当代建筑外窗的构造建构探析

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当代建筑外窗的构造建构探析

李春生

摘要：窗是建筑的基本构成部分，面对建筑发展趋势和现代人们心理情感及文化的需求，窗的设计也需要与时俱进。本文对建筑外窗构造的设计进行了研究，并提出了当代建筑外窗的整合，为我国建筑外窗设计提供必要的理论与借鉴的依据。

关键词：窗 构造 建构

构造是一种营造材料的组织方式，是一种技能，也是一种艺术，因为当技术完成使命就升华为艺术。不同的材料有着不同的拼接方法，这些方法可以是符合材料特性的，也存在不符合材料特性的。然而，即使是符合材料特性的构造方法也仍然有选择的问题。选择不同的材料会产生完全不同的视觉效果。即使只使用一种材料、假以不同的构造处理方式，也会有很大的差别，构造表现也是建筑师理念表达的一个途径。

在经济条件的制约下，对比材料的选择，构造做法是第二层次的问题；但是随着经济的发展，中国的材料己经基本上能够满足建筑师的要求。相对于材料的种类，构造做法的种类要大得多，而中国的建筑师对此的重视程度从总体上来看是不够的。

构造是建筑师在设计中多进行逻辑思考的一部分，而一个建筑的成功往往与其构造的合理性有着密切的关系，在我国，这种情况尤为凸出，由于我国在构造的研究方面相对比较薄弱，因为，细部与整体的统一以及构造与建筑形态的集合问题，是把在我们面前的重要任务所在。

一、建筑外窗构造的设计选择

当今科技的飞速发展为建筑的表皮构造提供了很多选择。表皮构造最根本的目的就是将表皮材料连接在一期，形成整体，满足功能上的需求。极简和极繁这两个极端的设计倾向均在各自的领域中有着良好的表现，相对于高技术含量的表皮构造设计而言，本文更主要的是关注表皮构造的简单设计问题。强调表皮构造的简单化是从构造层面体现对极简主义的追求，而且倡导表皮构造的简单化是立足于中国的社会生产和普遍的加工水平，根据长期的观察和思考，笔者认为中国不是没有条件做好颇具有表现力的构造，最主要的问题是中国建筑师普遍缺乏组织简单构造的设计意识。许多优秀建筑表皮设计的动人之处是在设计者用及其简单的方式设计构造并组织构造产生的肌理。简单构造产生的美感往往较之高技的细部更感人，更容易让欣赏者深思“我为什么没有想到这点”，而不会以缺乏技术支持而自辩。构造设计的好坏不能用其中的技术含量来进行判断，而应该更多地从设计的意识及其评价效果出发进行评价。选择简单的表皮构造做法并不意味着选择粗糙，相反，往往越是简单的构造对加工的精度要求越高。

1.1一次处理成形的构造选择

生活中有些类似建筑表皮的构造非常简单却又非常实用，譬如在街边上、公园里常见的射击游戏的气球靶上。或许，这种简单的构造方式将成为某一建筑皮的构造很有意义的借鉴。 赫尔佐格和德默隆在瑞士巴塞尔所做的沃尔夫中心信号楼中，通过包裹混凝土核的铜片进行简单的构造处理，使建筑看似高技，以表征铁路监控的建筑性质。设计者将部分铜片做微弯曲的处理6米长、20厘米宽的铜片弯曲后不仅使建筑上为数不多的窗户有机会获得自然光的照射，而且产生奇特的局部退晕的视觉效果。铜皮的弯曲形成类似百叶的叠加，渐开的铜皮仅以很小的三角形构件斜撑在背后的竖向杆件上，通过调整三角形构件的角度来引导铜片的弯曲，产生渐变。简单的构造过滤了光，解决了视线遮挡的问题，使得立面的人可以看外面，而外面的人看不到里边。在立面上，人们所能看到的是一个整洁却富有变化的图案，有深有浅，加上铜本身的色泽，在视觉上有着类似熏烤而成的自然美感，内部隐约可变的窗户成为点缀，整栋建筑宛如巨大的、具有光效应的极少主义雕塑。

1.2利用构建改变秩序的构造选择

在沃博火车站的表皮设计中，建筑师司马奇用一个就简单的构造解决了维护和支撑结构的契合关系。基本的锁扣状构件由两根短棒构成，两端先用小钢片嵌套，再以螺帽固定，并没有复杂的设计成分。基本的维护构件单元为两片不锈钢带，内外贴合在圆形截面的混凝土柱上，在每隔两品柱子，在柱间距处用一个锁扣状构件紧箍内外两片不锈钢带，不锈钢带从短钢棒之间穿出。这样，不锈钢带连续受到柱子向外的压力和锁扣构件向内的压力，再加上端头的连接构件的限位作用，钢带整体被夹固。这个构造除了简捷而且具有一定的表现力以外，其巧妙之处还在于：虽然在长达130米的钢带与混凝土之间没有任何连接构件(端部除外)，但是摩擦力使之产生了类似连接的效果。局部锁扣构件的秩序被简单地调整，表皮就产生了动感。构造的简捷还大大降低了工程造价。

这种构造方式使得玻璃板的四个角点不再同一平面上并形成小角度的错动，错动而产生的摩擦力使得玻璃被固定得更加牢靠，产生鳞片状的效果，也使表皮成为日光调节器。构造的设计使单块玻璃板侧向上内倾，在垂直向上产生类似叠加的效果，非常有利于排水的组织，它增强了表皮防风雨的性能。同时板与板之间有一定的叠加，导致立面上布局透明度的改变，为整体肌理叠加了一层淡淡的竖条纹。简单构造还是玻璃板间的孔隙敞开，侧边缘充分暴露在外。在加上托架被拴接在后面的钢结构上，与混凝土内核有一定的距离，遮阳空气可以流通于玻璃与混凝土墙体之间的夹层空间，使表皮具有遮阳隔热的作用。

1.3利用型材断面形式的构造选择

简单构造辅以型材的选用将会达到出其不意的效果，型材的断面为材料的表现蕴藏了巨大的潜力，型材之间以及型材与其他材料之间的连接构造的简化将会大大增强型材自身的形式表现力，由于其断面的形式特殊，用作表皮材料容易形成强韵律感的表皮肌理。以U型玻璃为例，作为围护结构材料使用的U型玻璃本身往往具有独特的形式感，而且具有一定的刚度以支撑自重和他重，利用它的翼缘进行组合和连接，由于双向固定，将更加稳定，并产生类似墙体般的效果。

1.4暴露与消隐连接构件的构造选择

暴露连接构件是为了表现连接构件的形式及逻辑。即使是复杂形态的表皮连接也往往以简单的方式暴露其构造。这类表皮单元边上的各点通常不再同一平面上，它们在方向上、受力上往往不同，因此必须采用相对灵活的连接构造，以保证节点制作、装配的简单有效。复杂形态的表皮单元之间为了缝合，其连接构造往往由点成线，这些基本的节点可以分解成许多小的简单构件组合。

在思考拉库房设计中，赫尔佐格和德默隆将瑞士劳分山谷伐木场常见的木料堆叠风干的组构方式用于表皮构造上，创造了简单而又适合草药存储的表皮。将400mm长的楔形短木条(约60*30mm)一期钉在布于墙体之上的木龙骨，呈平举状，作为石棉水泥板的支撑。宽26ram的石棉水泥板用螺丝旋钉在端木上，较之短木出挑70mm，利用短木的楔形成倾斜状，以利于排水。在竖向上，用石棉水泥板搭接在三角形的替木上，呈内倾状，而底边为130mm的替木钉于龙骨和短木上，使垂直阵列的石棉水泥板底边平齐。这简生有组织的对比，同时短木的阵列凸显了表皮的细节感，建单的暴露搭接构造的方式在视觉上强化了观影效果，也使木本色与石棉水泥板的灰白色产筑并不因为材料和构造的简单而粗陋。表皮竖直方向上的饰面板分为三大段，每段5层，最上层为整板，下面两层为整板的分割——太者居中，小者居下，构造上的简单调整替木的竖直边长，使得表皮自下而上产生三段渐开的肌理。依靠暴露连接构件形成美感，虽有很好的点缀效果，但叠接弱化了表皮的极简一面，为了使较小的表皮单元组成的整体具有极简的效果，必须对连接构件进行消隐。表皮材料单元的厚度就是可利用之处，这样不论内或者外，都将尽可能地纯粹。

二、当代建筑外窗的整合

构件系统层次越多，相互之间的连接组合就越显重要。表皮的整合通常需要考虑诸多因素。

2.1材料的位序

这是从功能上所提出的要求。多屋表皮的每层系统构件形态都是由相应的榭料形成，表皮的整合涉及到多种材料的组合位序问题，即何种材料在内，何种在外。不同的材料具有各自不同的特性，材料的位序基本上取决于各材料本身的物理性能。

一般来说，保温隔热系统构件及外向的构件材料，必须具有抗腐蚀、抗氧化、挡风等性能，位于其内的构件材料则对这些性能要求较低，更多的是关注它的形态、敏感是否令人舒适等。另外还应遵循热工、隔声、防潮等要求，例如当保温隔热系统山几层材料组成时，应将导热系数小的放在低温一侧，防止内部凝结等等。总之，材料的位序应使材制组合以后，充分利用各自的特性，更好地发挥所担负的功能。

2.2构件的连接

表皮的整合过程需要由构件之间的连接束实现。不同材料之间、每层构架系统之间的连接都需要由一定的构造方式来完成。构件的连接方式也影响着表皮的形态和经济性。对连接方式的研究不断促进着建筑表皮的发展。

在当今建构文化影响下，构件、材料之间的连接方式经常被加以突出表现，丰富了人的空间与视觉体验。根据此种条件，本文对当代建筑外窗中材料中最为广泛的玻璃和钢的直接连接问题进行阐述。

(1)点支式连接 玻璃与钢结构建筑结构体系的点支式连接有很多的优点：第一，由于没有金属框的存在，玻璃墙面具有更好的单纯性和整体性；第二，由于支撑体系与玻璃面完全脱开，相对来说对玻璃造型的防碍程度也较小，更容易形成完整的玻璃造型；第三，在技术上，点支式构造方式基本上可不受限制地制造出太面积和任意倾斜角度的玻璃墙面：第四，支撑的金属索杆断面相对较小，形式也灵活多样，能够产生丰富多变的造型效果。点支式玻璃连接的主要缺点是：第一，点支式连接必须在玻璃上钻孔洞，这为玻璃的加工增加了难度，同时，孔洞处容易产生应力集中现象，成为构造与施工的难点；第二，点支式玻璃幕墙在建筑的防火设计中存在难点，造价也相对较高，因此到目前为止在高层建筑中仍难以普及。

(2)夹片式连接 夹片式连接指的是在钢与玻璃的连接中，用两个金属片或角钢作为连接件，通过从两边夹住玻璃将玻璃固定在钢构架上的连接方法。这是一种简单直接的连接方法，不需要专门设计复杂的连接节点，只需增加一些小的钢片，角锢配件较多的用于玻璃幕墙、玻璃栏板的连接。连接中需要注意的是钢与玻璃两者都是刚性材料，表面硬度大，为了保证钢与玻璃接触面的有效咬合，避免因为点接触产生应力集中现象而引起玻璃破坏，连接中需要在金属片与玻璃的接触面之间设置弹性垫片作为转换。为了保证连接的可靠性，可以在玻璃连接处钻孔，用螺栓加以固定。

(3)无孔点支式连接 无孔点支式连接是在点支式构造和夹片式构造方式基础上发展起来的一种构造方式，它针对点支式连接方式中需要在玻璃四周打孔的缺点进行改造，采用金属夹的方式，用一组钢构件将四片玻璃夹住，达到固定和连接的目的。这种连接方式有许多优点：首先，它避免了在玻璃上打孔的缺点，是一种更为优越的连接方式;其次，它将点支式的四点支撑综合为一点支撑，在建筑造型上更为简洁，起支撑作用的钢索网与玻璃分割在造型上重合，避免了常见的点支式钡索网的繁琐，从而更大限度的实现了玻璃的透明性和整体性。

（4)背栓式点连接早期的点连接方法经历了从补丁式到浮头式、沉头式的历程，但它们的共同点都是用金属穿透玻璃，在玻璃的室外表面均有外露连接件，只是外露的形式和大小不同。背栓式点连接是指通过在玻璃背面打孔，其背栓扩孔的部位在玻璃厚度的约一半处，通过螺栓进行钢构件与玻璃的连接的方式。这种连接方式由于连接螺栓没有穿过玻璃，所以不会发生浮头或沉头式所常出现的渗漏现象，同时也消除了钢螺栓连接点的冷桥现象。

参考文献：

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