

我们不太关注玻璃;其本质是让我们透过它看,而不是被它看到。然而,如今摩天大楼——高1200英尺以上,如世界贸易中心一号楼和迪拜的哈利法塔——所覆盖的高科技、高强度玻璃,对建筑物的性能来说,和内部的钢筋混凝土同样重要。
说到摩天大楼,主要 concerns 是风。接近地面时,风会受到树木、山丘和其他建筑物的干扰。但当建筑物上升到超高层的高度——超过所谓的边界层——这些障碍物就消失了。这座塔楼将直接承受风的全部、无阻碍的力量。建筑物将同时受到正面和背面的风的冲击:迎面而来的风会将玻璃推入,而侧面刮过的风则会产生低压涡旋,将玻璃吸出。事实上,吸力有时可能比正面压力更强。
你爬得越高,风的影响就越复杂。“这些压力和吸力会从顶部的强风高速沿着塔楼向下传播,即使在靠近底部的地方,塔楼的各个位置也可能承受巨大的力,” Skidmore, Owings and Merrill (SOM) 建筑公司的结构工程主管 William Baker 说,该公司设计了新的世界贸易中心一号楼。
另一个主要因素是光线和热量。高层建筑由于其巨大的内部热质量,即使在冬天也需要持续的空调。空调是摩天大楼最大的能源消耗。超高层建筑提出了一个独特的挑战:它们不仅有很高的内部热质量,而且其整体尺寸中很大一部分高耸于邻近建筑之上,因此没有任何东西可以遮挡阳光。(而且,如今它们大多位于沙漠和亚热带地区,如波斯湾和东南亚,这也没有帮助。)
更复杂的是,超高层建筑的外墙几乎全是玻璃,并且为了提供最大的无遮挡视野,人们偏爱高大宽阔的玻璃板。“现在流行的是从楼板到楼板,或者从楼层到楼层的玻璃,高达14英尺,” Guardian Industries Corp. 的建筑设计经理 Bruce Milley 说,该公司是超高层塔楼玻璃的主要供应商之一。
这并非完全是审美选择:玻璃比砖石和钢材便宜,而且重量也轻得多。“玻璃是最便宜的建筑构件之一,” Viracon 的高级技术服务代表 Brian Dawley 说,该公司是另一个主要的超高层玻璃供应商。“它不仅外观好,而且性能也很好。”
问题是,如此大的玻璃板必须极其坚固,才能承受强大的风力,并且必须以某种方式设计,以补偿其让入的巨量光线。
二十年前,许多这些挑战本是无法克服的——技术根本不存在。但在 intervening years 发生了许多变化。“如今的玻璃不仅仅是玻璃了,” Adrian Smith + Gordon Gill Architecture 的超高层技术总监 Peter Weismantle 说,该公司设计了沙特阿拉伯吉达高3280英尺的王国塔。
第一个进步在于玻璃本身的制造。直到最近,建筑师还受到 Guardian Industries 等公司能够生产的玻璃板尺寸的限制。
但得益于所谓的平板玻璃生产技术的进步,在这种技术中,熔化的玻璃被倒在液态锡床上,然后缓慢冷却,制造商现在可以生产几米宽的厚玻璃板。“仅在过去十年里,我们就看到制造商能够生产越来越大的玻璃,” John A. Martin and Associates 的结构工程师 Steven Ball 说,该公司部分专长于超高层设计。“如今他们可以生产六米宽的玻璃,甚至更宽。”

生玻璃或退火玻璃被放入烤箱中,然后快速冷却,这个过程称为热强化,之后制造商或加工商会涂覆金属涂层,以实现各种性能。这些涂层是以纳米厚的层级应用的,薄如人类头发的千分之一,通常在彼此上方堆叠,形成一个定制的“配方”,旨在满足建筑物的独特需求。例如,客户可能想要一种允许最大光线但最少热量的玻璃。
最后,对于超高层建筑,玻璃板将被切割,然后层压在一起,或者在它们之间留有不到一英寸的空气间隙,这被称为双层玻璃(为了获得最大的强度,许多超高层塔楼需要三层玻璃,即层压玻璃板对和另一层更薄的单层玻璃)。
结果是高科技玻璃屏障,其厚度几乎可以达到一英寸:足够坚固,能够承受飓风级别的风力,并能反射掉阿拉伯沙漠中几乎所有的热量,同时又完美透明,看起来几乎隐形。