銅板屋頂和幕墻.doc

銅板屋頂和幕墻建設(shè)部幕墻門(mén)窗標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)專(zhuān)家組組長(zhǎng)龍文志【關(guān)鍵詞】銅綠，銅板屋頂，銅板幕墻【摘要】本文結(jié)合中外工程實(shí)例，對(duì)建筑銅板材料的性質(zhì)、表面處理及特點(diǎn)和銅板屋頂、銅板幕墻作了論述和介紹。一、北京的兩個(gè)獨(dú)特幕墻建筑1首都博物青銅幕墻青銅板組合成的藝術(shù)性金屬裝飾幕墻首都博物館新館占地2.4萬(wàn)，總建筑面積6.3萬(wàn)，地下兩層地上5層，建筑高度36.4m，是一座集展示、科研于一體的綜合性博物館。建筑設(shè)計(jì)方案由中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院和法國(guó)AREP設(shè)計(jì)公司聯(lián)合設(shè)計(jì)。方案源自于對(duì)歷史與未來(lái)的描繪，傳統(tǒng)的材料與現(xiàn)代的材料并置，傾斜的青銅體破墻面而出，生出文物發(fā)掘的意象；懸挑的大屋頂融入中國(guó)傳“出檐”的設(shè)計(jì)手法；懸掛式框架磚墻模糊了古代城墻與現(xiàn)代幕墻的界線；廣場(chǎng)的起坡烘托了宏偉的巨構(gòu)，也取材于皇家宮殿高臺(tái)建筑的手法。新館外立面由石板、青銅、榆木、玻璃四種幕牆組成，象征了從古代到未來(lái)的文明發(fā)展歷程，首都博物館新館最后揭開(kāi)神秘面紗的是青銅幕墻，這也是首博新館最吸引眼球的部位。該部位結(jié)構(gòu)形式為橢圓斜筒體，而該部分外裝飾采用大面積青銅幕墻在世界上也頗為罕見(jiàn)。青銅幕墻總高42m，總面積4750，是目前國(guó)內(nèi)首個(gè)也是最大面積的由仿青銅器紋理的青銅板組合成的藝術(shù)性金屬裝飾幕墻。2北京第一個(gè)會(huì)變顏色的建筑Moma國(guó)際公寓紫銅外窗框Moma國(guó)際公寓紫銅窗Moma國(guó)際公寓選用紫銅作為外窗框。特種玻璃和純銅板構(gòu)成的外墻呈現(xiàn)黑、白、金三重色彩，在簡(jiǎn)潔的重疊中營(yíng)造建筑的獨(dú)特個(gè)性，將立面變化發(fā)揮到淋漓盡致。Moma國(guó)際公寓紫銅外窗框，北京第一個(gè)會(huì)變顏色的建筑，紫銅樓體在200年內(nèi)不斷變化光澤，色彩逐漸從亮紅色，到暗紅色、黑色、墨綠色、最后維持淺綠色，幾百年不變，紫銅的變化體現(xiàn)生生不息的建筑生命。Moma國(guó)際公寓的建筑外觀，不僅有特色，并且有生命。歷久彌新，將北京的住宅建筑，提升到全世界藝術(shù)建筑的收藏品系列，成為京城永恒的輝煌地標(biāo)。 深圳萬(wàn)科東海岸也采用了銅板幕墻，這些說(shuō)明銅板幕墻、銅板門(mén)窗、銅板屋頂己進(jìn)入中國(guó)，由于銅有其獨(dú)特性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，在幕墻屋面將會(huì)有所發(fā)展，故作一些介紹。深圳萬(wàn)科東海岸1500平方米太古銅板二、銅板適用作為屋面和幕墻材料地球地殼中含量約占0.006%，目前估算處于第23種含量最大的元素，化學(xué)元素周期表中，銅屬于第一分組，高于貴金屬銀和金，銅和金是唯一具有顏色的金屬，銅和銀都是熱和電的良導(dǎo)體。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，銅板已經(jīng)被證明是一種高穩(wěn)定、低維護(hù)的屋面和幕墻材料，銅是一種環(huán)保、使用安全、易于加工并且極抗腐蝕；使用壽命超過(guò)100年，根據(jù)英國(guó)獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)的報(bào)告，銅板的經(jīng)濟(jì)性能價(jià)格比是屋面金屬材料中最好的之一。銅廣泛應(yīng)用在工業(yè)、運(yùn)輸、電子行業(yè)以及消費(fèi)品市場(chǎng)中的工藝首飾；由于其高抗腐蝕、易于加工的特性和它獨(dú)特、自然的外觀效果，使得銅板非常適用作為屋面和幕墻材料。銅板在屋面和幕墻方面的應(yīng)用可追溯到后中世紀(jì)的中歐，最古老而完整的銅屋頂是建于1280年的HildersheimCathedral海爾德申姆哥特式教堂。隨著手工作坊被工業(yè)化的連續(xù)輥軋生產(chǎn)方式取代，銅在建筑工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)超越了過(guò)往幾個(gè)世紀(jì)的總和。用于中世紀(jì)教堂屋頂及尖塔的屋頂材，主要為銅板材質(zhì)在外觀及其他方面，鋼板幕墻屋頂具有多種優(yōu)點(diǎn)，第一，對(duì)承建、設(shè)計(jì)、施工當(dāng)事人都有好處，并且易于配合周邊環(huán)境條件，小的選擇范圍，且可適用于任何形狀的屋頂設(shè)計(jì)。第二，與混凝土屋頂相比，重量較輕，可減少整個(gè)建筑物的荷重。也有利于施工、維修及材料管理。第三，具有優(yōu)良的耐腐蝕性，并對(duì)沖擊、暴雨及臺(tái)風(fēng)等苛刻的氣候環(huán)境有耐久力。而且，容易適應(yīng)屋頂表面溫度的變化，水密性強(qiáng)，壽命比其他材料屋頂更長(zhǎng)。第四，不需拆除既定屋頂而可更換材料，維修過(guò)程迅速簡(jiǎn)便。而且可回收利用廢屋頂材料，有利于節(jié)省費(fèi)用及環(huán)境保護(hù)。從使用周期及經(jīng)濟(jì)效率的觀點(diǎn)來(lái)看，初期施工費(fèi)用雖然高，但具有耐久力強(qiáng)、維修容易、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，還是比其他材料更受歡迎。三、建筑銅的性質(zhì)建筑業(yè)用銅的生產(chǎn)由英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS2870和德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN17650控制，都必須采用無(wú)磷去氧還原銅，其具有極佳的氧焊和錫焊性能且防止氧化，英標(biāo)BS2870,C106章規(guī)定銅的含量不低于99.85%，德標(biāo)DIN17650要求銅的純度必須高99.90%。SF-Cu通常采用半硬狀態(tài)，具有極佳的加工適應(yīng)性和強(qiáng)度，適合于采用平鎖扣、立邊咬合屋面、單元墻體板塊、雨排水系統(tǒng)等各種工藝和系統(tǒng)。銅板的屈服強(qiáng)度和延伸率成反比關(guān)系，經(jīng)過(guò)加工折彎的銅板硬度增加極高，但可以加熱處理而降低，在所有建筑用金屬中，銅具有最好的延伸性能，所以在造型適應(yīng)性方面具有最高級(jí)別的優(yōu)勢(shì)。銅板的加工性能不受溫度的限制，低溫時(shí)也不變脆；高熔點(diǎn)使其可以采用氧吹等熱熔焊接方式。防火性能是太古銅板的又一優(yōu)勢(shì)，按德國(guó)建筑規(guī)范第四章的標(biāo)準(zhǔn)，屬于AA級(jí)防火材料，即不燃材料。同時(shí)銅的循環(huán)使用率很高，90%以上，這是環(huán)保材料的重要特征。太古銅板性能參數(shù)表四、銅屋面形式直至19世紀(jì)末期，銅板的生產(chǎn)只能達(dá)到中等尺寸，所以傳統(tǒng)建筑中的銅屋面或幕墻均有十字交叉或平行咬合線條，這也成為了歷史性建筑物的特征，現(xiàn)在的翻新建筑或新建建筑出于美觀、文化傳統(tǒng)的考慮時(shí)，仍然采用這種表現(xiàn)形式。自20世紀(jì)50年代末期由英國(guó)開(kāi)始，連續(xù)輥軋技術(shù)允許金屬板以卷材方式生產(chǎn)，銅板的長(zhǎng)度大幅度增加，長(zhǎng)板條的立邊咬合式屋面系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展起來(lái)，由于技術(shù)的先進(jìn)和安裝費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性，逐步取代了傳統(tǒng)安裝方式，立邊咬合式技術(shù)系統(tǒng)可使屋面取消橫向連接，僅在排水方向保持平行線條，在全世界廣泛流行。長(zhǎng)板條的立邊咬合式技術(shù)允許屋面坡度在190之間變化，銅板可以適用于這種技術(shù)所需的彎弧、梯形、轉(zhuǎn)角等各種加工要求，使得建筑物的各種特異造型得以出現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)，銅板也成為了世界各地經(jīng)典建筑的標(biāo)志之一。很多著名的建筑就是使用銅綠板和金閃閃的黃銅板來(lái)裝飾的。最著名的美國(guó)自由女神像的外殼用了80多噸銅來(lái)建造的。紐約王牌塔樓用引人注目的黃銅來(lái)裝飾。五、建筑銅表面處理依據(jù)建筑師和客戶的要求，銅板提供四種表面處理的產(chǎn)品：原銅板氧化銅板，形成了統(tǒng)一外觀的棕色氧化銅表面紫銅板，帶有金屬光澤，使建筑物擁有逐漸變化的特性，如同擁有生命而不斷演化。錫銅板，雙面鍍錫的銅板，對(duì)于希望突破銅板原色的要求，同時(shí)又保有銅板的機(jī)械加工特點(diǎn)和強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，或要達(dá)到鈦鋅板的效果，錫銅板是極好的選擇。銅綠板臺(tái)中一古跡建筑1917年3月落成，銅板屋頂六、防腐蝕性能與銅綠即使在極度腐蝕性的大氣環(huán)境中，銅板都會(huì)連續(xù)形成堅(jiān)固、無(wú)毒的鈍化保護(hù)層，俗稱銅綠（Patina），銅綠的化學(xué)成分取決于所在地區(qū)的空氣條件。工業(yè)區(qū)和大城市等空氣污染嚴(yán)重地區(qū)主要以硫化銅鹽成分為主，沿海地區(qū)以氯化銅較為普遍，在山區(qū)、郊野地區(qū)則以碳酸銅鹽成分為多，空氣中的二氧化硫（SO2）成分對(duì)銅綠層的構(gòu)成比率有影響。各種成分的銅綠對(duì)銅板的保護(hù)效果基本相同。亮的原銅板與空氣一接觸后幾個(gè)小時(shí)就會(huì)形成氧化銅鈍化層，這層鈍化膜降低了銅板的電化學(xué)勢(shì)能，它本身已經(jīng)非常穩(wěn)定，即便受到破壞也可自