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摘要：本文以近期的比較有特色的建筑為例，從其使用的材料的特性、加工、安裝方式等方面進(jìn)行分析，介紹了鈦金板、水波紋不銹鋼板、銅板、鈦瓦屋面、砌筑石材等新材料。
關(guān)鍵詞：新材料、水波紋不銹鋼板、鈦金板、鈦瓦、銅板、砌筑石材
1 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，建筑個(gè)性化越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的建筑形體越來(lái)越復(fù)雜，建筑材料也越來(lái)越豐富。常規(guī)的建筑裝修材料主要包括玻璃、鋁板（詞條“鋁板”由行業(yè)大百科提供）、干掛石材（詞條“干掛石材”由行業(yè)大百科提供）等已經(jīng)很難滿(mǎn)足個(gè)性化的需要，于是出現(xiàn)了很多非常規(guī)材料。這些材料相對(duì)常規(guī)材料，在加工成型工藝及安裝工藝等方面均有所區(qū)別，對(duì)加工廠(chǎng)和施工單位都提出了很大的挑戰(zhàn)。本文主要介紹鈦金板、水波紋不銹鋼板、鈦金板、鈦瓦、銅板、砌筑石材等。
2.鈦金板
鈦金板是指通過(guò)金屬板鍍鈦工藝形成的有金屬光澤的金色板。
金色板比較常見(jiàn)的做法是通過(guò)鋁板氟碳噴涂來(lái)實(shí)現(xiàn)，氟碳噴涂的顏色是依靠氟碳漆的顏色實(shí)現(xiàn)的，形成的金色金屬光澤很小，有塑料感。鈦金板是通過(guò)鍍鈦工藝形成的，鍍鈦形成的膜很薄，形成的金屬感很強(qiáng)。
(1)鍍鈦的基層材料的選擇
理論上鋁板和不銹鋼板均可以作為鈦金板的基層，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，鋁板鍍鈦后因?yàn)殇X板本身的材料屬性，最終形成的鈦金板沒(méi)有金屬光澤，且局部有鍍鈦不均勻形成的色差(如圖1)。而不銹鋼板作為鍍鈦的基層，因?yàn)椴讳P鋼板本身的特性，通過(guò)金屬打磨處理后，本身的平整度（詞條“平整度”由行業(yè)大百科提供）和光澤度很高，鍍鈦之后形成的鍍鈦層很均勻，金屬感也很強(qiáng)(如圖2)。
(2) 鍍鈦爐的選擇
目前成熟的鍍鈦工藝有水鍍和電鍍兩種，其中水鍍工藝形成的鍍鈦層不牢固，一年左右就會(huì)褪色，鍍鈦效果不好，且存在污染，正在逐步被淘汰，電鍍工藝正在逐步流行。
電鍍爐一般為圓柱形，直徑1.35米，長(zhǎng)4米(不同廠(chǎng)家有差異)(如圖3)，鍍鈦爐的大小決定了項(xiàng)目板塊的最大尺寸，在項(xiàng)目前期階段需要對(duì)板塊分格進(jìn)行校核，確保后期加工的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)板塊分格超規(guī)格的問(wèn)題。對(duì)于異型的板塊，建議借助BIM軟件進(jìn)行分析比對(duì)(如圖4)，確保鍍鈦板在分格劃分中要確保不會(huì)超規(guī)格。
(3)電鍍工藝流程
電鍍工藝流程如下(如圖5)：
(4) 鈦金板顏色的選擇
鈦金板雖然都是金色，但是可以實(shí)現(xiàn)多種不同的金色效果，可以通過(guò)材料小樣進(jìn)行顏色的比選(如圖6)。
同時(shí)鈦金板的顏色在不同的光線(xiàn)條件下都是變化的，且拉絲處理之后，相同的鈦金板在相同的光照條件下，橫向拉絲與豎向拉絲會(huì)形成不同的感官顏色。如圖7,上下兩塊鈦金板顏色完全相同，上邊為橫向拉絲，下邊為豎向拉絲，最終在本照片這個(gè)視角下，上邊顏色明顯更深一些。
換一個(gè)角度和時(shí)間，如圖8，相同的板塊，會(huì)顯示下邊的顏色更深一些。所以鈦金板是一種對(duì)光線(xiàn)很敏感的材料，在建筑設(shè)計(jì)中，要充分考慮周?chē)慕ㄖ庹�，建筑的形體造型等，確保鈦金板展示出來(lái)的顏色符合自己的心里預(yù)期。
(5) 鈦金板的穿孔
鈦金板穿孔有兩種工藝，機(jī)械沖孔（詞條“沖孔”由行業(yè)大百科提供）(如圖8)與激光切孔(如圖9)兩種方式，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，不銹鋼基層的鈦金板因?yàn)椴讳P鋼本身硬度很高，采用機(jī)械沖孔會(huì)造成板面的不平整，建議在條件允許的情況下，采用激光切孔，保證板面的平整。
(6) 鈦金板成型工藝
單曲面部分成形方法：(1)、模具成形;(2)、激光切割+多軸輥滾圓成形+數(shù)控折彎成形。
雙曲面部分成形方法：液壓拉伸成形+雙曲背筋拼焊
液壓拉伸成形下料工序可使用剪板機(jī)或激光切割機(jī)完成，下料前需完成模型分解、坯料展開(kāi)等工作。模型分解是根據(jù)實(shí)際整體模型，將其切割成相對(duì)均勻(統(tǒng)一)規(guī)格的單個(gè)零件并編號(hào)管理。坯料展開(kāi)則利用三維分析軟件功能將單個(gè)零件模型展開(kāi)為二維CAD圖形，并在四邊留有工藝余量。成形單元?jiǎng)t使用離散模具通過(guò)液壓拉伸成形。成形后將滿(mǎn)足要求的零件轉(zhuǎn)移至檢測(cè)平臺(tái)，檢測(cè)合格的成形單元?jiǎng)t使用切割機(jī)裁邊獲取最終零件。最后通過(guò)加強(qiáng)筋實(shí)現(xiàn)零部件型面加固。
(7)運(yùn)用工程案例
上海國(guó)家會(huì)展中心西廳改造項(xiàng)目作為首屆進(jìn)口博覽會(huì)的國(guó)家會(huì)議中心，是首屆進(jìn)口博覽會(huì)場(chǎng)館提升項(xiàng)目的核心工程。原來(lái)建筑表皮為普通灰色鋁板、玻璃、真石漆等，經(jīng)過(guò)提升改造，在外側(cè)設(shè)置了金色的穿孔鈦金板(如圖11)。
3. 水波紋不銹鋼壓花板
水波紋不銹鋼壓花板是在鋼板表面施以凹凸的花紋形成的。凹凸的花紋配合不銹鋼光面的效果，形成波光粼粼的視覺(jué)效果(如圖12、13所示)。
因?yàn)椴讳P鋼板為卷材，作為不銹鋼板的加工板，水波紋板寬度方向也有限制，一般有1m,1.22m,1.5m,長(zhǎng)度可根據(jù)要求開(kāi)料。
水波紋板可以實(shí)現(xiàn)玫瑰金、鈦金、紫紅、粉紅、紫羅藍(lán)等多種顏色。
根據(jù)不同工藝之間的不同組合，可以形成不同的效果
Ø 磨鏡面后再壓紋，凹凸位置都會(huì)產(chǎn)生光亮效果;
Ø 壓紋后再磨鏡面，凹下去的位置會(huì)保持不銹鋼的亞光色，凸起來(lái)的位置會(huì)有反光的鏡面效果;
Ø 磨砂后再壓紋，凹凸位置都會(huì)有磨砂紋;
Ø 壓紋后再磨砂，凹下去的位置會(huì)保持不銹鋼的亞光面，凸起來(lái)的位置會(huì)有磨砂絲紋。
4. 砌筑石材
目前成熟的石材幕墻系統(tǒng)為干掛系統(tǒng)，是通過(guò)背栓或鋁合金掛件等將石材面板固定到后側(cè)的龍骨（詞條“龍骨”由行業(yè)大百科提供）上去的連接方式。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低，相對(duì)更安全，目前被普遍采用。
干掛的系統(tǒng)依賴(lài)后側(cè)的鋼架，鋼架因?yàn)?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>腐蝕（詞條“腐蝕”由行業(yè)大百科提供）等原因，不能長(zhǎng)時(shí)間存在。對(duì)于有特殊要求的百年建筑，砌筑石材更能夠滿(mǎn)足建筑長(zhǎng)壽命的要求。砌筑石材不依賴(lài)后側(cè)的鋼架，依靠石材之間的相互疊砌來(lái)相互支撐。
相對(duì)于普通干掛石材，砌筑石材有以下關(guān)注點(diǎn)。
(1) 砌筑石材的加工成型
砌筑石材一般應(yīng)用在仿古建筑或者歐洲建筑，石材形體相對(duì)都比較復(fù)雜，種類(lèi)繁多，采用普通圖紙很難表達(dá)。需要借助BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模，通過(guò)石材BIM模型與石材加工機(jī)械聯(lián)動(dòng)，保證石材的加工精度(如圖14)。
(2) 砌筑石材的安裝及安全保證措施
早期的砌筑石材抗震性能較差，目前砌筑石材會(huì)通過(guò)設(shè)置拉結(jié)件的方式對(duì)砌筑石材進(jìn)行加固。
砌筑石材之間的粘接劑可以用普通的砂漿也可以采用石材專(zhuān)用膠粘劑。
為了滿(mǎn)足砌筑的要求，砌筑石材厚度要超過(guò)100mm，正常要達(dá)到150mm,因?yàn)槠鲋谋旧砗苤兀貏e是底部的石材普遍重量超過(guò)1噸重，安裝的時(shí)候要借助專(zhuān)用設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）進(jìn)行提升吊裝，同時(shí)要避免對(duì)石材產(chǎn)生破壞(如圖15)。
(3) 防水及排水
砌筑石材因?yàn)槠鲋z粘劑的年限，設(shè)計(jì)中一般會(huì)考慮因?yàn)槟z粘劑失效引起的防水問(wèn)題，所以后側(cè)會(huì)設(shè)置防水板，同時(shí)在砌筑石材底部會(huì)設(shè)置排水孔(如圖16)，用于在砌筑劑失效的情況下，將進(jìn)入石材內(nèi)部的水排出。
(4)應(yīng)用案例
舟山觀音圣壇采用了砌筑花崗巖，石材品種為黃金麻(如圖17)。
華為東莞松山湖總部采用了砌筑砂巖(如圖18)。
5. 異型一體銅板
常規(guī)的幕墻金屬板通常在工廠(chǎng)根據(jù)分格加工成單塊板，安裝后板和板之間打膠或者留開(kāi)縫。最終形成的建筑效果是很零碎的分格線(xiàn)，建筑整體性不好。
在一些特殊建筑中，如佛教建筑，需要金屬板是一個(gè)整體，于是之前只是作為雕塑成型工藝的一體板開(kāi)始出現(xiàn)在建筑中。
一體銅板制作工藝如下：
(1)模型放樣
先制作縮比例的泥模，確認(rèn)后翻制為石膏模型，通過(guò)對(duì)石膏模型進(jìn)行三維掃描，得到模型三維數(shù)據(jù)。放大后得到1:1模型(如圖19)。將模型數(shù)據(jù)輸入CNC數(shù)控中心制作1:1EPS模型。
(2)鈑金成型
根據(jù)模型制作模具，通過(guò)機(jī)器沖壓，形成曲面造型。
(3)小板的拼接
在工廠(chǎng)將小塊板通過(guò)焊接拼接成大板(保證大板能夠運(yùn)輸)，焊接采用手工鎢極焊氬弧焊，選用錫青銅焊絲（詞條“焊絲”由行業(yè)大百科提供）Scusn8-4.
(4)修飾打磨
對(duì)焊縫部位進(jìn)行打磨，先用20目沙盤(pán)初打磨，再用40目精打磨。
(5)背筋的安裝
通過(guò)背板種釘，在背后連接鋼肋板（詞條“肋板”由行業(yè)大百科提供），保證面板的整體剛度。
(6)運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)的拼接
加工完成后的板塊在工廠(chǎng)進(jìn)行預(yù)拼裝，確認(rèn)滿(mǎn)足精度要求后拆開(kāi)，分體運(yùn)輸(如圖20)，在現(xiàn)場(chǎng)與后側(cè)鋼架連接固定到位(如圖21)。
(7)上色處理
整體拼接完成后，進(jìn)行焊接，打磨處理，調(diào)整表面的誤差。然后在銅板表面打膩?zhàn)?/a>，最后上色處理(如圖22)。
6. 鈦瓦
鈦瓦是通過(guò)現(xiàn)代工藝加工的金屬瓦，效果仿古代的灰瓦。
(1)鈦瓦的種類(lèi)
為了模擬古代屋面的效果，鈦瓦和古代瓦類(lèi)似，需要通過(guò)不同類(lèi)型的瓦進(jìn)行拼接組合，有筒瓦、板瓦、瓦當(dāng)、屋脊瓦等組成(如圖23)。
(2)鈦瓦的加工成型
通過(guò)犀牛建模，通過(guò)犀牛offset命令將金屬模型的內(nèi)模和外模導(dǎo)出。將模型數(shù)據(jù)輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，完成模具的制作。
板瓦采用連續(xù)沖壓工藝，根據(jù)長(zhǎng)度需要沖壓成不同長(zhǎng)度的板瓦(如圖24)。
筒瓦采用無(wú)邊料沖壓工藝(根據(jù)展開(kāi)形狀下料，成型后不用切邊)(如圖25)
屋脊部位(如圖26)復(fù)雜的構(gòu)件采用泥模制作1:1實(shí)物模型，翻制石膏模型后進(jìn)行鑄造或鈑金。
(3)鈦瓦的固定
鈦瓦與古代灰瓦類(lèi)似，防水是通過(guò)瓦與瓦之間的相互搭接來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與古代灰瓦依靠重力鋪設(shè)在屋面不同，鈦瓦因?yàn)橹亓亢茌p，瓦的固定是依靠下側(cè)的卡件進(jìn)行固定(如圖27)，還會(huì)在搭接蓋住的地方通過(guò)打釘固定到下邊的龍骨上去。下側(cè)還設(shè)置了二次防水層，與瓦的搭接形成雙道防水。
6. 結(jié)語(yǔ)
文中提供的新特材料目前在少數(shù)建筑中采用，一些新型建筑裝飾材料大規(guī)模應(yīng)用的影響因素很多，包括建筑需求、價(jià)格因素和工藝水平等等。隨著科學(xué)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和加工工藝水平的進(jìn)步，會(huì)有越來(lái)越多的新型建筑材料應(yīng)用到建筑工程中，通過(guò)早期項(xiàng)目的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，為后期材料的大規(guī)模使用提供良好的經(jīng)驗(yàn)。
建筑師作為建筑的創(chuàng)造者，一直是建筑行業(yè)創(chuàng)新的源頭，創(chuàng)新設(shè)計(jì)是每個(gè)建筑師的終生追求和夢(mèng)想。新特材料作為建筑表皮構(gòu)成元素，在建筑的創(chuàng)新和發(fā)展中扮演不可或缺的角色，設(shè)計(jì)師也要加入到創(chuàng)新應(yīng)用的隊(duì)伍中來(lái)，不斷的挖掘新材料，新工藝，為人類(lèi)社會(huì)建筑的多元化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
作者單位：蘇州金螳螂幕墻有限公司
