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高穿透性构造-深圳龙辉玻璃

发布时间:2015/8/15 0:56:32 浏览次数:

高穿透性构造

     如蜘蛛网上的肥皂薄层,复杂精细而无繁复装饰的结构体漂浮在一片灯海中。无接缝玻璃层膜横越大跨距空间,两端所反射出光彩在周边不断回映。这种视觉效果,早就十九世纪的欧洲地区,钢与玻璃之建筑材料开始被大力运用之际,即是建筑设计者不断致力所追求的。今日,这个梦想载玻璃构造技术不断地创新之下逐渐被实现。这些新发展的构造技术,其最大特性高穿透性结构具有那些特性?设计者需透过哪些工具与技术才能予以实践?


      玻璃作为建筑材料,玻璃被运用为一种材料,经过不断地研究与发展,逐渐扩张其可被应用的广度。今日玻璃已成为设计师所能选择,最令人振奋且最具动力之建筑材料。一般建筑材料很少能如玻璃具有如此之广度羽弹性。相较于金属或石材,玻璃材料的研发反而成为材料发展与创新之温床。不断更新的玻璃制造、胶合材料、镀膜、贴膜等加工技术拓展了玻璃材料应用的层面。这些发展与不断精进的工程技术结合后,不论是作为建筑结构或建筑表皮,玻璃作为一种建筑材料之应用已相当广泛。


      不仅是窗户,玻璃不再是仅能作为包覆性质的建材,经过玻璃强度与藉由多层组合以增强结构性能的开发,玻璃已可被完全运用为一种构造材。从门窗到柱梁、梯阶到平台、楼板到天花板、墙板、室外立面材到屋顶等各部位构造,玻璃已成一种为全面性的建筑材料。


      蛛网结构-不锈钢珠网结构支撑穿孔点支撑隔热玻璃板。
     大楼高穿透性立面与色板玻璃 - 美国伊利诺州由 Murphy / Jahn Architects 设计之HA-LO大楼,入口与立面上层的墙与屋顶运用低含铁量玻璃,与其他部位运用的蓝色玻璃有明显之区别。
     点式玻璃系统


     高穿透性玻璃构造的发展仰赖点式支撑系统的研发。这种系统所发展的技术主要为了将玻璃藉由特殊机械装置固定在构造体上。
     玻璃板透过精密计算之螺栓串接固定在主构造体上。串接之各种变化依据螺栓、埋头螺钉螺栓、外墙无穿透部份穿透螺栓(仅胶合与双层玻璃)等而异。

     另一种系统组合尽量减少在玻璃板上钻孔,而以吸贴或抓的元件与主构造体串接。这种系统可缩减在玻璃上钻孔的费用,因此普遍运用于玻璃外墙系统。

     本系统的发展,可将玻璃与结构体脱开,透过蛛网状不锈钢元件,以玻璃板四角的构件连接。这种作法可减轻结构体之视觉荷重并增加整体之穿透感。


      建筑之穿透性
      玻璃材料的运用,主要的贡献在于其所能创造之视觉穿透度,特别是可视光部份。自然条件下,玻璃具有高度之穿透性。这种特性可应用于住宅与建筑空间之自然采光与采景,且可同时提供一道与自然界的防护层。

      二十世纪初,玻璃之制造技术提升并降低成本后,穿透性即成为建筑空间所追求之要点。50年代末期,Alastair Pilkington发展了浮式平板玻璃,再次影响玻璃作为建筑材料的应用。

      建筑追求穿透性的企图一直以来从未改变。今日的建筑师拥有钗h高效能的建筑材料与可运用的工具及资讯为建筑构造体创造更高之穿透性。

上海新威斯汀饭店中庭屋顶John Portman & Associates 所设计之上海新威斯汀饭店,施予张力之不锈钢索桁架作为点支撑无钻孔隔热平板玻璃之构造基础。 ? Kevin Roche John Dinkloo and Associates 作品 纽约大学Kimmel 中心:特殊订制之悬吊张力网提供精彩之视觉效果。
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     创造穿透性之技术
     砂是玻璃的生产原料。氧化铁作为砂中的微量杂质使玻璃带着淡绿的色调,也降低了玻璃的穿透度。因此,新的技术发展,致力于降低玻璃在制造过程中的微量杂质,逐渐开发初低铁玻璃,这种产品又称为超白玻璃。这种减少原料中的氧化铁成份所发展的制造技术减少了玻璃的淡绿情形,且大幅提高了玻璃的穿透性。显然,低铁玻璃据有高度的穿透性能。

玻璃作为建筑材料的另一种优点在于其反射的特性。镀膜玻璃依光线的入射角度反射光线,(入射角越大,反射角越大), 如所谓的镜面镀膜可憎加反射的性能。事实上,一般的玻璃就具有反射光线的特性,我们能够看到玻璃的存在即是透过反射作用。若是没有反射的作用,玻璃自身的视觉感将会降低,穿透性即会增加。在各种玻璃表面镀膜的技术中,降低反射光即是其中的一种。抗反射镀膜降低玻璃表面的反射光,特别是靠近垂直玻璃表面的方向。这种手法主要为了增加玻璃的穿透性,特别是正面上的视觉感受。


穿透性与张力构件
玻璃作为建筑物立面之穿透性材料可降低结构体的质感,张力构件也因而大量地被运用。若构造体地荷重能藉由结构杆件传导张力,其杆件尺寸将能大幅缩小。举例而言,10公分之管状压力构件往往能够由直径1公分以下之钢索或张力杆件取代。依据承载状况,2公分之钢索若适度施予预张力作为钢索结构系统的一部份,则可作为跨距30公尺以上玻璃立面之支撑。

这种现象已大量被运用在穿透性高之大跨距玻璃立面,透过精细之张力结构作为主要之结构支撑。张力钢索与结构桁架以被大量地运用在点式支撑玻璃系统的配置中,其运用从大跨距玻璃墙面、屋顶,至特殊订制需搭配压力构件共同组成之钢索结构。

图中所示之钢索桁架覆挽菪埌ohn Portman & Associates所设计之上海新威思汀饭店大厅。此玻璃屋顶跨距30公尺,双层与胶合玻璃采用最新抓附技术,藉由穿透玻璃板接缝之薄片,透过点支撑玻璃无需钻孔。

近年来,穿透性的追求使得钢索构造被大量运用于大跨距空间。其基本形式为,垂直雨水平之张力构件交织为网状不锈钢索,搭配适当之模组化玻璃板。施与精确预力的钢索由特殊设计的元件固定,避免滑移并提供玻璃板的固定。此玻璃主要由角夹固定,顶部构件设有一个层架以安置玻璃角端,再由辄鄘陵磞陵藻a固定玻璃板。这种手法可满足各种玻璃板的设置,且免除玻璃钻孔索带来的损耗。玻璃板间则以接缝填料防止气候变化所带来的破坏。


模糊的界线
1945年《艺术.建筑》杂志富有幻想力的编辑John Entenza发起了名为"个案研究住宅"的活动,委讬了加州的新派建筑师设计了36座试验性的独立或复合式住宅。个案研究住宅设计所采用的开放式平面与梁柱架构影响全美建筑师。其中,最受注意的手法,为利用大面积开窗以缓和室内外的界线。此为芝加哥建筑师Lohan Caprile Goettsch在沿街面高层建筑之大厅所欲追求的效果。采用钢索结构以尽量减低构造之质感,并采用低铁强化玻璃镀抗反射膜。

本案之大厅空间透过高穿透性之玻璃构造,如肥皂泡膜般,与室外人行空间作区隔。由正向观看玻璃墙面,无反射玻璃消除了玻璃之存在感。USB大楼不但创造了成左漱胶@空间,其大厅所创造出的高穿透性玻璃立面也展现了玻璃构造的技术与品质。

平浅的钢索立面无深度,其结构支撑完全依靠预张力构件以对抗动态荷重,有较大的挠曲。此构造之挠曲设计标准为L/50,亦即跨距30公尺之平浅钢索立面可允陪溢?.6公尺之挠曲。另一项关注的议题是此类行的钢索施予界面结构的力较高,界面结构需对抗钢索的高张力及承受设计最大荷重的力,故钢索与建筑物结构间必须安置较重之界面结构。


UBS大楼入口:芝加哥 UBS 大楼由 Lohan Caprile Goettsch 事务所设计,(左图)入口由地面悬臂与衬垫支撑以抵抗钢索与入口间之力传导;(右图)防反射之涂覆使正向观看玻璃达到完全之穿透感。

Fentress Bradburn Architects LTD 之作品-西雅图西塔国际机场,双弧面玻璃帷幕作为稳定的玻璃结构减少钢索往构造之侧向挠曲。

穿孔之玻璃平板由不锈钢构件予以点支撑抗动态荷重。

新体验
钢索立面构造的最新发展为以双曲面构造取代平面钢索结构。相对之曲面行程如马鞍状的表面,提供内应力以增加整体结构之稳定。平面钢索结构如遮雨篷在受风力时会拍动,此种拍动仅能传递有限的力。若是相对的两角沿着膜构造的垂直方向拉,另一个相对角朝另一个方向拉,则所形成的马鞍形将形成可对抗较大风力的稳定结构。
此原理同样运用在钢索网构中。最初这个设计策略的优点除了为立面的几何构图增加趣味性,同时双曲面钢索钢构造不但增加结构之稳定度并可减低挠曲,也因此可免除设置较重的界面结构。

西雅图西塔〈Seattle-Tacoma (Sea-Tac)〉国际机场新立面设计运用双曲面构造。本设计同时运用了钻孔与点支撑双层玻璃。曲面所构成之钢索网构造创造了钗h非矩形面。此外,此几何构造在有些部位四个顶点并不会落在同一平面上,迫使玻璃板的安装时需予以弯曲。因此每一片玻璃板均需经过精密的计算以对抗弯曲及动态荷重。


结构玻璃元件
另一种消除结构之质感以增加长跨距立面之穿透性之手法为以玻璃元件取代传统的金属构件。一般常见的形式为玻璃挡板支撑之立面,如1972年Foster Associates所设计之Willis Faber & Dumas大楼帷幕墙。单片或胶合组成之玻璃,正交地安置以抵抗风荷重。早期的系统运用贴片方式固定玻璃,以增加玻璃板的端点抵抗外力或气候变化的强度。目前,则以钻孔玻璃与不锈钢埋头孔固定至挡板中。

近来以发展出更为创新的方式整合玻璃梁构。以图为例,由胶合玻璃制成之玻璃梁横跨于桁架元件间提供穿透性高的支撑。

SEC 大楼立面:Kevin Roche John Dinkloo and Associates LLC 之作品-华盛顿特区 SEC 大楼。其双弧面玻璃帷幕跨距20公尺高30公尺,天窗为20公尺见方。


双层玻璃之机会
穿透性经常是房屋追求的首要重点。以能源为考量则一般会要求双层玻璃,其穿透性比单片玻璃弱。在两片玻璃中会在周边形成不透光带,因此运用双层玻璃时会影响玻璃墙面之整体视觉穿透性。设计师发现在玻璃板中添加薄金属框件可兼顾隔热效能与整体之穿透性。此框件直接黏着于玻璃板背后,玻璃板再固着于结构支撑点上。如此一来,即可运用传统玻璃,且玻璃自身不承受点荷重。

此作法有利的部份在于可以将玻璃与结构体脱开,增加玻璃结构之穿透性。此作法可节省钻孔与点支撑的花费,大大的缩减了其他结构玻璃所需之高额经费。此类形框件与帷幕板的运用可便于现场组装,再次提升此系统之经济效益。

如图所示,华盛顿特区证券交易委员会总部大楼所采用之玻璃帷幕立面与采光天窗,大厅入口采用双热弯玻璃幕墙,结合曲面三角桁架与双曲面天窗。预铸之幕墙板系统采用夹层玻璃,天窗则为胶合双层玻璃以配合天窗规范。

透明的未来
随着玻璃构造的不断发展,玻璃制造技术不断演进,生产高穿透度的玻璃越来越容易且经济,穿透性必然还是未来建筑所追求的主要议题。在越来越重视环境与能源保存的今日,透明建材如玻璃也不断推出有效节能与环保的新产品,以降低对环境的负担并追求更卓越之性能表现。

高穿透性当然并非各种空间均适用,也并非是维持全天候的穿透度。这个概念提供了一些有趣的可能性,如可变换穿透度的立面,由高透明度至不透明,可随时依室内外各种条件与状况互动。时间、温度与光度经过组合后可作为动态立面互动的参数,如此一来,即可随之调节舒适度且控制能源。

未来建筑的动态立面,其外表不仅与构造结合,同时可与整体建筑系统相结合,将建筑与环境的互动、自然光与人工光调节、通风、暖气与冷气甚至是通讯系统共同整合。此发展方向提供未来的建筑设计师,应整合各种工具以创造兼顾美学与实用性的建筑空间。新的玻璃产品经过不断的进步与发展,必将成为未来建筑材料中相当重要的角色。