關(guān)于超高層建筑玻璃幕墻的研討發(fā)言——在《廣州珠江新城西塔項目綠色建筑、新技術(shù)集成應(yīng)用》專家研討會上的有關(guān)論點說法

1、關(guān)于超高層建筑玻璃幕墻的研討發(fā)言在廣州珠江新城西塔項目綠色建筑、新技術(shù)集成應(yīng)用專家研討會上的有關(guān)論點說法。一、“西塔”超高層建筑外圍護系統(tǒng)選用玻璃幕墻是正確的超高層建筑采用玻璃幕墻有爭論很正常，沒有爭論反而不太正常。不談建筑外觀的美學(xué)問題，就技術(shù)層面上講，任何一種新材料、新工藝、新技術(shù)的采用，無非有兩種議論：肯定正面效應(yīng)，否定負(fù)面效應(yīng)，各執(zhí)一端。我本人執(zhí)第三類觀點，即對采用新技術(shù)問題既肯定又否定，肯定中有否定；既否定又肯定，否定中有肯定。采用新技術(shù)的正面效應(yīng)與負(fù)面效應(yīng)同時存在，實際上是“混合效應(yīng)”，執(zhí)其兩端用其中，關(guān)鍵要看實際工程系統(tǒng)的條件，要從工程整體追求的目標(biāo)來分析，從形成建筑物的全過程，

2、建筑物的生命全過程來分析。建立一個判定數(shù)學(xué)模型，必須有若干約束條件，有約束閾值，求目標(biāo)函數(shù)的最大化和最小化，即進行優(yōu)化設(shè)計?？隙ǚ穸ǘ际窃谝欢l件下的傾向，都是相對性的結(jié)論。不應(yīng)肯定一切或否定一切，一切依條件而轉(zhuǎn)化。應(yīng)當(dāng)因地制宜、因工程制宜、因條件制宜。1.超高層建筑采用玻璃幕墻的技術(shù)優(yōu)點1-1.減輕建筑物自重 玻璃幕墻的自重一般在60kg/,比普通混凝土、輕質(zhì)混凝土、普通粘土磚、空心磚、花崗石材板等制成的外墻都輕。鋼筋混凝土單位體積重量為2600/m3 ，粘土磚為1700/m3 ，加氣混凝土為600-800/m3。折算至單位面積外墻體自重約為520、408、160-120/m2 ，是玻璃幕墻

3、的2-10倍。一幢高度400米、寬度30米的特高超高層建筑的外圍護系統(tǒng)，因采用玻璃幕墻取代傳統(tǒng)混凝土、磚等材料，則可減輕建筑物外墻自重約5倍多。例如，取外墻均值為320kg/,建筑物傳統(tǒng)外墻自重可達432040030=15360噸，而玻璃幕墻自重為46040030=2880噸，差值12480噸。因外墻自重減輕帶來建筑物總體自重減輕。因而可節(jié)約水平運輸（12480噸8噸=1560車次）、垂直吊裝（12480噸2噸=6240吊次），帶來了建筑地基礎(chǔ)工程的節(jié)約（12480噸3030米=13.82噸/平方米）。1.2.提高建筑物抗震性能 玻璃幕墻比混凝土、磚砌體等重質(zhì)外墻輕，由于輕再加上懸掛結(jié)構(gòu)、浮動

4、節(jié)點、層間變位適應(yīng)性好等，使建筑外圍護系統(tǒng)抵抗地震的性能十分優(yōu)越，這是超高層建筑非常重要的安全性能，城市防災(zāi)的一個重要視點。僅就水平地震荷載計算，兩者相差5倍多。例如，按7度抗震設(shè)防估算，水平地震力qe=5.00.080.06=0.24kpa,qe=5.00.083.20=1.28kpa.1-3.實現(xiàn)建筑工業(yè)化的技術(shù)保證超高層建筑施工、現(xiàn)場安裝，要求簡約化、快速化、文明化。因此建造過程做到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件預(yù)制化、安裝機械化是一個前提條件。玻璃幕墻全單元體系工藝可以做到這一點。單元板片的標(biāo)準(zhǔn)化程度可達80-90%；現(xiàn)場人工操作工作量很低,90%以上的工作量可以在工廠內(nèi)完成；預(yù)制品加工質(zhì)量高、精度

5、高；工廠內(nèi)和施工現(xiàn)場工人勞動生產(chǎn)率高；施工受氣候條件影響??；施工安裝不用腳手架，工地文明清潔簡約；建造用工少工期短等。全單元幕墻體系較規(guī)范的安裝速度可達到每班180個標(biāo)準(zhǔn)單元板片，約合900。建筑工業(yè)化是建筑現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，是歸結(jié)為節(jié)省社會人力資源、節(jié)省社會時間的一個重要標(biāo)志。1-4.便于建筑物長效管理、有利維護維修 由于玻璃幕墻系工業(yè)化的全單元體系，板片與主體結(jié)構(gòu)的連接方式簡約清晰，拆裝方便，使用清洗體系吊籃可與檢查、維修相結(jié)合。一個小組，一個班可以維修、拆換約20-30個板片100-150。因此，對于幕墻工程竣工后進入使用階段的長效管理、維護維修、拆換板片都較簡便。1-5.玻璃幕墻的主要

6、材料系礦物原材料產(chǎn)品具備現(xiàn)代化時代性，同時又可再生循環(huán)利用。鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金、玻璃等建筑材料發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛，是建筑時代性的標(biāo)志之一。鋼、鋁合金框架和玻璃板片均屬于可回爐再生循環(huán)利用的綠色建材。每平方米幕墻使用玻璃約40kg、鋁合金型材約20kg,一個大型超高層建筑玻璃幕墻以10萬計算，就使用近4000噸玻璃2000噸鋁合金材料。這一大宗建筑材料的回收、再生、利用、循環(huán)，是一個不可忽略的綠色建材的發(fā)展問題。1-6.玻璃是唯一高透明、自然采光、視野好、滿足人性的建筑材料 建筑外圍護系統(tǒng)的一個基本功能，是滿足使用者通透、采光、視野的要求，而玻璃只有玻璃材料才能達到這一人性化要求。1-7.市場具備購

7、買力，社會物質(zhì)，精神有需要2.超高層建筑采用玻璃幕墻的技術(shù)缺點2-1環(huán)保方面，太陽光照射玻璃幕墻引起的反射光，對周圍環(huán)境可能產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。2-2節(jié)能方面，使用階段達到室內(nèi)熱環(huán)境舒適性而外圍護結(jié)構(gòu)耗能待比較；夏熱冬暖地區(qū)自然通風(fēng)、遮陽要求與超高層建筑立面封閉、外觀的矛盾。2-3安全方面，全鋼化玻璃板片因可能自爆高處散落的危險性 2-4健康方面，超高層建筑外墻的密封性使自然通風(fēng)的不可行，玻璃幕墻輕質(zhì)性使隔聲性能較差。 上述技術(shù)缺點、難點，其中通風(fēng)、遮陽問題屬超高層建筑本身的問題，尚不能完全歸屬于玻璃幕墻采用所致。缺點與優(yōu)點同時客觀存在，但并不是沒有辦法、不可解決的。應(yīng)該看到，超高層建筑的采用玻璃幕

8、墻同時存在著上述正、反都有的“混合”效應(yīng)，矛盾對立面共存于一個統(tǒng)一體內(nèi)。如何發(fā)揮優(yōu)點、克服缺點、爭取在一定條件下向好的方面轉(zhuǎn)化，取得平衡，應(yīng)該大有文章可做，正是需要人們有所作為的地方。好的設(shè)計，技術(shù)就是面對事實做轉(zhuǎn)化工作。3.采用玻璃幕墻對綠色建筑評價的影響按清華大學(xué)建筑學(xué)院有關(guān)資料，關(guān)于綠色建筑評估體系的一、二級q-l權(quán)重系數(shù)，引出與公共建筑外圍護系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)，包括室內(nèi)物理環(huán)境質(zhì)量q2(0.45)的聲環(huán)境q2.1(20%)、光環(huán)境q2.2(18%)、熱環(huán)境q2.3(27%)、室內(nèi)空氣品質(zhì)q2.4(35%);能源利用與管理lr1(0.30)的建筑主體節(jié)能lr1.1(30%);材料資源lr2(0

9、.20)的建材的資源消耗量lr2.1(38%)、建材的能源消耗量lr2.2(40%);對環(huán)境的影響lr5(0.20)的lr5.1(48%)計8項粗略分析。將超高層建筑采用與不采用玻璃幕墻的比較如下表。no.一級指標(biāo)及權(quán)重二級指標(biāo)及權(quán)重 %轉(zhuǎn)化為外圍護系統(tǒng)及權(quán)重權(quán)重%采用玻璃幕墻時計分不采用玻璃幕墻時計分1室內(nèi)物理環(huán)境質(zhì)量0.45q2.1 聲環(huán)境 20隔聲 0.0911.253.7511.252q2.2 光環(huán)境 18采光 0.0810.0010.003.003q2.3 熱環(huán)境27遮陽、隔熱0.1215.005.0015.004q2.4 室內(nèi)空氣品質(zhì)35通風(fēng)0.1620.00另計另計5能源利用與管

10、理0.30lr1.1建筑主體節(jié)能30節(jié)能0.0911.25另計另計6材料資源0.20lr2.1建材資源消耗量38自重 0.0810.0010.002.007lr2.2建材能源消耗量40運輸與吊裝0.0810.0010.002.008對環(huán)境的影響0.20lr5.1對周邊環(huán)境的影響48光反射 0.1012.503.7512.25合計100%42.545.75 通風(fēng)項因超高層建筑不宜開窗，通風(fēng)方式與幕墻尚不相關(guān)；節(jié)能項待具體計算后比較；兩項均暫不評分而應(yīng)有專題評價。建材資源能源消耗量轉(zhuǎn)為自重及運輸?shù)跹b項，按自重差5倍計；采光與光反射項按窗墻比0.3與0.7計；熱工項按遮陽、隔熱標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)估計等?？梢?

11、未計自然通風(fēng)、建筑主體節(jié)能二項，權(quán)重31.25%，兩者“綠色”評估差異甚小幾乎相近,采用玻璃幕墻時,應(yīng)在隔聲(11.25%)、熱工（15%）、光反射（12.5%）三項上有所作為，方能改善“綠色”性能。在夏熱冬暖的廣州地區(qū)，熱工、節(jié)能狀況應(yīng)視自然通風(fēng)、遮陽、隔熱上的處置。但超高層建筑自然通風(fēng)問題、室內(nèi)空氣質(zhì)量問題，無論采用或不采用玻璃幕墻來講，都是相同的，都不能依靠開啟窗自然通風(fēng)，而是在封閉空間內(nèi)由新風(fēng)設(shè)施運放達到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。而遮陽方式與建筑立面外觀直接相關(guān)，超高層建筑采用了玻璃幕墻只能或設(shè)置內(nèi)遮陽，或在玻璃本身遮陽性能上有所解決。從節(jié)能項分析，采用玻璃幕墻是因為采光、外觀的設(shè)計基本出發(fā)點所致，不

12、采用玻璃幕墻則根本不可能在采光、外觀上滿足設(shè)計的前提目標(biāo)。因此，在外圍護系統(tǒng)對比上，在熱工計算、節(jié)能上可按國家有關(guān)規(guī)定進行專題的計算、分析、實測，保證達標(biāo)。至于光反射的負(fù)面效應(yīng)問題，也是一個可以進行光環(huán)境影響評估和采用一定技術(shù)措施的問題，是否產(chǎn)生全反射眩光，是否有害、是否不可接受、是在何種特定時間、方位、區(qū)段、部位上發(fā)生等，都應(yīng)作出具體情況下的具體分析。此外，輕質(zhì)材料的特性決定了其隔聲性能較重質(zhì)材料差，如何加強傳聲通道堵塞阻斷等，尚可細(xì)化。超高層建筑采用玻璃幕墻尚有清潔性，防止高處散落物等問題。所以，對廣州地區(qū)超高層建筑采用玻璃幕墻的“綠色建筑”評估，應(yīng)在自然通風(fēng)、遮陽和節(jié)能上作出決定性評估。

13、不具體分析項目的個性和約束條件，斷然下“玻璃幕墻不節(jié)能，不是綠色建筑”的絕對化結(jié)論，是缺乏根據(jù)不令人信服的，是不科學(xué)、不實事求是的。二、“西塔“超高層建筑不采用”雙層“玻璃幕墻也是明智的 國內(nèi)籠統(tǒng)對“雙層”玻璃幕墻的推廣概念，有些片面性；將其列入“節(jié)能”幕墻概念，脫離了投入產(chǎn)出比的價值分析，脫離了建筑地域性氣候環(huán)境特性，以及忽視熱工計算與“雙層”幕墻技術(shù)的復(fù)雜性，不具體分析建筑個性及其面對的幾個現(xiàn)實問題，是不可取的。1.“雙層”玻璃幕墻的缺點 1-1造價高昂. 與單層玻璃幕墻比較，“雙層”的單價可達4000-8000元/，要高出2-4倍，“西塔”項目估算單價為3870元/為單層的1.3倍。是否

14、“物有所值”？成倍增加的投入是否實際上成比例地提高了使用功能，改善了室內(nèi)聲、光、熱等物理環(huán)境質(zhì)量和室內(nèi)空氣品質(zhì)，特別是在節(jié)能和環(huán)保上的效果是否真正有實測高滿意度的數(shù)據(jù)支撐？上海有項目計算，“雙層”空調(diào)降溫期耗電量為單層的85%、采暖期為70%，總耗電量為78.6%即“雙層”總耗電量降低21.41%。應(yīng)計算因省電而節(jié)約的投資效益。 1-2氣候適應(yīng)性。 歐洲瑞典、德國、比利時等高緯度地區(qū)屬嚴(yán)寒帶，強調(diào)保溫性能的“雙層”玻璃幕墻，其氣候參數(shù)與幕墻性能，根本不能適應(yīng)地處北回歸線以南夏熱冬暖地帶強調(diào)自然通風(fēng)、遮陽、隔熱要求的廣州地區(qū)。建筑的氣候適應(yīng)性，建筑的地域性是設(shè)計建筑外圍護系統(tǒng)的基本出發(fā)點。所以應(yīng)

15、在消化引進的“雙層”玻璃幕墻的特性后，方可決定取舍。廣州系太陽得熱高的地區(qū)，夏季“雙層”空氣腔內(nèi)可能產(chǎn)生過熱問題，帶來制冷能耗增加，可能并不節(jié)能。 1-3.防火性能待考。 據(jù)harriz poirazis 2004年出版文獻綜述“double skin facades for office building”將防火問題列為“雙層通風(fēng)幕墻”的一項主要缺點，“對于建筑防火而言，現(xiàn)在還不很清楚通風(fēng)雙層幕墻的影響是正面的，還是負(fù)面的。但是，一些研究人員提到了火災(zāi)時煙氣在層間之間蔓延的可能性”。作為超高層建筑的防火性能是最關(guān)鍵的安全性能，必須極謹(jǐn)慎對待。 1-4.減少可利用建筑使用面積。 雙層幕墻必須構(gòu)

16、成一個空腔體，其寬度在200-1200之間平均取600，占用了可利用建筑使用面積，減少實際使用空間?！拔魉绊椖糠治霰砻?，雙層幕墻方案室內(nèi)使用面積減少約5000。 1-5.增加運行、維修、監(jiān)控、清潔、服務(wù)、維護費用。 “西塔”項目估算每年為300萬元。 1-6.“雙層”幕墻技術(shù)的復(fù)雜性、熱工性能的復(fù)雜性，當(dāng)設(shè)計不當(dāng)雖然“溫室效應(yīng)”與“煙囪效應(yīng)”概念正確，但可能效果不佳，必須做定量分析，將帶來過熱、增加氣流速度、減少進入室內(nèi)的陽光、并不節(jié)能等，作出評估分析。 1-7增加結(jié)構(gòu)自重。自然采光弱化，增加照明能耗?？赡墚a(chǎn)生房間、樓層間串聲等。2.“雙層”玻璃幕墻的優(yōu)點歐洲率先發(fā)展的“雙層通風(fēng)幕墻“有許多

17、優(yōu)點，如隔聲效果好，冬季保溫效果良好、對遮陽與照明設(shè)施較好的保護、防塵、減少風(fēng)壓對建筑的影響、設(shè)計恰當(dāng)能夠自然通風(fēng)、幕墻內(nèi)層的溫度與室內(nèi)接近、夏季通過夜間自然通風(fēng)預(yù)冷室內(nèi)環(huán)境等。但采用“雙層”的決策，關(guān)鍵的造價昂貴、是否節(jié)能、通風(fēng)、防火性能問題，必須有針對性措施解決，優(yōu)缺點同時存在時如何抓住主要矛盾求得平衡。夏熱冬暖地區(qū)、低緯度高得熱地區(qū)的廣州，“雙層”并不能保證節(jié)能?！半p層”設(shè)計技術(shù)的核心，是對空氣腔體通風(fēng)、防熱的設(shè)計，如何做到良好的氣候適應(yīng)性，如何實際節(jié)能，如何控制好“溫室效應(yīng)”與“煙囪效應(yīng)”，必須進行定量分析，不可停留在想像中的氣流上，如何把握好復(fù)雜的熱工特性，作出務(wù)實的具備建筑個性的技

18、術(shù)經(jīng)濟評價，取得合理的投入產(chǎn)出比，是決定采用“雙層”體系的前提。三、“西塔“超高層建筑采用玻璃幕墻“一高二透”特點的分析1.超高層建筑高度帶來的新問題 超高層建筑的首先特點是高度超高、特超高，“西塔”高達432米。高度本身就是一種標(biāo)志、一種形象、一種特殊的意義。超高表明了一個特性，即除了太陽的光照和輻射沒有變化之外，所有的建筑環(huán)境參數(shù)都有變化，因而必須因外圍護“高”的優(yōu)勢和劣勢帶來建筑自身參數(shù)的相關(guān)變化。在安全、防災(zāi)、質(zhì)量上有較高的規(guī)定。1-1.風(fēng)速、風(fēng)壓變化。 隨著建筑高度的增加，風(fēng)速、風(fēng)壓會增加。以城市市區(qū)c類地面粗糙度，高度為400、450米的風(fēng)壓高度變化系數(shù)mz=3.12,100米時為

19、1.70，150米時為2.03，200米時為2.30，300米時為2.75等。這點對于以風(fēng)荷載作為控制荷載的幕墻是極重要的。1-2.氣溫變化?？諝鉁囟扰c高度有關(guān)，高度每升高100米，空氣溫度下降約0.6c 。這一點對于辦公、酒店、附屬用房、公寓建筑的能耗模擬是不可忽略的。當(dāng)?shù)孛鏆鉁貫?0c時400米高處氣溫約為17.6c。1-3.建筑變形。 風(fēng)荷載作用下樓層水平位移由20層處100到60層處400、80層處600、100層處700多等。幕墻構(gòu)造、結(jié)構(gòu)、連接必須對每一樓層都有良好的層間位移適應(yīng)性。在較大位移時必須保證板片間不擠壓、接縫的完整性、不允許水密性、氣密性及所有功能的破壞。不同高度重力對水平接縫的影響。1-4.超高層建筑防火的嚴(yán)重性，煙囪效應(yīng)的嚴(yán)格禁止。1-5.超高層建筑災(zāi)害預(yù)防和逃生。1-6.防避側(cè)擊雷及雷鳴閃電刺激。1-7.高處與低層氣象的差異性。1-8.超高層人的視野及恐高心理。1-9.防止高空高處物件的散飛墜落。1-10.高空不宜開窗、通風(fēng)問題是難點?？p隙進風(fēng)破壞室內(nèi)環(huán)境，如何調(diào)節(jié)室內(nèi)相對濕度。1-11.高空高風(fēng)壓強雨淋的滲水性、沖刷性，分層排水、集水處理。1-12.更高的隔聲性要求。高密閉性節(jié)能、隔聲與開啟通風(fēng)的矛盾。1-13.超高層建筑玻璃幕墻的清潔與維修。1-14.對周圍地區(qū)