玻璃在建筑材料行業中的應用探究

玻璃材料

玻璃，經常被定義為金屬氧化物與非結晶硅的混合物所形成的一種材料。這些成分使玻璃具有了一種無定型結構。然而這樣的結構使玻璃有了更加好的透明度。大概5000年前，在古埃及，人們知道沙子、石灰和蘇打粉可以用來制造玻璃，也就是鈉鈣硅酸鹽玻璃。可是，較早的人造玻璃出現在公元前2500年左右。直到20世紀晚期，由于完全光滑的外觀和更加先進的玻璃制造技術的出現，玻璃材料終于迎來了一個飛速發展的時代。玻璃是一種易碎的、堅硬的、通常為透明的材料。但是大多數玻璃材料的性質是可以通過添加其他的物質來改變的。比如，玻璃中的硼元素的含量決定了玻璃的防電與隔熱的性質。因此，越來越多的不同種類的玻璃被發明與制造出來，并且被應用于不同的領域內。

玻璃的優缺點

1.優點

（1）裝配玻璃在建筑物外墻可以高度提升建筑物的外觀美感。

（2）玻璃的輕重量能減輕建筑物的重量和建筑物對于自身與地基的壓力。

（3）玻璃的耐久性優于其他的建筑材料。

（4）玻璃是現下更環保的材料。進入建筑物里面的光量可以由玻璃來控制。它可以節省建筑物使用的能量，真正實現建筑物與環境的友好和諧共存。

2.缺點

（1）適合建造玻璃結構的區域十分有限。

（2）玻璃比其他傳統建筑材料更加昂貴。

玻璃材料與傳統建筑材料的對比

與傳統建筑材料相比，玻璃的開放性使建筑物內的人們可以享受室外的綠茵與美景。這可以讓使用者回歸大自然并且創造一個不可思議的工作環境與氛圍。相對于傳統建筑來說，玻璃結構可以使建筑與環境更加和諧統一。從另一方面來說，玻璃的物理性質與化學性質都很容易改變，由于這一特性，玻璃材料更加廣泛的被應用并且適用于更多的應用領域。由于不同領域的需要，彩釉玻璃、防火玻璃、硬化玻璃等都被研發出來并且投入使用。它們被用作裝飾窗戶、墻體甚至于立柱與橫梁。然而玻璃材料有優越性的同時也有一些問題需要被關注。調查顯示，玻璃的透明性有些時候可能會導致一些個人隱私方面的問題。英國鏡報報道，倫敦塔橋空中走廊的玻璃部分，由于一個啤酒瓶的掉落在上面而出現裂紋，這一案例將玻璃材料的安全性又推到了風口浪尖。

盧浮宮的玻璃倒金字塔

法國巴黎盧浮宮玻璃金字塔已經成為了巴黎的一個城市地標。但盧浮宮地下的玻璃倒金字塔，同樣也是玻璃結構的一個大師級杰作。這兩個玻璃金字塔是由著名美籍華裔建筑設計師貝聿銘所設計，著名愛爾蘭結構工程師和建筑設計師彼得·賴斯也應邀參與到了玻璃倒金字塔的設計與建造中。他們都是玻璃結構領域的先驅者與創新者，尤其是彼得·賴斯。這個倒金字塔是被設計作為一個光源的存在，將外面的太陽光反射進入地下的商業區與展覽區，它也作為一個裝飾元素，讓整個地下大廳更加的富麗堂皇。同時玻璃具有出色的外觀與其特有的透明性，因此，玻璃被用來作為倒金字塔的主要建筑材料。

倒金字塔的每一個面都由上面作為金字塔的底部邊緣的混凝土構建延伸下來。這些面都由菱形玻璃板構成，并且每四個玻璃板都由一個十字形連接器，從內外兩部分都接合在一起連接器的豎線部分傳遞和承受這些玻璃般的恒重，然后橫線部分阻止這些玻璃板可能的橫向移動與繞軸轉動的發生。由于這個倒金字塔會作為地下層的屋頂，懸掛在半空中，所以整個結構就會有掉落的趨勢。為了解決這一問題，張力承受能力極高的一個整體懸索結構被用來作為主體的受力結構。

大量的小懸索被分別固定在每一個玻璃板的中心點來保持它們都在本身傾斜的位置不變。然后這些小的懸索再連接到主懸索網絡和一些飛翔的金屬小柱子上面。倒金字塔的整個結構中更有趣的部分就是這些金屬小柱子。它們非常有效率地排列并且連接金字塔內部的這些懸索。如果去除這些柱子，金字塔內部的懸索必須連結在一個點來保證不同的玻璃板能夠在一起，成為一個完整的結構。如果連結點不是一個而是兩個或者更多，懸索作用在玻璃板上的力會分別作用于不同的方向上。玻璃板會被分別拉向不同的方向，這樣不能使每個面上的玻璃板都保持同一平面中，以保證金字塔面的平整。除了這些，對于不同玻璃板，懸索與玻璃板之間的夾角并不一樣，甚至于存在很大的差距，這樣會增加懸索拉力沿玻璃板方向的分量力的大小，不同玻璃板之間的壓力也會增大，玻璃板的安全系數同樣也就會降低。如貝聿銘與彼得·賴斯所設計，連接金屬小柱子與玻璃板的懸索中的力可以作用于同一方向，并且是所有的玻璃板都是被水平拉住，拉往倒金字塔的中軸線。

同時，設計師設計了一些不同級別的金屬柱子來分別限制不同的玻璃板。同一級別的金屬柱子有懸索相連，形成一個長方體。同時，不同的長方體與地面由懸索彼此相連來形成整個懸索網絡。由于這些元素與系統的存在，整個玻璃倒金字塔的主體能夠穩定地懸掛在地下層的天花板之上，并且照亮整個地下層區域。除了玻璃倒金字塔的主體結構，它的“底部”，也就是屋頂部分的玻璃結構，也同樣重要。倒金字塔頂部的懸索系統是獨立于底部系統的。這是一個等級分明的懸索工作系統。

主體系統包含了橫跨整個玻璃屋頂寬度的主要懸索網。為了支撐倒金字塔“底部”的玻璃板，帶有小金屬柱子的正方形支架來解決這個問題。這些小柱子被放在小懸索上面，而這些小懸索又與主體懸索結構連接在一起。這個結構可以保證所有的懸索處于張力之下，所有的金屬柱子處于壓力之下。這樣可以更大可能的使用不同材料的特性來保證整個結構安全。屋頂的玻璃表面被建造成為一個非常平的金字塔形狀，這樣不僅可以把落在外部的雨水排出，并且可以增加反射進入地下層的光量。

發展前景

盡管玻璃已經成為了建造過程中更普遍的材料之一，但是其特殊的性質與持續增長的需求量，仍然促使著玻璃產品與應用的發展。在做研究時，要考慮兩個方面。一方面玻璃材料可以有很多種制造方法，不同的方法可以制造出不同的種類的玻璃。另一方面，多種不同元素的加入與不同的制造方法，也可以使玻璃具有不同種的特性。用這種方法，可以制造出許多種具有不可思議的功能的玻璃。例如X光防護玻璃，由于這種玻璃中含有70%的鉛氧化物，就可以防護X光與伽馬射線的輻射。今天大多數的玻璃都是復合物。它們由許多具有不同功能的層所組成。如果增加或者改進這些不同的層，許多更加先進的玻璃可能會被制造出來。如智能電致變色玻璃中的電流可以控制從外部與內部通過玻璃的光與熱輻射量。因此，可以減少用來降溫與升溫所用的能量。