浅谈玻璃在建筑表皮中的应用_玻璃在建筑中的应用

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浅谈玻璃在建筑表皮的应用

浅谈玻璃在建筑表皮的应用

前言：近几年来随着中国经济的不断发展，许多城市都呈现出高楼林立的景象，与之相对的建筑材料的使用量也在逐年升高。毋庸置疑, 从材料的用量上来看,玻璃在目前的建筑实践中有极为广泛的应用,并且呈现出丰富多样的形态。柯布西耶曾说：“建筑的历史就是为光线而争斗的历史，就是为窗子而斗争的历史。”可见从历史的角度来看,玻璃材料在建筑中存在了很长时间，但由于其自身的不断丰富,以及与之相关技术的日益发展,玻璃表皮在未来建筑设计实践中同样具有远大的应用前景。

玻璃能受到如此广泛的应用其中一个原因是建筑玻璃制品类型多、价格适中、工艺成熟，但同时也离不开设计者对材料的熟练掌握和灵活应用。通过对含有玻璃材质的建筑研究不难发现，我们周围的部分建筑,玻璃材质仅仅被当成现代建筑的一种标志,其形式与使用功能脱离,表现出一种单调或混乱的状态,甚至造成环境污染与能源浪费。玻璃之所以最终呈现给人们的感觉不同，重要原因就在于人们缺乏对它本身的性能、建造方式和在建筑中所应具有的形态特征、空间限定手法的了解。基于上述疑问及思考,木文通过探讨玻璃材料自身性能、制作过程、作为建筑表皮常见的应用形式、表现形式和表现策略五方面的内容，来解析玻璃作为建筑表皮的合理应用方法，解决当前建筑中玻璃材质应用误区。

一建筑玻璃材质的属性 1物理属性

1.1从力学性能的角度分析,玻璃材料属于脆性材料,同时抗压强度较高而抗拉及抗折强度较低。通过退火、钢化与其他材料复合的二次加工方式可得到改善。此外,玻璃材料的理论硬度相对较高,但由于表面微裂纹、内部不均匀性[1]的影响,往往导致实际强度低于理论强度。

1．2从声学性能的角度分析,玻璃原片和声波相同的振动频率所引发的共振,使其隔音效果较差,通常采用双层玻璃的方法予以改善。

1.3从光学性能的角度分析,玻璃与其它材料相比具有优越的光学性能,在光线作用下可产生反射、折射、透射等现象。具体的建筑玻璃制品又因其化学组成和表面处理的不同而具有独特的光学特征。

1.4从热工性能的角度分析,玻璃材料的热膨胀系数较高,因此在对玻璃与玻璃或金属等其它材料进行封接时,要考虑由于温度升高及膨胀系数差导致的密封条移位及变形。玻璃材料在常温状态下的导热系数为铜的1/400,因此一度被认为是非环保材料,但中空玻璃、镀膜玻璃等的出现改变了这一状况。此外,玻璃的热稳定性较差,温度极高或极低都容易导致其破裂。通常要经过二次加工制成安全玻璃后,才能在建筑中大面积使用。

2化学属性

玻璃材料的化学稳定性较好,可抵抗除氧氟酸以外多类酸侵蚀,但若长期与石膏、湿混凝土或碱性很大的清洁剂接触会形成腐蚀。

二建筑玻璃材质的制造过程

玻璃的制造工艺因制品种类不同而有所不同，但基本上均需将各种原料混合后在高温下熔融，然后用不同的成型方法将玻璃液体冷凝成不同形状的固体。制造方法大致如下：

1计量与配料：将硅砂、苏打、芒硝、石灰石、白云石、长石、碎玻璃及其它辅助原料，按所生产的玻璃种类要求进行不同配比后搅拌均匀。

2熔融：混合好的原料在1400—1600℃的高温窑内进行熔融，窑的一端不断供料，熔融的玻璃液连续从另一端流出。

[2]3澄清：玻璃原料熔化后，结晶即遭破坏，同时，硫酸盐、碳酸盐分解产生二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫等气体，产生气泡，必须加入澄清剂清除气泡。采用砷的氧化物作澄清剂时，其作用是它产生的大气泡在上升过程中将小气泡吸收排除，使玻璃液得以澄清。

4成型：熔融玻璃达到成型温度后慢慢冷却，根据用途成型为需要形状。平板玻璃的成型方法有浇注法、轧制法、引上法、浮法等。

三建筑玻璃材质作为现代建筑表皮的应用方式及建造方法 1玻璃窗的应用

玻璃窗的组成部分通常包括:窗框、窗扇、五金(铰链、风钩、插销)及附件(窗帘盒、窗台板、贴脸板)等。根据窗框材料的不同,可分为木窗、钢窗、锅合金窗、塑钢窗。根据开启状态的不同,则可分九种形式: 固定窗、平开窗、立式转窗、推拉窗和百叶窗等

2玻璃幕墙的应用与构造方式

玻璃幕墙是由玻璃面板、玻璃固定系统和支撑结构组成,可相对主体结构有一定位移能力且不承担主体结构所受作用的建筑外围护系统。根据建造方式的不同,常见玻璃幕墙为

2.1框式玻璃幕墙: 框式玻璃幕墙是指由金属框架固定、支撑玻璃面板的玻璃幕墙系统。根据金属框架在幕墙外表面是否可见,又可进行如下划分: 2.1.1明框式玻璃幕墙:由断面形式特殊的金属型材构成幕墙的横竖龙骨,玻璃面板以嵌入型材凹槽的方式卡在龙骨中,作为龙骨的金属框架在幕墙外表面直观可见。在这一体系中,金属框架担负着结构骨架和固定玻璃的双重功能。就视觉效果而言,金属框架的存在,影响了幕墙的通透性,但金属框架的材质、色

[2]彩、表面工艺以及对玻璃界面划分形成的韵律感、节奏感,亦可成为一种表达途径。

2.1.2隐框式玻璃幕墙:幕墙龙骨的构成方式与明框式玻璃幕墙相同,区别在于玻璃面板的固定方式,通过将玻璃面板置于金属框架外侧并以结构密封胶与龙骨相连,使得金属框架在幕墙外表面不可见。根据隐藏效果的不同,又可具体分为横明竖隐、竖明横隐、全隐三种类型。在采用结构密封胶连接的部位,幕墙部分荷载需要结构密封胶承担。全隐框式玻璃幕墙外观简洁,视线通透,但存在玻璃脱落的安全隐患,可设置L型或U型扣槽,既可增加安全性又丰富了幕墙细部。

2.2点式玻璃幕墙: 点式玻璃幕墙是指通过金属连接构件以点支撑的方式将无框安全玻璃与支撑结构连接为整体的幕墙系统。主要由玻璃面板、金属连接构件、支撑结构组成。点式玻璃幕墙系统中,玻璃面板的固定方式主要包括以下三种: 2.2.1钻孔固定式:在玻璃面板的角点钻出穿透的孔,通过连接构件固定在支撑结构上。连接构件包括支承头和驳接爪。其中支承头有浮头和沉头两种,驳接爪则包括X型、H型、I型等多种样式。这是目前国内采用最多的方式。

2.2.2背拴式:采用特殊机械在玻璃面板上钻出底部扩大且不穿透的孔,再用金属连接构件与支撑结构固定。

2.2.3夹固式:连接构件通过玻璃面板间的胶缝夹固玻璃的边部、角部。连接构件包括夹固板和支撑杆。

2.3全玻璃幕墙的应用与构造方式

不采用任何金属框架、金属连接构件,由玻璃助和玻璃面板构成的玻璃幕墙系统。其支撑结构分为:落地式、悬挂式和后支撑式三种。当幕墙高度较大时,通常采用悬挂式。

2.4玻璃双层幕墙的应用

由两层的墙体组成,墙体之间有一定空隙,且至少有一层墙体为玻璃幕墙。根据其组合方式的不同,可分为外层玻璃幕墙+内层其它墙体和双层通风玻璃幕墙，后者主要由内外层两玻璃幕墙与幕墙间的空腔构成。

3玻璃砖的应用与构造方式

玻璃砖的砌筑主要包括湿法施工和干法施工。湿法施工的方式基本与烧结普通砖相同,技术简单,在我国的使用较为普遍。干式施工对于材料、构造和施工技术的要求较高,其优势在于能够很好的控制玻璃砖所构成表皮的清洁度。

4槽型玻璃的应用

特殊的截面形式使得槽型玻璃在作为建筑表皮材料安装时可以没有楣窗,而采用“插入”法,即将玻璃滑入框架型材面形成单层幕墙或双层幕墙。其安装过程主要涉及槽型玻璃的组合方式的选择以及糟型玻璃与建筑的连接两个方面。

四建筑玻璃材质作为建筑表皮的表现形式 1表皮形式

玻璃作为建筑表皮材料时,其界面的表现力主要通过表皮形式、表皮透明度两个方面得以实现。就表皮的几何形式而言,主要可分为三类:点式、面式、体式。

1.1局部开窗

所谓点式,是指表皮形式呈现为局部开窗。此时,表皮的表现效果主要受到窗的形式、窗的排列的共同影响。

1.2面式开窗 [3]所谓面式,是指在建筑的某个立面整体采用玻璃材料。根据玻璃与其它材料的交界处理,一般分为两种情况:其一,是玻璃材料所构成的表皮“嵌入”所需覆盖的建筑开口,形成类似“瞭望镜”的效果。其二,是玻璃材料所构成的表皮“溢出”所需覆盖的建筑开口,并暴露了玻璃表皮的其边界,但隐藏了表皮背后的建筑体量。

1.3包裹体量

所谓体式,是指在建筑的三个及以上的立面整体采用玻璃材料,因而呈现出玻璃表皮包裹体量的效果。根据包裹程度的不同,又可分为包裹局部体量和包裹整体体量两种类型。

2多元可变的光学特性

光线入射玻璃时,会产生反射、吸收和透射三种现象。不同玻璃制品对光线的透射率、反射率和吸收率各不相同。由玻璃所构成的表皮的光学特征主要取决于所选择玻璃制品的特性,此外建造方式、光线照射角度及强度也都是重要的影响因素。在各种因素的综合作用下,表皮可呈现出多元的光学特性如透明、半透明、反射等。在一定条件下,表皮的透明度还可发生转变。

2.1表皮的透明性

视觉上的通透性是玻璃与其它材料的重大区别之一。利用玻璃实现对于表皮透明性的表达由来己久。其中密斯的建筑作品最能体现这种特征,如范斯沃斯宅、柏林美术馆等。当代建筑大师妹岛和世的作品也恰到好处的应用了玻璃的此种特性，如金泽21世纪美术馆。此外，还有一些人在利用玻璃透明性的同时还应用了许多技术手段。如超白玻璃的研发及应用。这种玻璃制品对于光线的反射量和折射量也被降至最小,从而获得最大的透明度。在卢浮宫金字塔和北京植物园温室表皮中都采用了超白玻璃。

[4][7]2.2表皮的半透明性

不同于直接呈现另一侧内容的透明表皮。表皮的半透明性使建筑内部若隐若现。同时,半透明的表皮不仅呈现出表皮自身的特征,表皮两侧的光影也十分迷人。如Murda工厂扩建项目,由于采用U型槽型玻璃所产生的透光不透视的视觉感受。光线通过时所产生的弥散效果、与外部环境及内部空间之间的微妙关联、可能具备的丰富含义,都使得对表皮的半透明性的追求成为建筑设计中一种重要的表现倾向。

2.3表皮的反射性

表皮反射性源自两侧所通过的光线量的差异。如果在观看者一侧的光线量多过另外一侧,表皮会呈现出反射的特性。渡膜玻璃是表达表皮反射性时最为常用的玻璃制品。表皮的反射性能够强调出自身的存在感,并通过对周围事物虚像的直接呈现而建立起与环境的关联。但在表达表皮的反射性时要注意,太大面积的使用镀膜玻璃容易导致目玄光、产生光污染。在表皮的局部进行反射性的表达是一种非常巧妙的方式。法国的里尔美术馆新馆,其表皮材料以透明玻璃为主,一些矩形镜面玻璃规则的分布其中,反射出老馆影像的片段,构成一幅印象派图画。

2.4表皮的可变透明

随着技术水平的发展,一些经过特殊加工处理的玻璃制品所构成界面的透明度不再是一成不变,而是可以按照使用者的主观意愿或外界条件的变化而产生实时改变，从而生成具有可变透明度的界面。

2.5表皮透明度的多元组合多元可变的光学特征赋予玻璃材料所构成界面以丰富多彩的表现力,此外,当玻璃作为建筑双层表皮系统的材料使用时，由于表皮的空腔木身具备一定厚

[7][6]

[8][6]度,可形成具有一定视觉深度的多重视觉界面,从而增强空间的层次感。

五建筑玻璃材质作为建筑表皮材料的表现策略 1环境协调性

建筑与环境之间有着不可割裂的紧密关联,表皮作为建筑与环境对话中最为直接的媒介,对于建筑与环境之间关系的缔结与塑造有着非常重要的影响。无论从生态节能亦或是视觉审美的角度来看,玻璃作为建筑表皮材料使用时都应注重与建筑所处环境的协调。不同地区的日照、降雨、风向等因素对于玻璃表皮的设计都会造成不同影响。在玻璃表皮设计中还应结合项目所在区域的历史背景、文化传承、周边条件进行考虑,才能与环境有机结合。

2技术适宜性

今天玻璃材料已经能够很好的与科技相结合。但同时它也带来了一定的负面影响,部分建筑开始脱离实际需求，超越经济基础。因此在实际项目中,对于玻璃表皮的设计应重视技术的适宜性。所采用的技术手段应与项目所在地的经济发展水平、技术力量相适宜3功能合理性

在采用玻璃作为建筑表皮材料时,不仅要关注要其外在的表现效果,也要充分考虑在表皮包裹之下,建筑内部空间的功能需求。

六玻璃作为建筑表皮材料应用的主要发展趋势 1生态建筑表皮材料

近些年来,全球能源的短缺和价格上涨,生态建筑成为一种必然的发展趋势。玻璃作为建筑表皮材料应用时,可采取的生态设计策略主要包括促进自然采光通风、优化保温隔热、降低能耗、增强对可再生能源的利用、提高对当地气候的适宜性等。[9]

。2媒体化建筑表皮材料

在现代社会,庞大的信息量与多元的信息传达方式促成了信息与表皮之间关系的变革,这种特征在玻璃建筑表皮上体现的尤为明显。很多信息直接置入表皮,在传递信息的同时,补充和完善表皮的遮阳、隔热、视线控制等功能。由此,信息与表皮融为一体,成为表皮不可或缺的组成部分3历史建筑的保护与改扩建中的表皮材料

玻璃作为建筑表皮材料应用于历史建筑的保护与改扩建领域时,与历史建筑中的砖、石、木等材料区分明显、易于识别又由于其自身对于既有建筑的依赖和破坏程度都较小、施工周期短、装卸方便,后期拆除或进一步改造的余地较大的特点而受到了广泛应用

[10]。

结论：玻璃虽然是我们周围一种极为常见的建筑表皮材料,但由于它具有独特的性能并且能紧跟时代步伐与新兴技术相结合，在近些年来改变了人们的物质生活环境，也改变了人们的思维观念，在未来随着许多新型玻璃材质的不断问世，它必将发挥出自己的潜能,成为具有远大前景的材料之一，为现代化建筑的设计提供了更大的选择性[13]。

同时我们在具体的设计实践中,要很好的利用玻璃在建筑设计中的优点，改善玻璃固有的脆性和破坏后碎片尖锐的弱点。注意巧妙利用玻璃的光学、物理性质，深入细致的考虑玻璃与周围环境的关系、采用准确的建造手法，遵循玻璃材质在应用中的设计原则，从而挖掘出玻璃材料的特性。使其在满足建筑功能的同时,展现出独特深刻的表现力。

参考文献；

[1] 戴单.玻璃材料在建筑更新中的应用解析.昆明理工大学.2006 [2] 关北.常用常新的建筑材料——玻璃.中国建材.2001 [3] 李宇.建筑的材料表现力.同济大学.2007 [4] 郭立源.玻璃建筑.广东建材.2008 [5] 高庆鹏.超白玻璃塑造经典全玻璃建筑.建筑学报.2010 [6] 林昌铋.层出不穷的玻璃建筑.科学之友.1994 [7] 傅岚.玻璃建筑表现初探.东南大学.2005 [8]刘晖，杨红.玻璃建筑与节能.工业建筑.2001 [9]金永文.开拓玻璃建筑材料的新用途.中国建材.1996 [10] 杨修春，李伟捷.新型建筑玻璃.中国电力出版社.2009 [11]Peteruzmhto.rThinkingAichitecuter.Basel.BirkllaeuserVerlga.l999 [12]PhliPUrsPurng.Herzog&deMeuornNaturalHisto.yrCnadainaCenrteofrAcrhitecutre&LarsMullerPublishers.2002 [13] Enzo SIVIERO, Lucio BLANDINI, Michela TURRIN.GLASS ARCHITECTURE WORKSHOP: A CHANCE FOR AN INTEGRATED APPROACH TO COSTRUCTION.Extended Abstracts of International Symposium on New Olympics New Shell and Spatial Structures.2006