坠落的玻璃-玻璃幕墙在当代建筑中的问题与解决方案 本书特色

 只要建筑存在于空间之内．就一定会出现建筑问题，
而且各种建筑缺陷及其成因也像建筑物本身一样各有不
同。本书系统地分析了一些在当代世界建筑领域内造成
重大影响的建筑失败案例。从某种意义上讲，大量运用
复杂技术和独创性细节设计的现代建筑特别容易出现建
筑缺陷。
    为此．本书特别选取了许多著名建筑工程项目作
为范例：伦敦滑铁卢车站(Waterloo Station)、波士顿
约翰·汉考克大厦(John Hancock Tower)、柏林拉
斐特大厦(Galeries Lafayette)、毕尔巴鄂古根海姆博
物馆(Guggenheim Museum)以及巴黎的法兰西图书馆
(Bibliotheque de France)等。
    作者将玻璃幕墙和顶棚工程中出现的失败案例根据
其威因进行分类．具体分为：镍硫化物、热应力、腐蚀、
不匹配、渗漏和结构失效。此外，能源耗费、不当冗余
和耐冲击等问题也作为单独章节进行了分析。当然，本
书还收录了一些成功案例。本书主要强调如何避免出现
上述典型错误，指出了建筑从业人员在实践中应当考虑
的问题。
    我们在此感谢芝加哥高层建筑委员会和伊利诺伊
大学乌尔班纳分校对本书出版的大力协助，并向弗朗西
斯·普利姆交流学者奖学金(Francls J．Plym Traveling
FeiIowship)表示感谢。

坠落的玻璃-玻璃幕墙在当代建筑中的问题与解决方案 节选

    1999年春，我有幸得到弗朗
西斯-普利姆交流学者奖学金
的资助，有机会学习已在欧洲兴
起但在美国并不多见的新建筑体
系。作为一名工程师出身的建筑
师，我对新技术尤其感兴趣。而且，
我研究的专题是建筑围护体系的
创新。那时在欧洲正兴起以独特
技术为特点的建筑潮流，我决定
去获取**手资料，看看那些伟
大建筑是如何建造的。
    在访问研究过程中，我去了
伦敦，也正是在那里，我萌生了
写书的念头并确定了书名。凯瑟
琳-斯莱瑟(Catherine Slessor)
在《可持续建筑和高科技——生
态技术》一书中介绍了伦敦西区
的玻璃塔。在插图中展示了一座
被奇妙的蓝色玻璃覆盖的高塔，
我真的无法想像它是如何建造的。
1995年建成的伦敦气压塔坐落于
牧羊人树丛镇的东端，是当地的
地标性建筑，属于泰晤士水利组
织。巨大的气压塔建在泄洪管道
上方，将大气压力转换成可以控
制出水口的电子信号。随着气压
的变化，排水口开放的数量也在
变化，圆柱形塔内的水平面亦随
之升降。从排水口排出的水通过
塔底座的水泵和循环槽进行收集
和循环。为了清晰显示水平面的
变化，气压塔内的水被染成了亮
蓝色。夜间，气压塔的中空内柱
可以提供照明，以突出水面的升
降变化。
    当我亲眼见到气压塔时，不
禁感到吃惊：这个塔实在太小了，
15m高的塔身坐落于道路交叉处
环形路的中央，它更像是座玻璃
雕塑，而非我从前想像的擎天柱。
由于以前看到的图片仅仅是指向
天际的塔身，所以我无法想像塔
的高度。向弯曲的玻璃管道望去，
组成玻璃筒体的整块玻璃构件由
不锈钢反凹陷贯穿螺栓固定，构
件的边缘接口从外部进行密封。
虽然我对这类点支撑玻璃细部设
计比较熟悉，但对如何在曲面上
实现这类细部设计还是非常感兴
趣的。玻璃内壁上留下了一层蓝
色染色剂条纹的薄膜。很遗憾，
气压塔里没有水。看到玻璃气压
塔空空，失去了与水有关的功能，
真是令人失望。随即，我围着塔
转了几圈，近距离地观察气压塔。
在塔的不锈钢底座上规规矩矩地
贴着这样的告示：“危险!小心玻
璃坠落!”这使我联想起，冬天
美国高层建筑楼下普遍挂有“小
心坠冰”的提示。虽然这些曲面
玻璃部件都完好无损，但塔周围
的地面上确实有一些强化玻璃的
碎片。
    那天晚些时候，我向有关建
筑师了解了这个项目的简单情况。
他们承认这个气压塔已经好几个
月不能正常工作了。至于玻璃破
碎的问题，他们解释说曾经有人
向塔投掷了一块砖头。但在塔基
下并没有发现被砖砸过的迹象，
于是我重新回到塔下，仔细查看
了玻璃部件。通过近距离观察，
我发现反凹陷贯穿紧固螺栓边缘
有蓝色染色剂渗出的痕迹，好像
这些在平面嵌板玻璃制造业中很
普通的部件允许水从内向外渗漏
似的。但设计师不应在没有研究
每个设计细部可能出现的衍生结
果的情况下反转围护结构系统，
就像不能把雨伞倒过来使用一样。
    正是这个工程项目引发了我
对建筑外部围护结构设计失败案
例的兴趣。于是我带着这个问题
开始了在欧洲的交流学者之旅，
探寻欧洲当代伟大建筑是如何建
造的。在研究之旅结束时，我初
步了解到为什么它们其中有些会
出现问题。我回到美国后继续研
究，发现建筑围护结构问题并不
仅仅出现在欧洲的建筑或新建的
外壳建筑中。过去的70年中，世
界上很多建筑项目都一直受玻璃
幕墙的困扰，而且玻璃仍是当今
建筑中备受争议的*基本元素。
但谁又能想像会有不使用玻璃的
现代建筑呢?
    本书中介绍的建筑都是由20
和21世纪部分伟大建筑设计师设
计的，很具创意和创新性。当然
每个新创意都可能出现瑕疵，就
像“小心玻璃坠落”的提示那样。
本书目的不是说服大家重拾更为
常规的建筑风格，而是告诉设计
师如何避免典型的设计缺陷。玻
璃这种独特的建筑材料因其透明
性而得到使用，却因其易碎特性
而引发问题。本书描述了当代玻
璃建筑中可能出现的许多潜在问
题，并提供了可以帮助设计人员
预防设计失败的可能手段。除指
出问题外，部分章节也介绍了一
些成功的玻璃幕墙建筑。
    尽管本书所述的是失误的问
题，但无意追究责任，特意将追
究错误的问题放置一边未加评论。
我不想为过去发生的错误追究责
任，只想避免类似问题在将来再
次发生。
渗  漏
    远古时代，遇到恶劣天气时，
史前人类寻找山洞容身。随着社
会文明的发展，人类开始改进他
们的容身之所。遮雨的屋顶从不
透明的木材顶棚发展到了全玻璃
透明顶棚。人类建筑外壳的演变
促生了很多胜过以前材料和技术
的产品。尽管材料和技术发展突
飞猛进，人们仍然被存在已久的
渗漏问题所困扰。渗漏问题是玻
璃建筑围护结构*常见的问题之
一。建筑渗水的后果可能十分严
重。*初，渗水会对建筑内墙和
设备造成影响。随后渗水会造成
腐蚀、深度蚀刻、发霉、材料解体、
丧失隔热能力或电路问题。在渗
漏早期，渗水现象可能不易被发
现，直到造成重大损失才会被注
意到。空气通过建筑外壳渗入室
内可造成人体不适、热能损失和
冷凝水聚集。
  一直以来，人们通过不断改
进建筑接合技术和装置来解决渗
漏问题。密封剂、衬垫和安装技
术的提高可以有效避免发生渗漏。
水分渗漏通常是以下三种因素共
同作用的结果：密封缺陷、空气
绝对压力差(外部空气压力大于
内部压力)、接触水分。三种条件
同时出现时，沿建筑物表面流下
的水被由风力造成的空气压力压
入存在缺陷的密封口。*近，研
究人员开始将目光转向如何消除
建筑外壳表层的压力差。在减少
建筑渗漏方面，压力平衡技术研
究发展迅速。
    对于传统的建筑围护体系，
解决渗水问题一般应首先找到围
护体系外部渗漏位置，然后修复。
如果维修人员难以接触到建筑的
外围，或渗漏问题大面积地频繁
发生，维修工作将十分艰难。即
使不考虑上述因素，修补建筑外
侧的接缝也仅仅是一种临时性的
解决方案。多数建筑围护体系的
外部屏障不可能像屋顶薄膜一样
均质贴合。砖石墙时间长了会出
现缝隙，需要使用衬垫和密封剂
在接合处连接的板式系统(金属、
混凝土和玻璃)*终也会失效。
    密封失效是导致建筑渗漏的
*主要原因。外部密封剂和连接
装置自身无法为建筑附属结构提
供持久可靠的防潮保护。它们非
常容易受到恶劣天气和现场安装
环境(包括基层不洁净和施工工
艺粗糙)的影响。依赖外部屏障
作为建筑围护结构防水渗漏的惟
一方式往往会导致渗漏问题。
    依赖外露密封件防止墙面渗
水是目前建筑幕墙出现渗漏问题
的*主要原因。尽管密封剂的防
水性能较之前有了实质性提高，
但这种材料作为惟一的防水和防
风渗漏屏障仍然不能做到绝对可
靠。单一密封剂防护只有在密封
完好时才能有效。但是，完好密
封只有在基层条件理想且安装工
艺完美的情况下才能实现。对于
大型工程，要达到这两个条件是
不切实际的。基于这种理想假设
的建筑设计是注定要失败的。防
止建筑渗水的关键环节是为建筑
添加二级排水系统。如果该系统
失效，水分就会寻找路径渗入建
筑内部。
    伊利诺伊州斯普林菲尔德市
(springfield)税务大厦(Revenue
 BuUding)建于1983年，其天窗
系统覆盖了建筑的大部分表面。
宽敞的中庭占据着建筑的大部分
内部空间，其上空为4118m的层
压隔热玻璃所覆盖。这个巨大的
天窗由开网式管状桁架系统支撑。
大厦的两座矩形塔楼间由一系列
内部人行天桥相连。人们可以站
在大厦天桥或中庭的阳台上，透
过天窗欣赏到南面圆顶的州政府
大厦。遗憾的是，这些美景由于
这个漏洞百出的天窗体系而显得
黯淡。
  从安装到被全部替换，天窗
系统每到下雨时都会向建筑内部
渗水。尽管人们尝试过许多方法
解决渗漏问题，水总是能够躲开
工程施工人员和建筑维护工人，
找到途径渗漏到下一层建筑。天
窗的渗漏问题不是轻而易举就可
以解决的。观察工程使用的天窗
部件的示意图，我们可以看出水
分是如何积存在天窗水平横梁突
起处并浸没外部密封接口的。这
种天窗部件设计不仅对密封剂的
材料特性有很高的要求，而且对
接合处的安装施工要求也很严格。
外部压力帽不能提供持续的密封
保护以防止渗漏。接合装置的设
计缺陷和天窗系统的热运动共同
造成了建筑外墙渗漏。天窗的内
部排水槽只是用来收集由于天窗
偶然密封失效而渗入的水分，显
然，相对于庞大的建筑和大量的
渗水，税务大厦的天窗排水槽实
在太小了，它无法承受从如此巨
大的天窗的失效密封接口渗入的
大量雨水。天窗系统的铝制部件
需要接合以承受材料的热运动，
弥补挤压工艺的局限。疏导水流
的排水系统无法使渗入的水流过
连接装置。在天窗很多地方，雨
水越过接合装置，流出排水槽，
顺着钢管结构流下天窗，*后顺
管道溅落到大楼地面。尽管人们
无数次地从外部修补接合处的密
封装置，但对于存在严重先天设
计缺陷的天窗系统，这只能暂时
缓解渗漏现象。虽然这些临时性
补救措施可以将渗漏降到*低水
平，但一段时间后，大楼的渗漏
现象会更加严重。
    在更换天窗时，设计师总结
了*初建筑设计的教训。新天窗
系统是在2001年安装的，使用了
水平接合处平接的玻璃系统，同
时安装了可以承受大面积渗漏的
排水槽。设计师在设计建筑内部
排水系统时下了功夫，使其不但
可以连接所有接合装置，还能将
渗入雨水导出至大楼邻近的屋顶
上。在投入生产前，天窗系统经
受了实验室模拟环境疲劳测试。
*后，在工程安装的四个阶段，
分别对所有主要连接位置进行了
现场过水试验，以保证税务大厦
天窗渗漏问题都得到解决。该工
程是解决天窗系统问题的很好例
子，也是建筑物外壳体系成功抵
御强风和暴雨影响的例证。