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[摘要]高度200m以上的超高层建筑都采用幕墙作为围护结构,这是由高层建筑的特殊性质所决定的。幕墙的结构形式不仅重量小,而且能抵抗高烈度地震和强台风的袭击。







幕墙可以采用多种面板材料,具备各种表面造型,充分满足建筑艺术的要求。其中大量采用的玻璃,具有透明、轻质、高强、耐久四大特性,使玻璃幕墙广泛采用。







文中介绍了已建成和在建的几座500m以上的建筑的玻璃幕墙以及幕墙的新材料和新做法。







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。







笔者根据手头资料的不完全统计,截至2018年5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1。



超高层:建筑幕墙结构,新材料和新做法的运用











由表 1 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左右。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。







2017年,我国建筑幕墙生产量已达10000万m2,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m2,其中玻璃幕墙的数量超过5亿m2。这5亿m2 的玻璃幕墙中,有相当大的一部分用于超高层建筑。







3 幕墙是超高层建筑不可代替的墙体形式







3.1 建筑幕墙







建筑幕墙不同于低层建筑常见的混凝土墙体和砌体墙。幕墙石油支承结构体系与面板组成的、可相对于主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。







幕墙相对于主体结构有一定位移能力,一般位于主体结构面的外侧(有些工程可以是主体结构在外、幕墙结构在内,如广州塔)。在地震、台风作用下,主体结构发生水平位移时,不会强迫幕墙也发生完全相同的面内水平位移,因而幕墙在强震和大风中保持完好,或者有轻微损坏。







3.2 幕墙具有良好的抗震和抗风能力







超高层建筑在地震和大风中会产生很大的水平位移,所以会采用幕墙来作为外围护结构。振动台实验表明:幕墙可以承受 1/100 至 1/50的位移量。幕墙能承受的位移值远远超出主体结构的位移限值,这就是在地震和台风灾害中,幕墙结构能保持完好或者损害轻微的原因。







下图为在2008年汶川大地震中经受烈度为9度强震后的建筑物,其玻璃幕墙、石材幕墙都保持完好。
















超高层:建筑幕墙结构,新材料和新做法的运用




















超高层:建筑幕墙结构,新材料和新做法的运用




















超高层:建筑幕墙结构,新材料和新做法的运用











图:汶川地震后,都江堰、绵阳、青城山等9度地区的幕墙




















2016年9月,莫兰蒂台风袭击厦门,风力达14级到17级,风荷载达规范值的1.8到2倍,但是高层建筑玻璃幕墙基本保持完好,幕墙破损的建筑很少(下图)。
















超高层:建筑幕墙结构,新材料和新做法的运用




















超高层:建筑幕墙结构,新材料和新做法的运用




















超高层:建筑幕墙结构,新材料和新做法的运用



2016年莫兰迪台风袭击后,厦门高层建筑玻璃幕墙保持完好或损坏轻微







3.3 玻璃同时具备四大特点







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2)。



超高层:建筑幕墙结构,新材料和新做法的运用











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。







玻璃是高强轻质材料: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3)。



超高层:建筑幕墙结构,新材料和新做法的运用











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0.3kn/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。







3.4 没有玻璃幕墙,就没有500m以上的超高摩天大楼







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。







上海中心总重量76万t,玻璃幕墙重量为总重量的1/100。







目前已建成的世界最高建筑是迪拜哈利法塔,828m;国内已建成最高建筑是上海中心,632m;国内正在施工最高的建筑是武汉绿地中心,636m;正基础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 超高摩天大楼的玻璃幕墙







4.1 迪拜云溪塔







建造中的迪拜云溪塔高度未最后确定,预计为960m至1196m。目前基础正在施工。云溪塔为钢筋混凝土单筒体,加上两组弧形布置的钢拉索(图3)。高度700m至900m区段布置50层高空酒店,全部为玻璃幕墙。由于工程刚开始施工,有关细节还可能变动。已初步确定,该工程上部结构将由中建总公司承建。
















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云溪塔高度可达1196m





























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由中部混凝土筒体和两组钢拉索支承





























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50层高空酒店





























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酒店的玻璃幕墙







(↑↑↑图3 迪拜云溪塔)







4.2 吉达王国塔







沙特**王国吉达正在施工一座高度1007m、208层的王国塔(图4)。建筑平面为三叉形,立面为针形,630m高度上有一个700m2的室外观光平台。







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。幕墙由中国公司设计,2017年5月完成试验,9月已经开始安装。
















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王国塔,1007m





























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外围护结构采用中空玻璃幕墙
















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幕墙水平剖面,采用中空玻璃





























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2017年5月在东莞完成幕墙试验





























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幕墙安装







(↑↑↑图4沙特吉达王国塔)







4.3 迪拜哈利法塔







哈利法塔的高度为828m,是目前世界上最高的建筑幕墙。建筑幕墙总面积为13.5万m2,其中塔楼 部分为 12 万 m 2 。在塔楼幕墙中,玻璃 10.5 万 m 2 ,不锈钢板 1.5 万 m 2 。采用单元式明框幕墙,共有 23566 个单元板块(图 5~ 图 11 )。本工程由中国承建,玻璃、铝型材、五金件和密封胶均采用中国产品。















采用中空玻璃,16mm空气层,两片超白玻。外片镀银灰反射膜;内片镀low-e膜。两膜均朝空气层,可见光透射率20%;综合热透射率16%。。单元板块有21种主要板型,尺寸由1.3mx3.2m到2.25mx8m。
















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图5蔚蓝天空下幕墙熠熠生辉





























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图6塔楼幕墙的单元划分

































图7设备层的不锈钢装饰条
















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图8标准层单元幕墙内观





























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图9 124层观光层幕墙





























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图10标准层单元板块直接安装
















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图11设备层大单元先装钢立柱,再装板块







4.4 武汉国际金融中心(武汉绿地)







武汉国际金融中心,即武汉绿地中心,原设计高度636m,125层;后因限高,实际结构高度为495m。平面为圆角三叉形,竖向逐渐内收呈圆滑曲线。立面上开有喇叭形洞口,可以减少主体结构和幕墙所受的风力(图12)。







采用12mm半钢化玻璃,中空,low-e,外夹层玻璃,内单片玻璃。板块均为不规则四边形,几乎没有完全相同板块。







每层设三道水平线条,最上面为金属装饰条,下面为两道水平金属遮阳板(图13)。
















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原设计立面





























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实际建成立面





























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立面局部







(↑↑↑图12武汉绿地中心立面)
















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(↑↑↑图13武汉绿地中心玻璃幕墙)







4.5 上海中心大厦







上海中心127层,高度632m,外形为螺旋上升的中国龙。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12~15层高的内庭,按防火要求,内幕墙必须为防火幕墙。内幕墙直接支承在楼面结构上,外幕墙每12层~15层为一组,通过水平钢管和竖向吊杆悬挂在上端外挑的楼面结构上(图17、图18)。







外幕墙采用超白半钢化sgp夹胶玻璃。12mm超白 1.52mmsgp 12mm超白。由于外幕墙有螺旋上升的造型,为复杂的双曲面,为此平面板块单元错缝锯齿形安装,拟合造型曲面(图19、图20)。
















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图14 上海中心大厦,高度632m





























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图15上海中心的平面,内外两道幕墙





























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图16内外幕墙之间是多层内庭





























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图17 外幕墙安装在水平钢管上,水平钢管通过吊杆悬挂在上步楼面结构上





























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图 18 外幕墙的水平钢管和吊杆





























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图19平面单元板块锯齿形错位安装











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图20 外幕墙的中国龙双曲造型





























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图21外幕墙单元板块的安装

































内幕墙为防火幕墙,采用(8mm超白 0.89mmsgp 8mm超白) 12a 8mm铯钾防火玻璃。支承结构均采用冷弯薄壁型钢,梁壁厚3mm,柱壁厚4mm。钢结构外包铝型材(图22~图24)。
















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图22 外幕墙(下部)和防火内幕墙(上部)





























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图23防火内幕墙的钢骨架





























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图24内幕墙钢立柱







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)。明框,单元式。玻璃为超白、low-e,中空,外片夹胶,内片钢化(图27)。
















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图25 深圳平安金融中心,660m





























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图26 单元式明框玻璃幕墙





























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图27深圳平安金融中心的玻璃幕墙

































4.7 广州塔







广州塔高度600m,玻璃幕墙高度460m(图28、图29)。明框玻璃幕墙采用三角形单元板块,尺寸为1500mmx3500mm。双夹层半钢化中空玻璃,(8mm 1.52mmsgp 8mm) 12mma (8mm 1.52mmsgp 8mm)(图30~图33)。
















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图28广州塔,玻璃幕墙高度460m





























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图29 双夹层中空玻璃位于钢架构的内部





























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图30 广州塔内景,三角形玻璃单元板块





























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图31 玻璃单元下横梁





























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图32 横梁节点竖向剖面





























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图33转角处立柱水平剖面

































4.8 广州东塔(周大福中心)







广州东塔高度540m,玻璃幕墙,带竖向陶板装饰条(图34)。单元式板块。玻璃超白、夹层中空(图33~图39)。
















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图33 广州东塔





























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图34 玻璃幕墙单元,外突竖向线条为陶板





























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图35 塔楼幕墙





























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图36 陶板线条正在安装





























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图37玻璃幕墙外观





























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图 38 幕墙水平剖面,玻璃板之间有陶板竖线条





























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图39节点竖向剖面

































4.9 天津高银117




















天津高银117高度为592m,117层。32、63、94和115~116层为高层大堂,顶部设有钻石型玻璃顶(图40)。
















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图40天津高银117(左、中)及其钻石型顶部(右)

































幕墙总面积14.7万m2,分为2万单元板块。标准层单元4.3mx1.5m,1.4万单元板块;屋顶钻石幕墙板块约为2mx2m。玻璃配置为外玻璃pvb夹层,超白low-e半钢化;12mm中空;内层玻璃钢化。







大面幕墙:(8mm 1.52pvb 8mm) 12a 8mm







高空大堂:(8mm 1.52pvb 8mm) 12a 12mm/10mm







钻石幕墙:(10mm 1.52pvb 10mm) 12a 10mm(倒挂)







10mm 12a (10mm 1.52pvb 10mm)(正放)







典型大样和节点见图41。
















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图41幕墙竖向剖面(左)和节点水平剖面(右)





























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图42天津高银117的玻璃幕墙









































4.10 天津周大福







天津周大福高度525m,外形像立在发射台上的火箭。由于幕墙是曲面,用平面玻璃拟合时,只能上下排玻璃错缝(图43)。
















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图43 天津周大福的玻璃幕墙




















5 结语







高度500m以上的超高摩天大楼,外维护结构的选择就是采用玻璃幕墙。超高玻璃幕墙的基本选择是:明框,单元式,双夹胶中空或外夹胶内钢化中空。夹胶的玻璃可以考虑采用半钢化。优先采用超白玻璃,钢化玻璃应采用超白玻璃。高度500m以上超高层摩天大楼的夹胶玻璃,其中间层胶片宜考虑采用离子型胶片sgp。以提高玻璃幕墙的安全性。







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