非花岗岩石材要求表面防水处理,背面加贴玻璃布,并宜采用背部连接(图56~图59)。
四、新的幕墙系统
1.索网点支玻璃幕墙
索网结构通常是双向布置张拉钢索。当跨度不超过15米时,幕墙也可以沿竖向单向布索,采光顶可以沿短向布索。索网是技术含量较高的结构系统,其设计涉及大挠度下的非线性(词条“非线性”由行业大百科提供)结构分析,而且要考虑温度和初拉力的影响;其施工则要考虑预拉力的合理张拉分级和顺序,复杂程度较高。国内最早的拉索幕墙是哈尔滨国际会展中心(图60)。目前最大的单张索网是北京新保利大厦,90米X70米,三棱面(图61、图62)。上海中国航海博物馆采用了两张54米高的马鞍形索网(图63),张拉在高度为78米的钢骨混凝土“船帆”上。马鞍形索网还用于采光顶屋面(图64)。
最近,超大规模的索网在大型公共建筑广泛使用,其规模和技术难度在世界上都是前所未有的。图65为鄂尔多斯赛马场的超大单向索幕墙,高度达90米。昆明新机场索网幕墙面积达20000平方米,更困难的是钢索都必须从弯曲的钢“飘带”的中间穿过(图66)。京深港高铁深圳北站的索网幕墙总面积也超过了20000平方米,为此还进行了整片实大幕墙的施工模拟试验(图67)。
北京是抗震8 度设防地区,国家网管中心和土城移动电话局都在两座独立的建筑之间布置索网,地震时两座建筑的相对位移将会拉断钢索,为此开发、安装了世界首个水平索端部弹簧保险装置(图68)。
2.双层通风幕墙
双层通风幕墙由外幕墙、内幕墙或门窗以及它们之间的热通道(词条“热通道”由行业大百科提供)构成。用自然通风或机械通风在热通道形成稳定的气流,改善室内环境,有时还可以降低取暖和空调的能耗。我国最早的双层通风幕墙是北京会计师培训中心(图69)。此后各地陆续建造了许多工程,同时也在探索这项新技术的合理应用途径(图69~图74)。
五、光伏幕墙和光伏屋面
现在新的理念是:幕墙不仅要节能,而且要产能。这就是所谓“能量平方”的概念。光伏幕墙利用光伏电池将太阳的光能转变为电能,这是一种清洁能源,特别是日本福岛核电站发生事故后,我国发展光伏能源的势头更猛。
六、幕墙技术的研究工作
1.幕墙设计方法的研究
玻璃面板的设计方法
近 年来,对玻璃面板的受力性能作了许多工作,主要是点支承面板支承点周边应力(词条“应力”由行业大百科提供)分布的研究、玻璃板大挠度状态下的性能和设计中对几何非线性的考虑方法等。
夹层玻璃的设计方法引起很大的关注,常规设计方法是不考虑中间层的作用,将夹层玻璃按两片玻璃叠加计算。由于离子性中间膜SGP的应用,中间层对整体受力的贡献已经不能忽略,考虑中间层作用的设计方法已经进行了许多工作,并将在规范修订时予以考虑。
支承结构设计方法的研究
索网体系的结构设计计算是研究的重点方向。柔索的工作特点是大挠度、几何非线性。而且除了常规的重力荷载、风荷载以及地震作用外,索网还要考虑预拉力和温度作用,预拉力要能确保钢索在高温下不松弛,在低温下不拉断,这都需要总结工程经验,要进行理论分析。现在已经形成了一套较完善的索网设计方法。
双层幕墙的应用对结构设计提出了新的问题,内外幕墙结构的共同工作问题已经开始做工作,内幕墙支承结构风荷载取值问题已经提到议事日程。
幕墙节能和热工计算
由于幕墙节能设计是一票否决的大事,这几年各种形式幕墙的节能和热工计算成为集中研究的课题。目前多个版本的计算软件都在工程中应用。
热通道气流状况和热工性能的研究
双层通风幕墙虽然已经在工程中应用,但是热量在其中的传递过程和热通道空间的气流状况还是不够了解的。利用计算软件,进行数值模拟是当前最主要的研究手段。
2.新型材料性能试验
近年来进行了许多新材料的性能试验,为三新(新材料、新技术、新工艺)核准提供技术依据,为新材料在工程中实际应用创造条件(图81~图82)。
3.大型工程的性能试验
常规四性试验已经普遍在幕墙工程中采用。对于一些大型工程还进行了专门的试验研究工作。
中央电视台工程项目技术复杂,难度很大,为此专门建造了18米X24米的超大试验箱,18米高的幕墙菱形区域整体进行多项测试(图83)。 深圳北站有20000平方米的索网幕墙,设计施工难度较大,为此专门建造了实大样板,进行设计校核和施工过程的研究(图84)。
4.幕墙振动台试验
振动台试验是研究幕墙抗震性能最直观、最真实的试验方法。我国最大的振动台台面已经达到6米X 6米,载重60吨。进行过很多幕墙的振动台试验,其中包括幕墙的形式实验和对特定工程项目的幕墙试验(图85~图87)。
七、幕墙标准规范
我国在九十年代初着手进行我国建筑幕墙标准规范的编制工作。在总结我国幕墙工程经验和科学研究成果的基础上,先后颁布施行《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-96 和《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001,大大提高了我国幕墙工程的设计施工水平。2003年,修订后的《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003 颁布施行,JGJ 133 规范的修订工作也在进行中。
2008年汶川大地震和2010年玉树大地震的震害调查表明:我国的幕墙规范经受了地震的考验,按照规范进行设计施工的幕墙工程,达到了设防烈度下保持完好或基本完好的要求,甚至在超烈度的强震下,也还能保持完整(图88~图91)。
八、 小结
回顾我国幕墙技术发展三十年的历程,我们感到无比的兴奋和自豪;展望未来,我们看到广阔的前景,同时也会感到任重而道远。我们承担着将我国从产量高的幕墙大国转变为技术高的幕墙强国的历史重任。让我们为此而共同努力。
注:未经许可不得转载
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