巨型高层建筑玻璃(即高度为600米以上的摩天大楼)在技术功能上往往被认为可轻易达成。然而,当今巨型高层建筑的高科技、高强度玻璃(比如迪拜哈利法塔)对大楼性能的影响与其内部钢筋混凝土一样重要。
巨型高层建筑面临主要挑战包括:风力承载、温度和高度差异,和冷凝效应。
风力常被低处的树木和其他建筑物削弱,但上升到一定高度时,随着这些障碍物消失,建筑物会面对完全无阻挡的强风。
光和热也是影响巨型高层建筑的主要因素。高层建筑因其内部巨大的热量,即使在一年中较冷的几个月,都需继续使用空调。因此,空调是摩天大楼中为耗能的部分。
巨型高层建筑还有一个的挑战:它不仅内部热能高,而且整体面积中有很大一部分是高过毗邻建筑。因此建筑物并没有遮荫处,并且它们还大多位于中东、非洲和东南亚沙漠地区。
更复杂的是,巨型高层建筑几乎完全采用玻璃作为外立面,因为高而宽的玻璃可提供很大限度的清晰视野。
但挑战也在于这些大型玻璃必须非常坚固,才能抵御强风,而且在设计时必须能够补足射入的光线量,从而为高层住户提供舒适的居住环境。
巨型高层建筑面临的具体挑战:
环境影响
建筑物周围环境(例如哈利法塔和吉达塔的沙漠气候)是重要考虑因素。巨型高层建筑周围,如山丘和其他建筑,可在白天吸收大量热量,但在夜晚却会将热量辐射或散发到周边建筑。
Low-E玻璃可有效反射长波辐射并减少摄入大楼的光线量。这就是Low-E玻璃(如GuardianSunGuard®Neutral 60产品)当选为玻璃的原因。
一些气候炎热潮湿的沙漠地区(当地白天气温高达50摄氏度)会给玻璃承受力,偏转度和冷凝方面带来真正挑战。
大多数人并未意识到Low-E玻璃在中东有多受欢迎,也不知道为什么要使用它。总的来说,人们认为Low-E玻璃只能在寒冷气候下使用。但是对于Low-E玻璃可阻挡和反射白天和夜里间接热量的功能,大多数人却不会考虑。
冷凝效应
巨型高层建筑玻璃外窗格常出现冷凝现象,这是因为室内外温差过大导致。(夏季室外非常炎热潮湿,室内空调恒温。)
采用Low-E玻璃作为内部窗格可有效防止冷气从建筑内部向外玻璃窗转移,而热处理(完全钢化或热强化)将使玻璃强度提高5倍,可抵抗极端的风力和温差。
高度差异
巨型高层建筑顶部和底部间的高度差,以及由此产生的温差,共同造成压强差,会使中空玻璃产生偏转。
哈利法塔项目中,甚至还存在着中空玻璃在生产与安装的温差问题。1月生产制造的中空玻璃,当时温度为26摄氏度,而8月在迪拜安装时,温度为48摄氏度。
Guardian玻璃专家结合压力和中空玻璃偏转问题,精准计算出玻璃厚度,使其适应不同安装高度需求。
风力影响
受高度影响,巨型高层建筑所承受的风力将会非常巨大。尽管具备动力外观的建筑物可利用风涡脱落原理减少结构负载,但玻璃厚度仍非常重要。对于哈利法塔来说,其玻璃幕墙可承受高达250公里/小时风速。
吉达塔玻璃系统设计能确保在2.5米半径晃动范围内,玻璃不损坏不漏水。玻璃的厚度取决于建筑物的高度。热处理也是非常重要的(完全回火或强化),将使玻璃强度提高5倍,可抵抗极端的风力和温差。
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