金屬材料在建筑表皮中的應(yīng)用研究

摘 要：金屬材料憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性能和時(shí)代特征進(jìn)入建筑表皮領(lǐng)域，展現(xiàn)出非凡的表現(xiàn)力，引領(lǐng)了一股新的建筑風(fēng)潮。文章在介紹金屬材料一般特性基礎(chǔ)上，探討了建筑表皮中金屬制品的種類(lèi)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：金屬材料；建筑表皮；應(yīng)用

隨著金屬材料科學(xué)與工程技術(shù)的發(fā)展，金屬材料應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。在建筑領(lǐng)域中，每一次新型金屬材料、新型工程技術(shù)的出現(xiàn)，都將推動(dòng)著建筑技術(shù)的革新，并對(duì)建筑師進(jìn)行建筑創(chuàng)作，表達(dá)建筑美學(xué)產(chǎn)生巨大影響。金屬材料以其優(yōu)越的材料性能和獨(dú)特的視覺(jué)效果，已經(jīng)從建筑中最初的欄桿、扶手等局部裝飾構(gòu)件、建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架，逐漸走向建筑表皮，并決定著建筑所呈現(xiàn)的整體形象，表達(dá)著建筑美的意境。如今，金屬材料在建筑表皮中扮演著重要角色，對(duì)應(yīng)用金屬材料進(jìn)行建筑表皮的創(chuàng)作與研究，已成為材料科學(xué)、建筑學(xué)、美學(xué)等眾多學(xué)科爭(zhēng)相探索的一個(gè)重要課題。

1 金屬材料的一般特性

金屬具有多樣的材料特性，是最堅(jiān)硬的建筑材料。目前，能夠應(yīng)用在建筑表皮中最常見(jiàn)的金屬，主要有鋼（不銹鋼）、銅、鋁、鋅、鈦、合金等，雖然它們的物理性能和化學(xué)性能各自不同，有所差異，但仍具有一些共同的特性。金屬材料具有較大的強(qiáng)度、較好的塑性和持久的韌性，能夠抵抗強(qiáng)度較大的沖擊和承載較大的負(fù)荷；具有良好的延展性，易于加工造型；具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，是電與熱的優(yōu)良導(dǎo)體；具有良好的光反射和吸收能力，且具有金屬特有的光澤和較強(qiáng)的視覺(jué)呈現(xiàn)能力；工藝性能優(yōu)越，易于進(jìn)行各種加工、處理，可以進(jìn)行各種冷軋、冷拉、冷彎、冷拔等加工，制成所需要的型材、板材和線材，可以通過(guò)焊接、鉚接等加工工藝，制作尺寸精度好的大型構(gòu)件；具有良好的表面工藝性，金屬表面可以進(jìn)行各種裝飾工藝，從而獲得理想的質(zhì)感。充分利用金屬的材料特性，合理地將材料形式與建筑表皮構(gòu)造有機(jī)結(jié)合，從而打造出功能與美觀集于一體的金屬表皮，能夠營(yíng)造出具有鮮明個(gè)性的建筑形象。金屬材料在建筑表皮應(yīng)用具有耐候、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)，高強(qiáng)、輕質(zhì)、利于建筑構(gòu)件精細(xì)化，造型能力強(qiáng)、色彩豐富、質(zhì)感多樣，預(yù)制裝配化施工和回收率高等優(yōu)點(diǎn)，也具有保溫性能不佳、受溫差影響出現(xiàn)膨脹或收縮和一次性投入成本過(guò)高等劣勢(shì)。

2 建筑表皮中金屬制品的種類(lèi)及應(yīng)用實(shí)例

在材料多元化發(fā)展的今天，金屬材料的應(yīng)用為建筑表皮增添了新的色彩，成為成千上萬(wàn)種材料中一種獨(dú)特的存在。在建筑表皮領(lǐng)域，金屬材料作為一種相對(duì)新型的“后起之秀”，越來(lái)越受到建筑設(shè)計(jì)師的青睞，成為近年來(lái)逐漸興起的一種表皮設(shè)計(jì)材料。

2.1 金屬板材

金屬板材因其具有良好的耐候性，并可以通過(guò)適當(dāng)增加厚度或者用其他處理工藝增強(qiáng)其自身強(qiáng)度，而被廣泛地應(yīng)用在建筑表皮中。在應(yīng)用中通常采用幾何圖形的平面金屬板，也可采用利用現(xiàn)代工藝技術(shù)支持生產(chǎn)出的如翼緣折起的異形金屬板。金屬板間采用焊接或螺栓等連接，可以塑造出精準(zhǔn)流暢的規(guī)則或不規(guī)則形態(tài)，充分表達(dá)出建筑物美的意境和表現(xiàn)力。隨著金屬結(jié)構(gòu)和制備工藝的發(fā)展，結(jié)構(gòu)與建筑表皮呈現(xiàn)出融合趨勢(shì)。一是結(jié)構(gòu)作為表皮的骨架。在2008年我國(guó)成功舉辦的奧運(yùn)會(huì)中，一些體育場(chǎng)館如國(guó)家游泳中心（水立方）的設(shè)計(jì)就是以表皮為出發(fā)點(diǎn)開(kāi)始的，看似隨機(jī)甚至凌亂的表皮，卻具有高效的結(jié)構(gòu)特征，充分體現(xiàn)了理性和最優(yōu)化選擇的結(jié)果。二是結(jié)構(gòu)促成表皮的流動(dòng)，結(jié)構(gòu)與表皮一體兩面。金屬結(jié)構(gòu)與表皮的融合，使很多流動(dòng)的建筑表皮設(shè)計(jì)有了實(shí)現(xiàn)的可能，也使得建筑空間的完整性能夠得到最大程度的保留，結(jié)構(gòu)與表皮成為建筑的一體兩面。

2.2 穿孔金屬板

金屬薄板通過(guò)沖孔機(jī)械及電腦數(shù)控設(shè)備進(jìn)行打孔，穿孔直徑大的可以達(dá)到500mm以上，小的孔徑可以小于1mm，并且可以根據(jù)需要，有著不同的孔間距。穿孔可以采用直線或偏移的方式，以某種規(guī)律加工出圓孔、方孔、條形孔、魚(yú)鱗孔等規(guī)則形狀，還可以拉伸異形孔等不規(guī)則形狀，形成半透明的特殊肌理，以滿足通風(fēng)采光、吸收噪聲和遮陽(yáng)的需要。以滿足建設(shè)設(shè)計(jì)需要。另外，可以根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的需求，將孔眼的形狀、排列的方式自由發(fā)揮，形成各種不同圖案的藝術(shù)花紋板，增加板材的裝飾性作用。穿孔金屬板材因其易于加工，并且生產(chǎn)方法高度工業(yè)化，加之具有不同的圖案表現(xiàn)形式和豐富的表面肌理，使得穿孔金屬板材成為一種既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的通用建筑材料。如上海優(yōu)衣庫(kù)（UNIQLO）南京路店就運(yùn)用了穿孔金屬板材。

2.3 金屬網(wǎng)狀板材

金屬網(wǎng)狀板材可分為編織型、拉伸型和焊接型三類(lèi)。編織型網(wǎng)狀材料是以金屬線材、金屬絲材、金屬絞線等通過(guò)機(jī)器進(jìn)行編織而成的編織類(lèi)絲網(wǎng)；拉伸型網(wǎng)狀材料是金屬薄板經(jīng)過(guò)機(jī)械切割、拉伸、壓平等工序而成的拉伸型板網(wǎng)；焊接型網(wǎng)狀材料是金屬線材通過(guò)特殊方法焊接而成的焊接類(lèi)絲網(wǎng)。這種板材的孔洞率比穿孔金屬板高很多，因而比穿孔金屬板有著更高的透明度。金屬網(wǎng)狀板材具有較高的強(qiáng)度、良好的柔韌性和穩(wěn)定性，相對(duì)輕質(zhì)，并且加工、裝配簡(jiǎn)單，能夠很好地適應(yīng)建筑的曲面輪廓，保養(yǎng)維護(hù)的成本也很低。金屬網(wǎng)狀材料半透明的肌理，能夠在很大程度上過(guò)濾掉陽(yáng)光的輻射，使得建筑變得輕盈，并呈現(xiàn)出高雅的藝術(shù)氣質(zhì)。如紐約新當(dāng)代藝術(shù)博物館外表皮就是選用了壓延金屬絲網(wǎng)，使建筑表面簡(jiǎn)潔而文雅。金屬夾芯板、金屬格柵、復(fù)合金屬薄板、金屬編織物等金屬制品根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的需要，也被大量地應(yīng)用于建筑表皮中，賦予建筑以不同的功能和更為豐富的表現(xiàn)形式。

3 結(jié)束語(yǔ)

金屬建筑表皮憑其卓越的結(jié)構(gòu)性能、精準(zhǔn)的工業(yè)化加工方式、可回收重復(fù)使用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值以及豐富的視覺(jué)表現(xiàn)力迅速成為建筑設(shè)計(jì)中的寵兒，以其特有的質(zhì)感、肌理和光澤為建筑增添了獨(dú)特的魅力的。隨著金屬材料科學(xué)的發(fā)展和加工工藝的進(jìn)步，將會(huì)有越來(lái)越多的金屬材料應(yīng)用到建筑表皮領(lǐng)域，妝扮我們的城市。

參考文獻(xiàn)

[1]褚智勇.建筑設(shè)計(jì)的材料語(yǔ)言[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2]梅婧.建筑表皮中金屬材料的表現(xiàn)手法解析[D].重慶大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：鄭海彤（1994，2-），大連理工大學(xué)，本科，專業(yè)：金屬材料工程。