建筑围护系统的历史发展

初期的建筑物

建造可能始于简单的建筑形式，以防风吹，日晒和雨淋。逐渐地，随着人们对更好的住房需求的增长，确定了合适的材料并开发了施工技术。世界各地的乡土建筑通常都以明智和有利的方式使用现成的当地材料以及对气候和地点的经验性理解为特征[ Fitch 1960 ]。这些建筑形式历经数代发展，由于要求相对简单且变更通常非常缓慢，因此设计、建筑材料和建筑技术的发展是根据需求和可用资源的匹配而定的。

随着社会的繁荣，建筑材料和技术从芦苇和泥浆发展成为人造泥和烧制的粘土砖[ Sandstroem 1970 ]。几千年来，欧洲和其他地方的墙壁都是用砖石、木材或粘土制成的。由于它们的大小或体积，这些墙壁异常坚固且经久耐用，并通过其自然储热和隔热功能提供了一定程度的热保护。新墨西哥的白话土坯建筑[ Knowles 1974]和砖木结构的罗马建筑，例如图拉真浴场（Trajan Baths），是为了吸收、存储和释放环境热量以及捕获的太阳能而建造的。在气候较冷且砖石结构不易获得的地方，建造了带有粘土填充物或土层的原木或半木结构房屋，以提高隔热性能。

照片1：公元1000年的爱尔兰教堂，由干叠的岩石组成。简单耐用，但几乎不舒适。

照片2：梅萨维德（Mesa Verde）是一个土坯社区，建立在一个位置优越，不受夏季阳光照射的地方，但能够捕获冬天的太阳热量，在1200年左右被废弃了，这很可能是由于不可持续的农业作法引起的气候变化。

照片3：坚固的砌体办公室，窗户区域宽敞，细节精美。耐用，坚固，功能齐全，R值适中，这种类型的建筑物在工业革命后很常见。

工业革命极大地改变了形势，导致了新材料，新产品和新技术的飞速发展。在19世纪到现在的较短时间内，建筑结构，形式，装配技术和材料发生了根本性的变化。工业革命的标志是专业化和批量生产，慢慢地被引入建筑业。上层建筑（在较小程度上）开始将外围护作为特殊组件单独考虑。许多建筑物进化为具有封闭皮肤的结构性内部骨架。在西方，传统的大型墙体系统被骨架结构系统所取代，通常带有非承重围墙。 

在欧洲，到19世纪初，带有承重填充物的铸铁结构框架已在英国的工厂和仓库中使用。在1800年代中期，铸铁的真正抗弯框架以及后来更坚固，更具延展性的锻铁首先在英国以火车棚的形式出现。虽然它们可能是非典型的或临时的结构，但邱园的棕榈屋（1845）和水晶宫（1851）是批量生产的预制建筑物的第一批示例，这些建筑物的薄围护系统与结构分离[ Fitch 1961]。巴黎的Hippolyte Fontaine的St. Ouen Docks仓库（完成于1865年）是第一个多层结构的建筑物，在铁架上承载所有结构性载荷，包括外部砌体墙的载荷[ Condit 1968，p。3]。124]。

照片4：位于纽约埃利科特维尔（Ellicottville）的第一座框架建筑（1817年）用了一块牌匾纪念。这样的建筑物是用气球框架，非标准的木质元素和不规则的间距建造的，并用木钉和手工锻造的铁钉固定。

具有框架结构系统和专用围护结构的建筑物在美国（主要是在芝加哥）的商业高层建筑中发展到了现代状态。第一座铁架摩天大楼（家庭人寿保险，1884年）和第一座全钢框架建筑（兰德·麦克纳利大厦，伯纳姆和鲁特建筑师事务所，1890年）都建在芝加哥[ Randall，p。2。105-107和第118-120页]。

轻型建筑系统

随着1884年威廉·勒·巴伦·詹尼（William Le Baron Jenney）设计的房屋人寿保险大楼的建造，现代摩天大楼的诞生开始了。由于整个建筑物的重量均由金属骨架承担，因此在该建筑物中没有承重墙。薄砌体的外墙像架子上的窗帘一样悬挂在框架上，并固定在跨度梁上[ Condit 1964pp.83-85]。到1895年，DH伯纳姆（DH Burnham）和公司为芝加哥的Reliance大楼设计时，已经包含了现代高层办公大楼的许多技术组件：幕墙，电梯和钢制的风撑框架。路易斯·沙利文（Louis Sullivan）因其“形式遵循功能”的说法而闻名，并于1899年在卡森·皮瑞·斯科特（Carson Pirie Scott）百货商店中将摩天大楼的美学陈述推陈出新[ Schueller 1990 ]。

自支撑的建筑钢骨架和后来的钢筋混凝土的出现导致了薄型建筑“表皮”的发展，该表皮由轻质的外墙面板（通常为拱形面板）和大范围的窗户组成。第二次世界大战后的技术进步和财富加强了这一趋势。它从高层商业建筑扩展到几乎所有工业化建筑。1945年后，低热量，低成本的荧光灯，吊顶和密封的全空调HVAC系统的组合成为标准。这种建筑形式迅速成为由勒·柯布西耶（Le Corbusier）等建筑师推动的通用标准，密斯·凡·德·罗（Mies Van de Rohe）和包豪斯学校（Bauhaus School）。场地，气候，这项运动的“国际风格”标志就是当地和地方的体现。在同一时期，人们对舒适性，耐用性和实用性的期望有所提高。

照片5：最近的“高科技”建筑幕墙。这类外围护的热性能差，日光控制少，密封接缝多，是严重的能源负担，但是是室内小气候控制的一大步。

建筑结构和形式、材料和组装方法的这些相对较新的变化并不总是导致耐用性的改善或使内部环境得到更好控制。这些变化曾经是发展的缩影，并且在某种程度上仍然是摩天大楼。高层建筑还因为暴露于极端环境中；外壳对内部环境的控制能力常常不足，而耐久性已成为非常严重的问题。公平储蓄和贷款大楼于1948年在俄勒冈州波特兰竣工，是第一座完全密封且装有空调的幕墙复合办公楼（至少在美国是这样）[ Moore 1993，第5页]。到1950年代初，纽约重要的杠杆大厦和联合国大楼都被大面积的吸热，有色，双层玻璃幕墙玻璃所占据，这些玻璃幕墙可通过强大的空调来支持使用。 

如果不受阳光的保护，现代摩天大楼中的大面积玻璃会产生阳光，从而导致大而快速的温度波动和眩光。这些轻巧，光滑的外墙组件通常不足以控制热量，空气，噪音和水蒸气的流动。这些建筑物的外墙容易下雨，不仅使水渗入室内，还给经过的淋浴行人造成了伤害。他们还可能会受到街道水平局部风的影响。照明，日光控制和人体舒适度的不足 必须通过提供功能更强大的机械调节器来弥补[ Banham 1969]。众所周知，供暖，通风和空调设备常常不能满足人类舒适度的规定标准，同时也要消耗大量的能量。

亨利•科恩（Henry Cowan）在他的“ 建筑科学的历史轮廓”一书中可能提供了关于建筑技术发展的最好的概述。于1966年首次发行，第二版于1977年出版。尤其有先见的是，有一章的标题是“ 环境（绿色）设计取代结构成为建筑科学的主要问题 ”。Cowan清楚地意识到，建筑物的围护结构以及用于对建筑物内可用空间进行调节和维修的服务系统变得越来越重要。但是，这些现实的新闻尚未渗透到美国大多数建筑，建筑工程和结构工程学院。

面向未来

近年来，建筑科学领域以及人们对建筑物与内部和外部环境之间的相互关系和相互作用的认识不断提高，从而改善了建筑物的性能。由于材料，建筑技术和设备的日新月异，预测建筑物性能的能力变得越来越重要。保护全球材料和能源的需求还需要更高效的建筑。在1973年的石油危机的刺激下，工业化国家/地区建造的建筑物具有更好的隔热性，气密性，并且对阳光，气候和当地的小气候更加敏感-实质上是对白话建筑原理的回归。虽然建筑材料，设计有一些变化，并且系统可能导致了新的问题，例如间隙凝结和室内空气质量差，这些问题促使人们对建筑物及其围护结构有了更深入的了解。显而易见的是，建筑设计师必须具有一些建筑科学知识和建筑物围护系统的知识，才能设计出更好的建筑物围护系统和更好的建筑物。