@ 2015.08.07 , 13:30

摩天大楼上的玻璃从哪儿来

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曼哈顿南部富尔顿街的世贸大厦1号楼。

我们没怎么思考过建筑玻璃。本质上讲,它的主要作用就是要透明,但不透风。然而,高科技、高强度的玻璃窗已经覆盖了现代的超高层建筑,那些超过1200英尺的摩天大楼,比如纽约新世界贸易中心1号楼和迪拜的哈利法塔,这些玻璃就跟建筑里的钢筋混凝土一样重要。

当建筑超高时,主要的影响就是风力。在较低的地方,风会被一些树木、山丘以及其他建筑物分散。但当建筑的高度上升到所谓的边界层时,这些屏障都消失了。建筑物的表面完全暴露在风的力量之下。建筑物的正反面都受到了压力:风敲打顶部,对玻璃施压,风绕着外围流动,形成低压漩涡又会向外吸玻璃。实际上,这股吸力甚至会比正面的压力更大。

空气调节装置这股力量是这些摩天大楼最大的能源花费。

越高的地方,风的影响就越复杂。“这些压力和吸力会借助强大的风速从楼顶顺势而下,你可以在建筑的各个位置感受到这股能量,甚至是在较低的楼层。”建筑设计公司Owings and Merril结构工程学的领导William Baker说道,同时他也是新世界贸易中心的设计师。

另一个主要因素是光和热。高层建筑由于其巨大的内部热量,往往需要不断的空气调节,即使是在冬季。空气调节装置是这些摩天大楼最大的能源花费。超高层建筑面临了一项独特的挑战:它们不仅具有较高的内部热量,而且往往会比临近的建筑高出许多,所以没有什么可以阻挡阳光。(不过也没什么太大作用,很多建筑往往是在沙漠和亚热带地区,如波斯湾和东南亚地区。)

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让事情变得更加复杂的是,超高层建筑的外墙几乎全是玻璃,花费额外的价钱摆放在又高又宽的窗格里,为的就是将景色尽收眼底。“其中比较流行的玻璃是平板玻璃和地板玻璃,有14英尺高,”建筑设计经理Bruce Milley说道。

这并不完全都是审美的选择:玻璃比砖石和钢材便宜,而重量大大减少。“玻璃是一种便宜的建筑材料。”Viracon公司的高级技术服务代表Brian Dawley说。“玻璃不只是好看,实用性也是很好的。”

问题是,这些大型的窗格玻璃虽可以抵御强风,但他们必须想出一种方法来抵消大量的光线进入。

二十年前,这些挑战往往是无法克服的,因为技术达不到。但是,这期间已经发生了许多翻天覆地的变化。“如今的玻璃已经不只是玻璃。”Adrian Smith + Gordon Gill的超高层技术主管Peter Weismantle说道,这个团队设计了位于沙特阿拉伯吉达的王国塔。

“如今的玻璃不只是玻璃。”

首先就是玻璃制造业本身的进步。直到最近,建筑师才可以自定玻璃窗格的大小,像是Guardian Industries公司就可以生产。

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位于沙特吉达耗资12亿美元的王国塔,目前正在建造中。2018年建成时,将成为世界上大高的摩天大楼。高达3280英尺,比目前最高的摩天大楼 - 阿联酋迪拜的哈利法塔还高564英尺。它的外观将主要是玻璃,就跟哈利法塔一样。

这种进步得益于所谓的平板玻璃的生产,大致是将熔化的玻璃液倒在漂浮的锡液面上,之后使其慢慢冷却,制造商可以使窗格玻璃达到数米宽。“在刚刚过去的十年里,我们已经看到,制造商可以做出越来越大的单片玻璃。”结构工程师Steven Ball说道,专门从事超高建筑的设计工作。“现在已经可以做出6米宽的玻璃,这已经很厉害了。”

将玻璃被放入炉中,然后快速冷却,这一过程称为热处理强化,之后,制造商或制作者加上金属涂层以实现各种性能的需求。这种涂料被应用于纳米层,厚度仅有人类头发的千分之一,一般会使用不同的涂层配方,以满足一些建筑物的独特需求。例如,一个客户可能需要玻璃的透光度高,但隔热性要好。

最后,对于摩天大楼来说,玻璃块被分割之后,要么层压在一起或紧密地连接在一起,称为双层玻璃。(就最大强度而言,许多超高层建筑需要三层玻璃,使用双夹层玻璃外加一种更薄的单层玻璃。)

最终我们看到的就是一英寸厚的高科技玻璃屏障,强度到足以抵御飓风,隔热性能近乎完美。

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本文译自 popsci,由译者 小松鼠 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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