
图42 天津高银117玻璃幕墙
4.10 天津周大福
天津周大福高525m，看上去像一枚站在发射台上的火箭。由于幕墙是曲面，在安装平板玻璃时，上下两排玻璃只能错开（图43）。
图43 天津周大福玻璃幕墙
5 结论
对于高度超过500m的超高层摩天大楼，外部维护结构的选择是采用玻璃幕墙。超高玻璃幕墙的基本选择有：明架式、单元式、双层夹层中空或外夹层内钢化。夹层玻璃可以半钢化。优先选用超白玻璃，钢化玻璃宜采用超白玻璃。对于高度超过500米的超高层摩天大楼的夹层玻璃，应考虑采用离子型薄膜SGP作为中间膜。提高玻璃幕墙的安全性。
关于作者
赵西安，1940年7月出生，1964年毕业于清华大学土木工程系，1967年获研究生学历，现任中国建筑科学研究院研究员。现任中国建筑金属协会铝门窗幕墙委员会专家组成员、中国建筑装饰协会幕墙工程委员会专家组成员。中国建筑学会结构分会高级委员会委员。
主要从事建筑结构、建筑抗震、建筑幕墙、钢结构等领域的研究、技术开发、技术咨询、工程标准和规范的编制。
建筑结构方面：主编、参编《高层建筑结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构设计规范》、《高层建筑钢结构技术规范》参与多项大型高层建筑工程设计及技术咨询。获国家科技进步奖、建设部奖5次。出版《高层建筑设计》等专着12部。发表高层结构论文80余篇。
幕墙方面：主持并主编了《玻璃幕墙工程技术规范》和《金属、石材幕墙工程技术规范》。作为甲方的工程顾问，我监督了十多座大型建筑的幕墙工程。并参与了多个大型幕墙项目的咨询工作。出版幕墙专着5部。发表幕墙论文40余篇。
