常用建筑材料 - 图文

园林景观常用建筑材料

二：花岗石（麻石）

图 2.01 天然花岗石是火成岩，也叫酸性结晶深成岩，是火成岩中分布最广的一种岩石，属于硬石材，由长石石英和云母组成，其成分以二氧化硅为主，约占65%~75%。岩质坚硬密实，按其结晶颗粒大小可分为“伟晶 ”，“粗晶”，“细晶”三种。

花岗石的运用

花岗石的品质决定于矿物成分和结构。品质优良的花岗石，结晶颗粒细而均匀，云母含量少而石英较多，并且不含有黄铁矿。花岗石不易风化变质，外观色泽可保持百年以上，因此多用于墙基础和外墙饰面。由于花岗石硬度较高，耐磨，所以也常用于高级建筑装修工程和室外，例如，大堂的地面和室外地面、贴面。

花岗石的分类

中国当前已开发的花岗石依其抛光面基本色调可以分为浅色、红色、黑色、稀有彩色四个系列。每个系列依其结构可以分为细粒、中粒、粗粒大花（大斑晶）等不同品种。浅色系列花岗石应用最普遍，大多为中低档石材，常见的有浅灰色、浅粉红色、灰白色，蛋纯白色和用于加工日式墓碑的细粒灰色较珍贵；红色系列、黑色系列一般属于中高档石材，我国著名的品种有四川的“中国红”、广西的芩溪红“山西的”“太白青”、内蒙古的“丰镇黑”等。稀有彩色系列包括蓝色、绿色、咖啡色等以及带有变彩、星光等稀有品种，如新疆的“天山蓝”、河北的“燕山绿”、四川的“米易绿”、广西的“翡翠绿”、新疆的“星星蓝”等品种。

花岗石加工工艺

花岗石加工的基本方法有：锯割加工、研磨抛光、切断加工、凿切加工、烧毛加工、辅助加工。

三、文化石

图 2.02 作为天然石材的形状和质感，文化石呈现着石材的自然风貌，换句话说，文化石就是天然石头的再制品，它最吸引人的特点是色泽纹路都能保持自然原石的风貌，加上色泽调配变化，能将石材质感的内涵与艺术性展现无遗。

文化石品质坚硬，色泽鲜明，其特殊的层状结构决定了其抗折很高，具有良好的抗压，耐磨，耐腐蚀的天然石材特性。由于变质岩，呈片状且质地脆硬。是制造文化石的优良材料，而往往文化石都是用变质岩做成，所以通长就被叫做文化石。

文化石其主要运用于贴面装饰。其文化石乱板也常用于自然地面的铺装。 文化石的分类及形式：

按表面形式分：平板（自然面、手工面、机切面）以锈板为例。 蘑菇面；开口（开槽）文化石；乱形板；其他。

平板文化石：表面平整的文化石。表面平整，具有微略光泽的板石制品，颜色更具有亲和力，暖色调更强，不失

自然气息。 图 3.01 （平板文化石） 平整度：机切＞手工＞自然 乱形板（碎拼）

表面中部突出的文化石，具有怀旧的城堡石，凝重而奔放，这些近似长方形的石头是人工精心打造而成，粗犷的外表，迎合

设计师最独特的构思和理念。

开口文化石的凹凸不平、重重叠叠风蚀剥落的感觉，可令建筑感性起来。大自然的力量，历史的沧桑感触手可及。

乱形板（碎拼）

几乎所有的天然板岩都可以做成乱形，它包括机乱形、磨边乱形、毛边乱形、等厚乱形等，它象抽象的色板块，像远远的石板小径，象干涸的丝

图 3.02 （碎拼） 绸古道，形散而神不散，纷乱中有统一。

四、砂石 属于沉积岩一类。 呈粉末状

分类：砂石一般按颜色分类： 黑砂、青砂、黄砂、红砂等

黑砂石为最硬，青砂次之，黄砂石和红砂石较软。 砂石按工艺分：

平板、蘑菇面、蜂包面、蘑菇蜂包面、荔枝面、斩假面等

图 4.01

图 4.02

图 4.03 图 4.04 五、卵石

天然卵石和机

制卵石

天然卵石指经过流水长期冲刷形成的卵石。 鹅卵石、雨花石都是天然卵石。

机制卵石则是把石材碎料通过机器打磨边缘加工形成的卵石。 如海峡石就是机制卵石。

图 5.01（雨花石） 洗米石一般也是机制，其颗粒如米粒大小，故不称卵石。

饰面休整

新型机械工具和技术的应用，使得石面的打磨修饰变得更加容易而且快速。由此导致了这种工艺产品需求量的增加。由于众多石材有不同的质地纹理，因而需要采用多种加工工艺。工艺的运用不仅可以使产品的特殊性能显现数来，而且还可以创造出多样的光影效果。然而，石面休整类型的选择取决于石材的品种、

图 5.02 （洗石子） 硬度、想要达到的目的以及这种石材部件所要应用到的位置。其中，石材的强度是决定选用何种打磨方式的一个重要因素。每一个工艺过程都要求材料具有能抵抗加工工具冲击的最小厚度。尽管不是所有形式的打磨修整都可以运用到所有种类的石材上，然而如果工艺选择和做法合适的话，经过加工可以极大地增加建筑部件所表现出来的品味。石材加工行业将材料分为“硬质”和“软质“两种。软质材料包括沉积岩，例如石灰石、砂岩和大理石。硬质材料的范围包括从喷出岩和火成岩（例如花岗岩、正长岩和玄武岩）到变质岩（如片麻岩、石英砂和板岩）。 石材表面质量的好坏决定于所运用的加工工艺的优良程度。通过研磨抛光这种工艺可以得到最好的石材表面，这种工艺可以表现出石材的矿物含量、颜色、质地和结构。黑色的石材如想表现出它真正的特质，只有通过研磨抛光才能达到效果。反之，其他的工艺，如比较粗糙的加工形式，会使石材表面显现出更为苍白的颜色。研磨抛光工艺则会使浅颜色的石材表现得稍微有点发暗。然而，能够被研磨抛光的石材只能是那些有足够强度和密度的石材，另外还应当考虑许多其他方面的因素。例如，石质地板必须遵循防滑安全要求，然而较粗的打磨工艺会使这种地板很容易就被弄脏。

不同类型石材的普通表面处理方式，并不排斥其他类型的表面处理工艺

六、木材

优点：属于暖性材料，容易使人亲近。质轻而强度高。耐久性好。加工性能良好。

缺点：各向异性，涨缩变形大，易腐，易燃。 木材防腐知识简介

木材的有点是给人的感觉亲切自然，无论是观感还是触感均较好，然而天然木材的特点决定了其耐候性较差、耐久年限较少，易损伤，易燃，维修保养较为复杂，因此直接将未经防腐等处理的木材用于室外条件是不太适宜的。在我国传

统建筑中，木材通常作结构材料及围护分隔材料，虽然也做了一定的处理，但除了一些重要建筑外完好无损地保存下来的较少。

中国传统建筑中木构表面常以油漆彩色画作为装饰及防腐处理，一般经过表面打磨、油灰（桐油+石灰）嵌缝打底、麻丝裹扎、油灰抹面、打蜡、粒粉、上色起晕、在粒粉线上涂胶贴金、勾轮廓等过程，一般油漆则在油灰抹面厚涂刷大漆（以土红色、黑色居多）。这种处理有效的减少了自然风雨侵蚀、微生物侵蚀，然而它在恶劣的自然气候下仍然难以避免受到损失，维修周期短。这种处理方法的另一个缺点是隐藏了木材的真是纹理，木材只是作为结构材料被使用。要想露出木材的天然本色，传统做法常是采用沿海渔民木船涂饰桐油的防腐方法，但耐久年限同样较少且需不断维护，因此在建筑物中较少出现。除了木材表面的防腐处理外，我国传统的建筑在设计建造中还特别注意檐廊的设置以尽量避免雨水对木构的侵蚀。

现代广泛使用的木材防腐工艺是采用各种防腐剂如传统的CCA（铬化砷酸铜）或当今环保的ACQ（烷基铜铵化合物）对木材进行防腐处理。防腐处理对于木材抵抗昆虫及微生物的侵蚀起到了重要作用，延长了木材制品在户外环境中的使用寿命。由于大部分的防腐剂易对人体及环境产生不良影响，因此这种防腐剂处理的木材不得作为家居结构材料，用于人体常接触的部位（如栏杆、步道、花架、座椅等）以及河水、海水、浸泡的部位，同事其加工过程中应注意安全防护，废弃物回收也需按危险品处理。ACQ防腐剂不含砷和铬，对人畜非常安全，是一种环保型的木材防腐剂，也是目前研发的唯一的一种在防腐性能上不亚于传统CCA，又对环境与人体无害的防腐处理物质。但这种防腐处理的木材不适宜于海水环境或铁路枕木。

防腐木板外墙的构造

外墙木板常用的厚度为12~20mm，为防止木板太宽导致开裂，宽度一般控制在200mm以下，长度一般控制在5m以下，如果采用优质的西部红松，木板宽度可达250~300mm，长度可达7m。用于室外地板时，木板厚度一般为20~40（常用较为经济的25mm）。木格栅、百叶的木材断面则根据设计选用。常用的木板外墙构造形式主要有搭接式，锁扣平接式、格栅式、固定木板的金属件有露明式及暗藏式两种。木板外墙构造主要应注意木板在自然环境中的涨缩变形，因此防止雨水的积聚滞留、通风透气等是构造的重点。为了延长整体的寿命，木材安装中必须使用耐腐的五金件，如不锈钢或热镀锌的钉子和螺钉（需注意热镀锌铁钉与防腐剂的化学反应关系）

七、陶瓷

主要用于建筑的室内、外装饰，常用的有墙地砖、建筑琉璃制品、陶瓷劈离砖、卫生陶瓷品。

八、建筑玻璃：

通常意义上的玻璃是一种无机原料制成的非晶体固体。在结晶过程中，如果熔融态物质冷却过快，无法形成晶体结构，就会形成非晶体。我们因此可以称玻璃为凝固的液体，虽然按照科学的方法来看这未必是正确的。各向同性、固态、热性质是非晶体玻璃的三个特殊性质。

玻璃的固定方法有两种：夹具固定和螺栓固定。夹具固定方法通常更受青睐，这是因为如果使用合适的固定件，在玻璃表面产生的应力较小。采用螺栓固定方

式安装，玻璃需要打孔，必须确保玻璃在安装时不受约束，这一点非常重要。垫圈可以在较大面积上分解玻璃的受力。钻孔以及图案的间距和半径大小必须符合规定要求。

品种有：普通平板玻璃、特种玻璃（吸热和热反射、中空玻璃等）、安全玻璃（夹丝玻璃、夹层玻璃、钢化玻璃等）、其他玻璃（玻璃砖、艺术玻璃等。）

建筑用特种玻璃

用于防火玻璃窗的耐热硼硅玻璃内的二氧化硅含量较高，另外还含有三氧化二硼。硅含量高的石英玻璃尤其耐热，紫外线能透过这种玻璃，因此是理想的光电元件材料。将二氧化铅加入熔融态的玻璃中，就制成了铅玻璃。铅玻璃具有较高的光学密度，可用于制作镜头以及类似的光学仪器。

“透明”玻璃通常都呈淡绿色，这可以通过在熔融态的玻璃中减少氧化亚铁的含量而去除，从而生产出无色玻璃以及超透明玻璃。古代就有利用金属或金属氧化物给玻璃着色（表B 8.2 )的工艺，在玻璃熔化过程中加入金属氧化物，可以为整个玻璃着色，而不仅仅是表面着色（着色玻璃）。

玻璃制品

玻璃制品因生产工艺不同而不同，以下分别介绍几种不同的玻璃生产方法和特点。

浮法玻璃

浮法玻璃是一种高品质的透明平板玻璃。它的生产方法是使液态的玻璃浮在1100℃高温的熔融态锡液上。液态玻璃质量轻，因此浮在表面，并在整个锡槽内扩散开，然后慢慢硬化。接着被称为拉边器的装置将浮法玻璃从熔炉中传送出来，与此同时调整厚度，浮法玻璃的厚度为1.5 mm至12 mm不等。最大

的单片浮法玻璃尺寸大约为3.20 mx6.00 m（表日8.3）。如今大约95％的平板玻璃都是通过浮法玻璃工艺生产的。将浮法玻璃重新加热到6400C或更高温度可轻易将其在防火材料制成的模板上弯曲成型。

压铸玻璃

压铸玻璃更准确来说应该叫做轧制玻璃，玻璃经过成对的冷却压辊形成的。正是这道工序给予压铸玻璃以波浪形的表面。和浮法玻璃一样，它也可以被进一步加工处理。这种玻璃适合应用于温室等建筑。

压延工序也可以将金属丝网嵌入到玻璃中（夹丝玻璃），一旦玻璃破碎，这些丝网有助于将碎片粘连在一起。压铸玻璃还可以在单面或双面加工图案（压花玻璃）。夹丝玻璃能够满足防火玻璃窗的要求。

槽形玻璃是压铸玻璃的一种特殊形式。在压延时，使玻璃边缘弯曲900形成玻璃槽。这种产品可以承受相当大的负荷。现有的异型玻璃标准宽度为232 mm、262 mm、331mm和498 mm，弯边尺寸介于41 mm到60 mm之间。槽形玻璃使钻条仅从水平方向就可固定玻璃（图B8.4）。玻璃瓦是压铸玻璃产品，尺寸可达640 mm x 715 mm，而且颜色多种多样，室内室外都能应用。

压制玻璃

空心玻璃砖是通过把两块玻璃压在一起生产出来的。这些非常耐磨的建筑构件可以用砂浆黏合在一起，并表现出良好的隔声特性。压制法位可以用于生产透明的玻璃屋面瓦。所有的压制玻璃产品在两部分压合处都有明显的痕迹。

玻璃纤维与发泡玻璃

玻璃纤维与玻璃纤维织物可以用来增加柔性片、合成树脂、刮板以及混凝土的强度。玻璃纤维织物适于用做墙纸并填塞裂缝。玻璃光纤常用于数据传输

系统和照明系统。

发泡玻璃与玻璃纤维保温隔热材料（玻璃棉）将根据用途在“保温隔热与密封材料‘’一节中进行讨论（见136页）。用于透明保温隔热层的毛细板或具有发泡玻璃结构，或者由PMMA制成，也可以由聚碳酸酯（PC )制成。这些板是半透明的，厚度大约为8一40 mm，U值可低至0.8 W/㎡K，同时还能获取太阳能（见140页“保温隔热与密封材料”）。

玻璃陶瓷

玻璃熔液的温度变化可使其转变成晶住（陶瓷）状态，并使玻璃制品有一个非常低的热膨胀系数。这种玻璃能够抵抗高温（高达700℃），因此可用于灶台面板和烤箱的玻璃窗等用途。

玻璃的深加工

玻璃的深加工包括玻璃边缘加工.热处理或使用各种方法修饰玻璃表面。 边缘加工

玻璃边缘的加工共四种质量等级（符号KG）斜边缘加工（KSG）：研磨边缘，生产出带有棱角的边。严格按照定制的尺寸切割研磨边缘（KMG）。亚光磨边（KGN）。玻璃边缘抛光（KPO），加工的玻璃边缘与玻璃板表面具有同样的品质。

热处理（钢化安全玻璃、热处理玻璃）

热处理是把玻璃加热到大约6000C ,然后用冷空气对玻璃表面进行冷却，这会产生预应力：中心处为拉力，表面处为压力。这种处理方式能降低玻璃的脆性，改善裂纹形成和扩展方式，还能增加玻璃的抗拉强度。因此钢化玻璃或热处理玻璃可以用做承重部件（图B 8.7）

钢化安全玻璃经过热处理，破碎时会形成很钝的小碎片，而不是大片锋利的碎片。钢化安全玻璃具有较高的抗弯强度（表日8.4）和较好的热稳定性。

如果将其用在高窗上或用于外墙挂板，就必须经过热浸测试（见116页\建筑外围护结构\）。这项测试的温度大约是300℃．测试需要几个小时，目的是检测钢化玻璃中是否含有一些杂质，这些杂质会使钢化玻璃用于建筑结构后产生自爆。

热处理玻璃的冷却过程相对而言比较缓慢。热处理玻璃具有比较低的内应力，破碎时比钢化安全玻璃的碎块要大。但与钢化安全玻璃相比，层压结构的热处理玻璃具有一定的残余承载力。用于飞行器和照明设备上的玻璃薄板需要通过化学方法在电解槽中进行预处理。这种方法也会使玻璃 产生预应力，同时还能使其承载力比普通玻璃高6倍。

表面处理与涂层

玻璃的表面处理可能仅出于美观的需要，但给玻璃表面增加涂层却能改变玻璃的性能。

上釉

瓷釉是一种彩色玻璃粉末，在大约700℃时可以在玻璃表面上熔融，这样就可以生产出彩色的表面。根据瓷釉厚度的不同，彩色玻璃的透明度也不同，从半透明到不透明。各种类型的图案、标志等都可以根据需要生产出来。在玻璃上釉的过程中温度会升高，将导致玻璃内产生与钢化安全玻璃类似的预应力。

熔化

熔化法是把彩色玻璃片熔化到一块玻璃板上。用这种方法生产的玻璃只适合在室内使用。如果要用在室外，必须使用浇注树脂将这种玻璃板与钢化安

全玻璃板粘在一起。

毛面处理

这种机械处理方法是对玻璃表面进行研磨或喷砂。处理后，玻璃不再透明，而是一种无光表面（图日8.6）。处理时可以在某些地方加以遮盖，根据需要产生不同图案。用氢氟酸在表面进行酸洗也有同样的效果，但用这种方法处理的表面不像喷砂和研磨的表面那样容易积攒灰尘。这种蚀刻可以用于制作玻璃表面间断的毛面部分。

丝网印刷

丝网印刷是用来装饰玻璃某些区域的。透明的、彩色的表面和各种各样的装饰都可以用这种方法制造出来。

自清洁玻璃

自清洁玻璃可以最大程度地节约能源和降低清洁玻璃成本，这种玻璃已经使用了多年。玻璃表面的聚合物涂层避免了水滴的形成，也阻挡了水滴蒸发后灰尘和粉尘的附着（亲水效应）。涂层的其他作用都有相同的机理，即僧水原理，憎水原理是基于微观的粗糙结构来防止水膜的形成（莲花效应）。在入射太阳辐射作用下，光催化涂层能分解有机残留物。在这个过程中，发生化学反应形成有催化作用的基团，因而破坏了生物结构。

光效涂层

抗反射涂层能减少玻璃表面的反射。有两种方法可以达到该效果。一种是将几层薄涂层涂到玻璃上，涂层通过干涉来抵消反射辐射。这种涂层只允许特定波长的光线通过。另一种方法是在合成材料的表面压印一种微结构，以此来降低玻璃的折射率。与第一种方法相比，这种微观的表面在入射角很小时作用尤其

突出，并且不影响通过玻璃入射的太阳能总量。二向色涂层能分解玻璃表面的入射光，由于干涉效应，玻璃板闪烁出各种色彩。

层压玻璃

将浮法玻璃、钢化安全玻璃或者热处理玻璃钻结在一起，为玻璃的使用开辟了更广阔的空间。它们可用于：

·增加安全性能 ·增加隔声性能 ·增加防火性能 ·进行视觉设计 层压安全玻璃

层压安全玻璃是通过聚乙烯醇缩丁醛（PVB）膜把六块玻璃板粘在一起而形成的。一旦出现断裂，这种透明的膜就会把玻璃碎片钻合在一起，并保证一定的残余承载力。层压安全玻璃的应用范围很广，可以用于承重（图B 8.7），也可以用于防弹，这要取决于玻璃的厚度。

耐火玻璃

使用水凝胶代替尸VB膜作为中间膜层就制成了层压耐火玻璃。温度的升高导致凝胶体起泡，这使得玻璃变得不透明，因此可以吸收更多的热辐射。

DIN 4102标准将其分为G型玻璃和F型玻璃，G型玻璃能减少50%的热辐射，厂型玻璃背火面温升低于140 Ko中间夹层膜片

使用印有图案的聚乙烯（PE）等膜片来代替层压安全玻璃所要求的PVB，这令建筑师们在设计时有了更多的选择。高质量的图案印刷技术可以产生各种颜色、各种透明度（从透明到不透明）的膜片。这项技术仅受到膜片宽度的

限制。浇注树脂可以代替夹层膜片来豁合玻璃板。

我们也可以使用激光成像来创造全息光学效果。像许多光学仪器（例如镜头）一样，全息光学元件可以使特定的入射光转向、折射或者被遮蔽。

中空玻璃

中空玻璃至少由两块玻璃板组成，中间为充气隔绝层，边缘由气密性材料密封，防止气体外泄。这种复合玻璃能提高隔热和隔声性能。以上提到的各种玻璃都可以组合在一起形成中空玻璃构件。如果在玻璃板之间的空腔内再增加一些玻璃板，或者增加隔离膜，将进一步增加这种玻璃的隔绝性能。

两块玻璃板之间的空腔宽度通常为8一20mm。气密性边缘密封胶要根据填充气体的要求进行设计。胶合金属密封胶通常是由双层密封圈、金属间隔条和整体干燥剂组成。

隔热

与单层玻璃窗相比，中空玻璃窗具有更好的绝热系数。从物理学的角度讲，复合玻璃中的热量传递包含三个不同的过程：

·对流，即通过空腔内的气流运动进行热量传递 ·传导，即通过辐射进行热量传递

·通过玻璃、复合玻璃和空腔的导热性进行热量传递 充气

在空腔中填充惰性气体，比如氩气、氙气或者氪气，可以提高玻璃的隔热性能；与空气相比，惰性气体的U值较低。这些质量大的气体能减少空腔内的对流和传导。虽然氙气和氪气表现出更好的热性能，但氩气却因其易获得且制造过程简单，而被广泛应用。

真空

将空腔抽成真空可以更好地阻止热量传导。这要求空腔内的真实压力达到约10-3bar。真空隔绝的效果不取决玻璃之间的间距（通长都小于1mm）。但真空容易引起玻璃向内偏斜，因此需要使用间隔条以防止他们接触，导致隔绝失效。

涂层

银和钛制成的金属涂层能影响玻璃的放射和吸收性能。金属涂层的目的是反射大部分的红外辐射，这些红外辐射是由建筑外的重发辐射产生的。这样的涂层减少了辐射率，原则上适用于控制日光和隔热。光谱辐射率代表物体中的热量传递方式以热辐射形式进行的部分，浮法玻璃的辐射率是0.89。这种涂层的应用有三种方式。在线法是指在玻璃的生产过程中，在玻璃灼热的表面涂一层金属氧化物。脱线法（包括溅射镀膜）是指对抛光的玻璃板进行涂层处理。用这种方法制造的玻璃涂层不如在线法制造的涂层耐用，因此应直接与中空玻璃相结合。物理气相沉积法（pvd）是使涂层材料在玻璃上凝聚。银涂层吸热玻璃是低辐射玻璃，它代表了目前最先进的技术。现在，用这种方法制造的玻璃可以没有任何颜色。低辐射涂层可以将玻璃板的U值从3.0W/㎡k降到1.6W/㎡k。涂层的位置能影响中空玻璃的隔热效果（图B 8.8），因此必须在玻璃窗上做出适当标记，以确保他们的正确安装。

吸热中空玻璃

这是一种至少带有一层涂层的中空玻璃元件。吸热双层玻璃元件的标准U值为1.0~1.1W/㎡k。填充惰性气体并带有两层低辐射涂层的三层玻璃元件的U值可低至0.4W/㎡k。

九、建筑装饰涂料

涂料是指敷涂于材料表面与之很好粘结并形成保护膜的材料，具有色彩丰富，质感逼真，施工效率高等特点。

目前涂料是建筑装饰保护中最简便，最经济的方法。

涂料按组成成分和使用功能的不同，可分为油漆涂料和建筑涂料两类；按化学成分分为无机涂料和有机涂料，其中有机涂料分为水溶性涂料、溶剂性涂料和乳胶漆三类。

十、装饰金属

金属（希腊语为me to 77on=min e）是指那些原子与自由电子结合形成晶体结构的化学元素。这一特殊的金属键揭示了所有的金属物理特性，比如高密度、高强度、高熔点及良好的导电胜和导热性。金属可以被铸造成型，外表通常具有光泽，某些金属还具有磁性。金属的高导热性使它们摸起来很凉，但吸收太阳能辐射后又能使温度大幅度提高。

金属还有一个特性就是它在高荷载作用下发生塑性变形（即所谓的“屈服”）。因此，金属应用于建筑时，设计者控制的不是最大载荷，而是0.2％塑性变形所对应的屈服点应力。

存储与生产

尽管地球上绝大多数化学元素都是金属，但它们在地壳中的含量不足15%。只有像金、银、铂金一类的贵重金属是以纯金属形态存在于自然界的。对建筑业意义重大的金属（如铁、铝、铜）源于矿石（硫化物和碳酸盐），但这些矿石要

经过各种预备过程，先转换成氧化物，然后送入高炉熔炼（还原）。

金属的分类

我们把金属分为重金属（大于4500 kg/m3）和轻金属（小于4500 kg/m3）。还可以按黑色金属和有色金属来划分。这种划分方法显示了铁与铁合金在与其他金属比较时的重要性。金属可以是纯的（包含一种化学元素的原子），也可以是混合两种或两种以上元素的（合金），也就是一种金属混合了其他物质（金属或非金属物质，如硅、磷）。即使混合的物质占有很小的比例也会改变合金的性质。这一特点决定了金属可适用于不同用途。

材料的寿命

金属可以回收再加工，而不会损害后续产品的质量。可以说回收利用是金属的一大优势，因为熔化金属耗费的能源很少。金属废料的再利用率是90%，而钢则是100%。

耐火性与防火

金属不易燃，但是在高温状态下强度会降低。弹性模量和屈服点下降，导致金属发生变形。钢材最大的耐热温度大约为500℃一600℃，取决于横截面大小。为了避免构件在大火中失效殃及建筑中的居住者，必须对钢结构实施保护措施，要么用防火材料或涂层将其密封，要么在空心构件中填充某种物质，还可以安装灭火系统。

腐蚀性

腐蚀是物质发生化学或电化学反应所引起的。金属在高湿度条件下或通过接触湿气或潮湿物质会被氧化。两种活性不同的金属在电解质中，比如在水中接触，电化学腐蚀就发生了。在这种情况下，活性较大的金属将受到腐蚀，这一事实提

示人们，在使用有色金属时，应该考虑电化学序列。这一序列从活性金属镁和铝到惰性金属银和金。简单来说，这一序列金属活性顺序为：镁一铝一锌一铬一铁一镍一锡一铅一铜－银一金（Mg-Al -Zn-Cr-Fe-Ni-Sn-Pb-Cu-Ag-Au）。比如，为了防止腐蚀，铜管应该放在铁管或锌管下游，反过来则不行。由于金属在工作或制作中能改变特性，钢材尤其如此，因此在钢构件内部即可发生电、化学反应，如在弯曲点、焊接点或是在合金组成物中。

防腐措施

防腐蚀主要有两种基本方法：主动防腐和被动防腐。主动防腐方法是指那些令腐蚀没有机会立足的结构形式。有目标地”·牺牲”带有电导体装置的活性金属能够积极防腐。被动防腐方法是指使用各种形式的金属或非金属镀层，比如油漆、粉末和塑料涂层、珐琅、电镀和喷镀锌。这种涂层或覆盖层在安装时不能出现破损（比如通过螺栓连接）。在湿度较高的地区，防腐措施能够延长内部组件或外部组件的使用寿命。

天然保护层

铜、铝、铅、锌及若干钢合金（不锈钢和耐候钢）能在各自表面形成保护层，使其避免被进一步腐蚀。

金属的合成与加工

我们把金属的加工方式分为冷加工、热加工和机械加工。在冷加工过程中，金属显微组织和集合形状发生了变化。在热加工过程中，不是温度的绝对值（900℃~1300℃，铅是20℃）而是可能的晶格的重新排列起了主导作用。这一过程也可以在钢的淬火和回火处理中发生。因此，根据材料，在冷加工和热加工中可以使用轧制、冲压和锻造方法。

锻造

锻造可以手工完成，也可以使用有锤子和铁砧或冲压模（锻模）所组成的机器完成。锻造既可以是一个冷加工的过程，也可以是一个热加工的过程。金属可以被锻造成任何形状。 铸造

铸造可以把材料铸成任何形状。但是铸钢的深加工只能使用机械方法。锡和青铜非常适合精密铸造的生产。 轧制

这种方法是在轧钢机内，使用较高的接触压力，通过一系列不同尺寸的轧辊，经过多次操作将工件（如轧钢部件）做成想要的形状。 挤压

在这种方法中，金属被压入模具中形成我们想要的最终形状。这个过程特别适用于有色金属，例如铝合金门窗的制造。挤压法可以用于冷、热加工过程。 拉拔

金属线、杆和钢筋就是用拉拔的方法制造的，通常适用于冷加工过程。 扭转

部件、杆和用做电缆的金属线是把自身扭转。例如，扭转的钢筋扩大了表面积，提高了钢铁和混凝土的黏结度。 机械加工

建筑工业中，各式各样的金属制品都需要机械加工，磨、钻、锉、锯和车就是所谓的材料切削加工方法。使用这些方法可以在固体金属上切丝、钻孔，或者制成门或窗户用的铰链，在此仅列举这几个例子。弯曲和模压是冷加工过程

（如生产金属薄板）。将金属薄板折叠可以为屋顶表面制造出防水的连接。 金属的连接技术

大量的方法被运用到连接金属上，我们将其分为两类，一类是可卸连接，比如用螺丝钉、螺栓、钉子、铆钉和销进行连接，还有一类是不可卸连接，像焊接、钎焊、铜焊，以及胶钻剂砧结。焊接方法是将工件在接触点熔化，并在连接处形成材料钻合剂。而在钎焊中，是使用熔化的金属或具有低熔点的合金把 其他两种金属工件连接在一起的。 成品、半成品

和建筑相关的金属制品数量巨大，因此我们只能在此处列举几组：铸件、冷拉钢丝、杆、钢筋、钢丝网、管、钢部件、冷加工部件、挤压部件、环、圈、圆盘、螺栓、螺丝钉、精密零件和很多其他形式的金属薄板。 黑色金属

铁和铁合金，特别是钢材，适合于各种技术应用，它们的需求量非常巨大，以至于如今金属制造工厂影响了许多欧洲城市。

铁

铁是世界上使用最广泛的金属材料，铁矿石数量大约占自然界可用化学元素的5%,排在第四位，仅次于氧、硅和铝。生铁含有4％的碳而且易碎。纯铁很少被使用，这是因为它强度低而且被氧化（腐蚀）的速度太快。但是铁的性能可以通过降低含碳量来提高，因此铁可以主要被深加工成钢和其他的铁合金。 生产与回收

铁矿石在高炉中与石灰石混合，并在1500℃的温度下还原成铁。这一过程也会从铁矿石的非金属成分中产生矿渣和气体。铁中含有的一部分碳被熔化，

使熔点降低。结果是生铁中含有碳。铁比矿渣更重，并下沉到高炉的底部，然后从那里不断地被排出。期间不断地加入金属废料有两个好处：一，它能提高生 铁的质量；二，回收利用所需的初级能源只占生产新产品所需初级能源的20％一40%。 铸造材料

铁合金中含碳量大于2%的被称为铸铁，含碳量小于2%的叫铸钢。铸铁的特性和名称是由材料中碳的形式决定的。我们把铸铁分为片状石墨铸铁（灰口铸铁，GJL）、球状石墨铸铁（球墨铸铁，GJS）和可锻铸铁（GJM）三类。后者的颜色在有氧的环境中显得稍浅一点（白口铸铁）。在砂型铸造中，碳仍留在材料里，使材料呈较深的颜色（灰口铸铁，L）。此外还有铸铁合金。铸铁材料很脆，不能使用锻造方法使其成型，只有某几种类型才能使用机械加工方法。铸铁的熔点比钢要低。球墨铸铁可以在有限的范围内焊接，而且抗腐蚀。无需进一步成的铸钢被简单地称为铸钢（GS）。铸钢合金可被焊接成钢结构，并可用于复杂几何形状的连接。

应用

在建筑中，铸铁适用于排水管、暖气管和浴用管道等。由可锻铸铁制造的检查孔盖和消防龙头也很常见。配件、小五金、钥匙（即五金铁件）都是由白口铸铁制成的。由球墨铸铁制造的构件可用来制造连接铁条、拉杆和支架等。

钢

钢是一种铁合金，含碳量小于2%。含碳量低的钢有更高的熔点，但是更易锻造加工并且更坚韧。它的弹性模量与可焊性是其被广泛应用于建筑中的决定性因素。结构钢包含大约0.2%的碳。其他化学元素的含量----即使是微量----也能

相当大地影响钢的性质，如抗腐蚀性。目前各种标准涉及的钢已经有2000多种，而且各种新类型的钢正被不断加入其中。

合金钢

含有其他成分的合金钢必须与钢明确区分开，因为他们在性能上表现出较大的差异。高效的合金钢正在逐渐发展中，并且这种高强度的合金已经被使用，例如应用在自动化和机械工程中。

不锈钢

防腐蚀的钢通常被称为不锈钢。不锈钢是含铬12%以上，具有耐腐蚀性能的铁基合金。

不锈钢可以分为不锈耐酸钢和不锈钢两种，能抵抗大气腐蚀的钢称不锈钢。不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，耐用和几乎无需要维护表面等特性。不锈钢作为建筑材料，既可用于室内，也可用于室外，既可作非承重的纯粹装饰、装修制品，也可作承重构建，如工业建筑的屋顶、侧墙、幕墙等。为了满足建筑师们美学的要求，已开发出了多种不同的商用表面加工。例如，表面可以是高反射的或者无光泽的；可以是光面的、抛光的或压花的；可以是着色的、彩色的、电镀的或者在不锈钢表面蚀刻有图案，以满足设计人员对外观的各种要求。

耐候钢

钢与铜、铬、镍和磷的合金暴露于空气中就会逐渐形成一层额外的永久性保护锈层。对于承重构件而言，即使是最薄的锈层都要考虑在内。但是，在水中或其他不利的气候条件下，锈层无法起到永久性的保护作用。

有色金属 铝

铝的质量轻，只有铁和钢的三分之一重，它的这一特性被广泛应用到建筑中。 铝材可以被碾压、锯开和钻孔，它们质量轻，易成型，易操作，可以抛光。成型是通过轧制、拉伸变形、冲压、冷拉、锻造和顶锻进行的。铝比钢的韧性高，所以生产挤压部件仅需要非常少的能源。铝只能在无氧条件下焊接，因为在焊接过程中必须避免氧化层的形成。

在建筑领域使用的铝合金通常被简称为铝。这些合金包含大约2%一5%的硅、镁、铜、锰等元素。铝暴露于空气后，立即被腐蚀，但能形成一层永久的保护层，因而耐久性良好。在建筑工地，铝必须被覆层保护起来，或采用相似的方法防止混凝土、石灰、水泥砂浆的侵蚀，因为这些材料中的碱性成分能损害铝的表面。

通过阳极氧化处理可以大大增强铝表面的氧化层。根据在电解槽中浸泡时间的长短，可能出现浅灰、棕灰、青铜色和深棕色等颜色。在铝质结构和铝质立面覆层的连接处和接合处，要考虑到铝的热膨胀系数是钢的两倍。

应用

用于支撑框架、窗户和立柱横梁立面的挤压铝部件是铝在建筑领域最重要的应用形式。而且，大量的挤压铝部件形状几乎可以随心所欲变化，而无需多少工作量。铝的进一步应用还包括用于建筑立面和屋顶的平铝板和异型铝板、穿孔铝板（吸声天花板）、灯体、铸铝制成的小五金等等。此外，铝箔在防水方面的应用也很广泛。

泡沫铝

由铝制成的金属泡沫表现出较低的导热性和良好的隔音性能。它具有很高的抗压强度，而且质量轻，易于处理加工。泡沫铝已在汽车制造领域得到了应用。原则上，其他金属泡沫也是可以制造出来的。

铅

铅是继铝之后在地壳中分布最广的元素之一。它是有色金属，由于密度大，因而被归为重金属一类。

特性

铅的抗拉强度很低，并且温度的改变会引起明显的长度变化。此外，它能够吸收声波、X射线和放射性辐射。铅会被强酸、新砂浆及混凝土所侵蚀，但极具抗腐蚀性，暴露空气后，会形成永久性的氧化层，继而同二氧化碳反应，形成碳酸盐。该氧化层为浅灰色且难溶于水。由于铅非常柔软，因此容易轧制，容易通过锻造、模压成型，也可以焊接或钎焊。铅呈暗灰色。

生产与回收

硫化铅浓缩物是通过几轮所谓的浮选法处理获得的。为了使金属化合物从其他成分中分离出来，要使细磨的矿石充分起泡并气化。随后熔炼干燥的浓缩物，可以加入高比例的辅助原料，例如废铅。这个过程需要大量的能源，并会产生许多有毒粉末灰尘，因此需要用废渣填埋法进行处理。铅的回收比例超过了50％，这可以节省生产所需能源的40%。

应用

薄铅板适用于屋面覆盖层和立面。由于它的抗侵蚀能力强，同样可作为防护套（如电缆防护套）来使用。

铅适合用做核医学的防辐射材料，也可以用做防锈材料（红铅油）。铅是有毒的，应该尽量避免，因为它会在食物链中浓缩。

锌与钛锌合金

工业锌产品出现于1850年左右。锌合金（比如由99.995%的锌加上0.003%的钛制成的钛锌合金）比相对脆弱的锌本身强度更高。钛22锌合金可焊接或钎焊，且比锌的热膨胀系数低。由于这个原因，建筑业几乎只使用钦锌合金。锌能抵御气候的影响，与铅类似，遇到空气时形成一层保护层，因而经常用于保护其他金属，例如钢、铜等。

生产与回收

锌矿石（闪锌矿、菱锌矿和氧化锌）与铅类似，用泡沫浮选法对其进行预备处理。为了提炼锌，既可以使用所谓的干处理法（即在副产品炼焦炉中用煤还原氧化锌），也可用湿处理法（用电解方法还原氧化锌）。在采矿场直接对矿石进行预备处理是节省能源的一种尝试。世界上大约30%的锌产品都是通过辅助材料（废料）获得的。

应用

钛锌合金板也适合用于立面、屋顶排水沟及管道。锌可以被十分精确地铸造，制成精密的模件。许多锌合金都在建筑业应用，例如制作小五金的压铸锌、黄铜、镍银铜合金及钎焊的焊料。

锌的一个重要应用是用于防止钢构件腐蚀。锌抗腐蚀能力强，是由于它能形成永久性的保护层。有很多方法可以把保护层应用到钢构件外部：热浸镀锌法、电镀锌法、喷镀锌法等。锌保护层的耐久性取决于周围空气中CO2的含量。

铜

铜具有闪亮的红颜色，而且十分耐磨。它易于操作，容易成型，易于焊接与钎焊，但是难以铸造。铜具有良好的导电胜和导热性。柔软的纯铜难以发挥作用，但是铜合金的形式可以大大提高它的强度。

铜绿

铜能够抵御石膏、石灰和水泥的侵蚀，在与空气接触后形成一层密实的绿色铜盐。在正常都市环境下，铜绿的形成需要八年。形成过程中颜色从红棕、深棕、灰色到标准的绿色。这一过程可以在安装之前用化学方法实现(预生铜绿)。

结晶铜绿是铜盐的另一种形式，以醋酸的形式出现，经常被误认为是铜绿。与铜绿相比，结晶铜绿是有毒的，且溶于水。

生产与回收

与铅、锌一样，黄铜矿石和辉铜矿石也是使用泡沫浮选法进行预备处理的，并在转换器中还原。但应用于电机工程的铜，是采用电解方法提取的（电解铜），大约占铜产品的60%。超过50%的铜的生产使用了回收材料，这样可以节约86%的初级能源。

加工与应用

传统的金属加工技术同样适用于铜和铜合金的生产。但是铜材料的导热性高，因此很难被焊接，不过使用私合剂可以很容易地将其钎焊和黏结。

薄铜板适用于建筑立面和屋顶 ，可以用于防水，因为它可以与沥青黏结。铜还可以用来生产管道，如供暖设备，同时也广泛地应用于电机工程。

铜锡合金：青铜

青铜是在1000℃的熔炉中冶炼出来的。其中锡的比例占10%一20%。青铜具有极高的耐久性和耐候性。它比黄铜和铜都坚硬，并具有很强强的抗腐蚀性

和耐磨损性。这就是为什么青铜常被用来做耐用轴承衬套的原因。

青铜表面呈黑色，很容易被打磨成闪亮的金色。这一点很容易从公共场所的青铜雕塑和艺术品上得到验证—崇拜者和过路人经常触摸的部分通常变得闪亮光滑。

青铜常用来生产套管接头、小五金、煤气管接头、水管接头和蒸汽管接头。除此以外，青铜还用来铸造大钟和艺术品。由于它持久耐用，在许多历史建筑中，甚至是著名的当代建筑中，经常被用来制作窗框和大门。

铜锌合金：黄铜等

这种合金包含至少50%的铜。目前，我们将变形铜合金（被称为黄铜）与炮铜、镍银铜合金严格区分开来。变形铜合金含有55%一85%铜和锌。炮铜是铜、锌、锡的合金（每种元素占1%一10%）。镍银铜合金含有50%一60%的铜、10%一25%的镍和锌。

铜合金与纯铜相比，容易成型，易于加工，也可以铸造。

黄铜具有较高的耐腐蚀性，打磨抛光后呈闪亮的金色。但过一段时间，表面就会失去光泽，变得暗淡。

铜合金有多种用途。比如，黄铜可以制作电力终端设备、螺丝钉和螺丝帽、管道配件和小五金。

使用黄铜制成的编织金属网的经典建筑案例就是德累斯顿犹太教堂。 镍银铜合金适用于电机工程的接触表面，也可以制作小五金或管道配件。

十一 膜结构

膜结构是一种建筑与结构完美结合的结构体系。它是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、能易于、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、人口廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。 膜结构建筑形式的分类：

从结构上分可分为：骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构3种形式 1.骨架式膜结构（FrameSupported Structure）

以钢构或是集成材构成的屋顶骨架，在其上方张拉膜材的构造形式,下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯,开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大,小规模的空间。

2.张拉式膜结构（TensionSuspension Structure）

以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。除了可实践具创意，创新且美观的造型外,也是最能展现膜结构精神的构造形式.近年来，大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求]高，结构性能强，且具丰富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。

3.充气式膜结构（Pneumatic Structure）

充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢

索作为辅助材,无需任何梁,柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本上较高。 现今，城市中已越来越多地可以见到膜结构的身影。膜结构已经被应用到各类建筑结构中，在我们的城市中充当着不可或缺的角色。

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