金屬材料在建筑表皮中的應用研究

摘 要：金屬材料憑借其獨特的結構性能和時代特征進入建筑表皮領域，展現出非凡的表現力，引領了一股新的建筑風潮。文章在介紹金屬材料一般特性基礎上，探討了建筑表皮中金屬制品的種類及應用。

關鍵詞：金屬材料；建筑表皮；應用

隨著金屬材料科學與工程技術的發展，金屬材料應用領域不斷擴大。在建筑領域中，每一次新型金屬材料、新型工程技術的出現，都將推動著建筑技術的革新，并對建筑師進行建筑創作，表達建筑美學產生巨大影響。金屬材料以其優越的材料性能和獨特的視覺效果，已經從建筑中最初的欄桿、扶手等局部裝飾構件、建筑內部結構框架，逐漸走向建筑表皮，并決定著建筑所呈現的整體形象，表達著建筑美的意境。如今，金屬材料在建筑表皮中扮演著重要角色，對應用金屬材料進行建筑表皮的創作與研究，已成為材料科學、建筑學、美學等眾多學科爭相探索的一個重要課題。

1 金屬材料的一般特性

金屬具有多樣的材料特性，是最堅硬的建筑材料。目前，能夠應用在建筑表皮中最常見的金屬，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度、較好的塑性和持久的韌性，能夠抵抗強度較大的沖擊和承載較大的負荷；具有良好的延展性，易于加工造型；具有優良的導電性和導熱性，是電與熱的優良導體；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的視覺呈現能力；工藝性能優越，易于進行各種加工、處理，可以進行各種冷軋、冷拉、冷彎、冷拔等加工，制成所需要的型材、板材和線材，可以通過焊接、鉚接等加工工藝，制作尺寸精度好的大型構件；具有良好的表面工藝性，金屬表面可以進行各種裝飾工藝，從而獲得理想的質感。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造有機結合，從而打造出功能與美觀集于一體的金屬表皮，能夠營造出具有鮮明個性的建筑形象。金屬材料在建筑表皮應用具有耐候、耐腐蝕、使用壽命長，高強、輕質、利于建筑構件精細化，造型能力強、色彩豐富、質感多樣，預制裝配化施工和回收率高等優點，也具有保溫性能不佳、受溫差影響出現膨脹或收縮和一次性投入成本過高等劣勢。

2 建筑表皮中金屬制品的種類及應用實例

在材料多元化發展的今天，金屬材料的應用為建筑表皮增添了新的色彩，成為成千上萬種材料中一種獨特的存在。在建筑表皮領域，金屬材料作為一種相對新型的“后起之秀”，越來越受到建筑設計師的青睞，成為近年來逐漸興起的一種表皮設計材料。

2.1 金屬板材

金屬板材因其具有良好的耐候性，并可以通過適當增加厚度或者用其他處理工藝增強其自身強度，而被廣泛地應用在建筑表皮中。在應用中通常采用幾何圖形的平面金屬板，也可采用利用現代工藝技術支持生產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，可以塑造出精準流暢的規則或不規則形態，充分表達出建筑物美的意境和表現力。隨著金屬結構和制備工藝的發展，結構與建筑表皮呈現出融合趨勢。一是結構作為表皮的骨架。在2008年我國成功舉辦的奧運會中，一些體育場館如國家游泳中心（水立方）的設計就是以表皮為出發點開始的，看似隨機甚至凌亂的表皮，卻具有高效的結構特征，充分體現了理性和最優化選擇的結果。二是結構促成表皮的流動，結構與表皮一體兩面。金屬結構與表皮的融合，使很多流動的建筑表皮設計有了實現的可能，也使得建筑空間的完整性能夠得到最大程度的保留，結構與表皮成為建筑的一體兩面。

2.2 穿孔金屬板

金屬薄板通過沖孔機械及電腦數控設備進行打孔，穿孔直徑大的可以達到500mm以上，小的孔徑可以小于1mm，并且可以根據需要，有著不同的孔間距。穿孔可以采用直線或偏移的方式，以某種規律加工出圓孔、方孔、條形孔、魚鱗孔等規則形狀，還可以拉伸異形孔等不規則形狀，形成半透明的特殊肌理，以滿足通風采光、吸收噪聲和遮陽的需要。以滿足建設設計需要。另外，可以根據建筑設計的需求，將孔眼的形狀、排列的方式自由發揮，形成各種不同圖案的藝術花紋板，增加板材的裝飾性作用。穿孔金屬板材因其易于加工，并且生產方法高度工業化，加之具有不同的圖案表現形式和豐富的表面肌理，使得穿孔金屬板材成為一種既經濟又實用的通用建筑材料。如上海優衣庫（UNIQLO）南京路店就運用了穿孔金屬板材。

2.3 金屬網狀板材

金屬網狀板材可分為編織型、拉伸型和焊接型三類。編織型網狀材料是以金屬線材、金屬絲材、金屬絞線等通過機器進行編織而成的編織類絲網；拉伸型網狀材料是金屬薄板經過機械切割、拉伸、壓平等工序而成的拉伸型板網；焊接型網狀材料是金屬線材通過特殊方法焊接而成的焊接類絲網。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。金屬網狀板材具有較高的強度、良好的柔韌性和穩定性，相對輕質，并且加工、裝配簡單，能夠很好地適應建筑的曲面輪廓，保養維護的成本也很低。金屬網狀材料半透明的肌理，能夠在很大程度上過濾掉陽光的輻射，使得建筑變得輕盈，并呈現出高雅的藝術氣質。如紐約新當代藝術博物館外表皮就是選用了壓延金屬絲網，使建筑表面簡潔而文雅。金屬夾芯板、金屬格柵、復合金屬薄板、金屬編織物等金屬制品根據建筑設計的需要，也被大量地應用于建筑表皮中，賦予建筑以不同的功能和更為豐富的表現形式。

3 結束語

金屬建筑表皮憑其卓越的結構性能、精準的工業化加工方式、可回收重復使用的經濟價值和生態價值以及豐富的視覺表現力迅速成為建筑設計中的寵兒，以其特有的質感、肌理和光澤為建筑增添了獨特的魅力的。隨著金屬材料科學的發展和加工工藝的進步，將會有越來越多的金屬材料應用到建筑表皮領域，妝扮我們的城市。

參考文獻

[1]褚智勇.建筑設計的材料語言[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]梅婧.建筑表皮中金屬材料的表現手法解析[D].重慶大學，2013.

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