建筑中的铜

铜在建筑,建筑和室内设计等相关领域赢得尊敬。 从大教堂到城堡,从家到办公室,铜被用于各种建筑元素,包括屋顶,防水板,排水沟,落水管,圆顶,尖顶,拱顶,墙面和建筑物伸缩缝。

建筑中铜的历史可以与其耐久性,耐腐蚀性,有名望的外观以及形成复杂形状的能力相关联。 几个世纪以来,工匠和设计师利用这些属性来建造美观和持久的建筑系统。

在过去的四分之一世纪,铜被设计成更广泛的建筑物,包括新的样式,各种颜色以及不同的形状和纹理。 铜包覆墙在室内和室外环境中都是现代设计元素。

一些世界上最杰出的现代建筑师都依赖铜。 例子包括Frank Lloyd Wright,他在他的所有建筑项目中都指定了铜材料; 迈克尔格雷夫斯,AIA金牌得主,设计了全球350多座建筑; Renzo Piano为阿姆斯特丹NEMO-Metropolis科学博物馆设计了预成型包覆铜; 马尔科姆·霍尔兹曼在WCCO电视通讯中心的铜质电池瓦片使得该设施在明尼奥波利斯的建筑中脱颖而出; MarianneDahlbäck和GöranMånsson,他们设计了斯德哥尔摩天际线的一个突出特点 – 瓦萨博物馆,拥有12,000平方米的铜覆层。 建筑师Frank O. Gehry在巴塞罗那的Vila Olimpica上面巨大的铜鱼雕塑是铜艺术用途的一个例子。

铜的最着名的特点是从明亮的金属色到虹彩棕色到近黑色,最后是绿色的铜绿。 建筑师将棕色的一系列棕色,巧克力,李子,桃花心木和黑檀木描述为褐色。 这种金属独特的绿色古色早已被建筑师和设计师所co。。

本文介绍了铜在建筑中的实用和美学优势,以及它在室外应用,室内设计元素和绿色建筑中的应用。

历史
几千年来,铜在建筑中发挥了重要作用。 例如,在古埃及,卡纳克的阿门雷神殿的大门上镶有铜。 公元前3世纪,铜屋顶瓦被安装在斯里兰卡的洛阿玛哈帕亚寺上。 公元前27年,罗马人使用铜作为万神殿的屋顶覆盖物

数世纪以后,铜及其合金在中世纪建筑中不可或缺。 伯利恒的圣诞教堂(6世纪)的门上覆盖着青铜板,用图案切割而成。 8和9世纪君士坦丁堡的圣索菲亚大教堂是用青铜制成的。 德国亚琛大教堂的青铜门可追溯到公元800年左右佛罗伦萨大教堂的青铜洗礼门于公元1423年由吉贝尔蒂完成。

希尔德斯海姆大教堂的铜屋顶于公元1280年安装,至今仍存活。 Kronborg的屋顶是欧洲北部最重要的文艺复兴时期的城堡之一,于1585年在莎士比亚的Hamlet中被永久化为Elsinore城堡。塔楼上的铜于2009年重新装修。

多年来,铜主要用于公共机构,如教堂,政府大楼和大学。 铜屋顶往往是这些结构中最具建筑特色的特征之一。

今天,建筑用铜被用于屋顶系统,防水板和内冠,雨水沟和落水管,建筑伸缩缝,墙面,圆顶,尖顶,拱顶以及其他各种设计元素。 同时,金属已经从天气屏障和外部设计元素发展到室内建筑环境,在那里它正在改变商业和住宅室内装饰的方式。

在21世纪,铜的使用在室内环境中不断演变。 其最近证实的抗菌特性减少了扶手,床栏杆,浴室固定装置,台面等产品上的致病细菌负荷。这些抗菌铜基产品现在正被纳入公共设施(医院,疗养院,公共交通设施)例如在居民楼中,因为公共健康的好处。 (主要文章请参阅:抗菌铜合金触摸表面。)

应用
工匠和设计师利用铜的固有优势建立美观和持久的建筑系统。 从大教堂到城堡,从家到办公室,铜用于许多产品:低坡和斜屋顶,拱腹,筋膜,闪光,排水沟,落水管,建筑物伸缩缝,圆顶,尖顶和拱顶。 铜也用于在外部和内部环境中包覆墙壁和其他表面。

屋顶
铜作为屋面材料具有独特的特性和耐用性。 其外观可以补充任何建筑风格,从传统到现代。 它的温暖和美丽使它成为许多建筑师理想的材料。 铜还满足建筑师和建筑业主对终生成本,制造容易性,低维护性和环境友好性的要求。

铜屋顶的安装是一种需要经验丰富的安装人员的工艺。 其延展性和延展性使其成为不规则屋顶结构上的相容材料。 很容易在没有填隙物或垫片的情况下锤击或工作在水密设计中。 圆顶和其他弯曲的屋顶形状很容易用铜处理。

如果设计和安装得当,铜屋顶提供了一种经济的,长期的屋顶解决方案。 从18世纪开始的欧洲铜屋顶试验表明,理论上铜屋顶可以持续一千年。

铜屋顶系统的另一个优点是它们相对容易修理。 对于小坑或裂缝,受影响的区域可以清洁并填充焊料。 对于较大的区域,可以将贴片切割并焊接到位。 对于主要地区,受影响的铜可以被切割出来并用扁平的锁定焊缝进行替换。

铜屋顶的设计可以达到或超过节能方面的其他材料。 橡树岭国家实验室(美国)的通风铜屋顶组件大大减少了与石板涂层钢瓦(SR246E90)或沥青瓦(SR093E89)相比的热量增益,从而降低了能源成本。

铜屋顶的类型包括:

立式接缝屋顶由预制或现场形成的平底锅组成。 平底锅与屋顶的斜坡平行,并通过双锁定的接缝连接到相邻的平底锅。 锁在这些接缝中的铜楔子将屋顶固定在甲板上。

板条接缝屋顶包括平行于屋顶斜坡的铜制平底锅,由木板条分开。 板条覆盖着铜盖,松动地锁定在相邻的平底锅中,以帮助确保屋顶的安全。 连接到条板上的防滑钉固定屋顶平底锅。 需要横向接缝来连接预制平底锅的末端。

水平接缝屋顶也被称为百慕大风格,由长方形水平穿过屋顶的铜制平底锅组成,连接到卧式木头钉。 在每个钉枪上使用一个步骤以允许相邻的平底锅有效地锁定。 台阶的高度和间距可以使外观不同。

人字形屋顶的常见设计基于辅助板条所连接的板条缝结构。 通过适当的设计,装饰板条可以具有几乎任何形状或尺寸,并且可以朝任何方向运行。

平面锁定和焊接接缝屋面系统通常用于平坦或低矮的屋顶。 它们也用于弯曲的表面,如圆顶和桶形拱顶。

对于高坡度应用,平缝无焊铜屋顶是一种类似小屋的选择。

Mansard屋顶用于垂直或几乎垂直的表面。 大多数情况下,这些屋顶基于直立接缝或板条缝施工。

长盘系统(平底锅和长度大于10英尺的接缝)适应长跨度铜片的累积膨胀应力。 由于屋顶板的长度与接缝长度,夹板设计和间距以及铜板的物理膨胀特性有关,所以这些安装可能会变得复杂。 这种膨胀必须通过在一端固定锅(其在松散端积聚膨胀)或通过固定锅的中心(其在两个自由端累积一半膨胀)来适应。 除了面板之外,铜屋顶瓦还可以增加屋顶系统的独特性。 它们可以用于任何屋顶形状和所有类型的气候。

闪烁
虽然大多数现代建筑材料都很耐潮湿渗透,但砌体单元,面板和建筑特征之间的许多接缝却不是。 由于沉降,膨胀和收缩引起的自然运动的影响可能最终导致泄漏。

由于铜具有可塑性,强度,可焊性,可加工性,对砂浆和恶劣环境的腐蚀性影响具有高度抵抗力,并且使用寿命长,因此铜是闪光材料的理想材料。 这可以使屋顶没有薄弱点。 由于闪光灯如果失效时更换昂贵,铜的寿命长是一项重大的成本优势。

对于大多数闪光应用,建议使用冷轧1/8“硬金属铜,这种材料比膨胀和收缩的应力提供了比软铜更高的阻力,软铜可以用于需要极端成型的场合,例如复杂的屋顶形状。闪光的热运动被阻止或仅在预定位置被允许。

安装不正确的闪光灯可能会导致线路腐蚀并缩短谷底闪烁的使用寿命,特别是在酸性环境中。 风险最为普遍的是瓦片边缘位于铜闪烁处的瓦片的前缘。

贯穿墙壁的闪光会在进入墙壁之前将水分转移至墙壁,造成损坏。 反冲击将水转移到基地闪烁,这又将其转移到其他材料。

存在各种类型的铜闪光和内冠。 图解说明可用。

排水沟和落水管
漏水和落水管会对建筑物的内部和外部造成严重损害。 铜是排水沟和落水管的理想选择,因为它可以形成强有力的防漏接头。 预计用铜制造的排水沟和落水管将比其他金属材料和塑料更胜一筹。 即使在易腐蚀的海岸环境或酸雨或烟雾的地区,铜排水沟和落水管也可以提供50年以上的服务。

倒灌可以是平坦的或波纹状的,圆形或长方形。 通常使用十六盎司或二十盎司的冷轧铜。 装饰设计也是可用的。

红铜排水槽由黄铜或铜制支架或衣架或黄铜带支撑。 铜水槽衬里通常建在木框架支撑结构中。 用于通过护墙或砾石停止平台和建筑屋顶的排水口,以排出多余的水。 它们可以与排水沟和落水管结合使用,将水流转移到所需位置。 铜屋顶的油池通常用于排放小屋顶区域,如檐篷。 不推荐屋顶排水沟排水系统。

铜的缺点之一是其倾向于染色浅色建筑材料,如大理石或石灰石。 绿色染色在浅色表面上特别明显。 铅涂层铜可能导致黑色或灰色的污点,可能与较轻的建筑材料良好混合。 通过收集排水沟中的径流并通过落水管将其从建筑物中引出,或通过设计滴水边缘以减少与下面的材料接触的含铜水分的量,可以减少污染。 用透明硅酮密封剂涂覆多孔材料的相邻表面也减少了污染。 由于水在铜上的停留时间短,在快速流失区域可能不会发生染色。

圆顶,尖顶和拱顶
铜制圆顶由直立接缝铜面板制成,并在顶部安装铜制菠萝。 铜尖端是从未涂布的铜手工制作的,菠萝叶是铜制的。

有许多类型的铜穹顶,尖顶和拱顶,都具有简单的几何形状或复杂的曲面和多面设计。 例子包括具有对角平缝系统的圆顶,带有直立接缝系统的圆顶,带有平缝系统的圆顶,锥形尖顶,八角形尖顶上的平缝屋顶,站立式接缝桶拱顶和平缝接缝桶。 可提供有关球罩面板布局步骤和铜结构规格的信息。

墙面
铜包覆在现代建筑中变得流行。 该技术使建筑师能够将视觉上理想的特征融入其设计中,例如压花或成形金属包层。

覆层使结构的制造重量比固体铜小得多。 四毫米厚的复合材料重量为每平方英尺2.08磅,仅为相同厚度的固体铜的35%。

铜覆层用于建筑物外部和室内环境。 在建筑外墙上,铜覆板,木瓦和预制板将建筑物与建筑物隔开,成为防风,防尘和防水的第一道防线。 该包层重量轻,耐用,耐腐蚀,这对大型建筑物尤为重要。 常见的室内应用包括大厅墙壁,拱腹,立柱饰面以及电梯轿厢的内墙。

铜包层可以切割,布线,锯切,填充,钻孔,旋拧,焊接和弯曲以形成复杂的形状。 各种饰面和颜色可供选择。

扁平的,圆形的和异常形状的墙壁可以覆盖铜覆层。 大多数是由片材形成的。 他们也可以预先制造。 此外,还可提供绝缘板,非绝缘蜂窝板,铜屏面板和结构墙面等工程系统。 水平铜壁板提供了一个相对平坦的外观和精细的水平线。 斜面铜面板具有深重影效果。 平面壁板具有最小的阴影。 结构板被设计成直接连接到墙结构而不使用连续基板。 对角平面锁定面板用于曲面,如圆顶,尖顶和拱顶。 水平平板锁定板与垂直表面上应用的平缝屋顶基本相同。 铜制屏幕面板是一种轻量级的完成屏幕,可以穿孔或具有成形的开口以用作太阳或装饰屏幕。 铜合金幕墙是一种非结构性外部建筑物覆盖物,可以防止天气。 复合铜包层是通过在刚性热塑性片材的两面粘贴铜箔而制成的。

位于格拉斯哥的前英国海外飞机公司总部大楼用铜包裹。

伦敦佩卡姆图书馆荣获2000年斯特林建筑创新奖,2001年铜奖表彰奖以及2002年公民信任优秀公共建筑信任奖。
几种不同的铜立面覆盖系统可供选择:

接缝技术。 这是用于铜屋顶和立面设计的垂直或水平古典包层结构。 可提供片状和条状,包层用夹子固定。 由于水密性可能不是垂直表面上的问题,因此角度接缝通常就足够了。 通常不需要双锁定接缝。 德国匈牙利德布勒森大学铜质门户网站的水平和垂直站立以及平锁接缝照片的链接以及意大利米兰米兰皇冠假日酒店的预氧化铜包缝接外墙可供选择。

系统带状疱疹。 瓦片是预先制造的用于屋顶,墙壁和独立建筑构件的矩形或方形平瓦。 它们沿着所有四个边界具有1800个折叠 – 朝向外侧的两个折叠和朝向内侧的两个折叠。 在安装过程中,瓦片是互锁的。 紧固件用不锈钢或铜夹子固定在木板或梯形板上。 机器开槽和折叠确保了瓦片具有统一的尺寸。 在外部和内部环境中可以链接到铜瓦的pictoral示例。

面板。 面板是预成型铜片,长度可达4-5米,标准宽度可达500毫米。 它们是可以带或不带底座的双面覆层元件。 装配使用榫槽原理或重叠进行。 面板可以垂直,水平或对角组装。 有三种基本形式:垂直放置的水平表面立面饰板; 水平铺设的榫槽板作为水平表面立面; 并定制面板在不同的方向放置可见或蒙面紧固,与表面齐平或重叠。 链接到金色和patined绿色面板的代表性照片可用。

系统盒。 这是一个刚性矩形通风墙系统,由弯曲或平坦的金属面板组成,并固定在支撑结构上。 所有四个边界在工厂预先折叠。 每边的折边允许大的金属板部件即使在包层表面也能平放。 固定通常通过铆接,拧紧或使用尖角支架或螺栓挂钩将卡匣直接固定到基板上。 系统盒预先分布以满足特定的体系结构要求。 链接到代表性的照片盒式包装可用。

剖面图。 由于它们的规则,不受影响的轮廓,异形板非常适合覆盖大的包覆表面而无接缝。 它有多种形状可供选择,非常适合新建平屋顶,立面和斜屋顶以及装修工程。 可用的轮廓包括:正弦波波纹轮廓; 具有各种几何形状的梯形轮廓; 和具有特殊几何形状和边缘的自定义配置 它们可以预先制造并用浮雕图案或其他设计指定。

特殊形状。 特殊形状的立面可用来传达所需的视觉效果。 有多种形状(圆形,方形,长方形等)和排列(矩形,对角线,平行宽度,交错等)可供选择。 它们可以被设计为创建微妙的模式,“超级图形”和文本。 网格和纺织品结构也可用。 有特殊形状的建筑物照片链接。

建造伸缩缝
设计由于温度,负荷和沉降而引起的建筑构件的移动是建筑细节的重要组成部分。 建筑伸缩缝为外部提供了障碍,并覆盖了组件之间的空间。 铜是一种用于伸缩缝的优秀材料,因为它易于成型并且使用时间长。 有关屋顶条件,屋顶边缘,地板的详细信息。

室内设计

中国北京首都博物馆内部的建筑铜饰。

通过唤起温暖,安宁和平静的气氛,铜美观地增强了内墙系统,天花板,固定装置,家具和硬件。 关于性能优势,它是轻量级的,耐火的,耐用的,可行的,并且是非有机的(它不含尾气)。 典型的铜制内饰包括面板,带状疱疹,屏幕,饰物,固定装置和其他装饰性增强材料。

由于铜表面杀死致病微生物,因此设计公共设施的建筑师(如医院和公共交通设施)将铜产品视为公共健康益处。 近年来,铜台面,抽油烟机,水槽,把手,门把手,水龙头和家具装饰已成为时尚潮流 – 无论是外观还是抗菌特性。 (见主要文章:抗菌铜合金触摸表面)。

铜通过对焊,焊接,铆钉,钉子,螺钉,螺栓连接,直立接缝,搭接缝(带和不带紧固件),平缝,螺栓法兰,花键,冲水圈和板条接缝连接在室内环境中。

绿色建筑
可持续材料是绿色建筑的关键要素。 可持续材料的一些优势包括耐用性,长寿命,可回收性以及能源和热效率。 铜在所有这些类别中排名很高。

铜是大自然中最有效的热和电导体之一,有助于节约能源。 由于其高导热性,广泛用于建筑供热系统,直接热交换热泵以及太阳能和热水设备。 其高导电率提高了照明,电机,风扇和电器的效率,使建筑物的运营更具成本效益,同时减少能源和环境影响。

由于铜具有比通常的幕墙和屋顶材料更好的导热率,因此非常适合太阳能热幕系统。 芬兰波里公共游泳中心安装了全集成太阳能热铜外墙系统的第一个商业应用。 该装置是可持续性和减少碳排放的城市示例。 太阳能外墙与屋顶收集器一起工作,并辅以屋顶安装的光伏系统,可提供120,000 kWh的热量,相当于芬兰寒冷气候下六个普通家庭住宅每年使用的能源量。

美国绿色建筑委员会(USGBC)的能源与环境设计评级体系领导力(LEED)中的一个标准要求新建建筑物包括含有消费前和消费后再生含量的材料。 建筑中使用的大多数铜产品(除了需要高度精炼的纯铜的电气材料除外)含有大量的回收成分。 请参阅:铜建筑#回收。

加盟
铜及其合金易于通过机械技术连接,如卷曲,铆接,铆接和螺栓连接; 或通过焊接技术,例如焊接,钎焊和焊接。 最佳连接技术的选择取决于服务要求,连接结构,部件厚度和合金成分。

焊接是首选的连接方法,需要坚固,防水的接头,例如用于内部水槽,屋顶和闪光应用。 焊接的接缝将两块铜连接成一个整体展开和收缩的粘合单元。 良好的焊接接缝往往比原来的基础材料更强,并提供多年的服务。

机械紧固件,例如螺钉,螺栓和铆钉通常用于加强接缝和接缝。 连续,长时间的焊接接缝可能导致应力性骨折,因此应该避免。 常用的50-50锡铅焊条通常用于未镀铜的铜; 铅锡焊料使用60-40锡铅焊料。 许多无铅焊料也可以接受。

粘合剂可用于某些应用。 可以将相对较薄的合金板粘合到用作刚性绝缘材料的胶合板或某些类型的泡沫材料上。

钎焊是连接管和铜合金的首选方法。 铜金属部分与非铁质填充材料接合,其熔点高于800华氏度但低于基本金属的熔点。 由于银填充材料的颜色匹配相当差,建议使用盲插或隐藏接头。

焊接是一个通过火焰,电力或高压将铜块有效融合在一起的过程。 随着现代TIG焊接设备的日益普及,甚至轻型铜装饰元件的焊接也越来越被接受。

有关助焊剂和焊接技术的教学视频; 如何制作平缝焊接点,双锁定直立接缝,搭接接缝,焊接垂直铜片搭接接缝和针脚(包括蝶形针脚); 以及铜镀锡,弯曲,燃烧和钎焊。

密封胶
在不需要额外强度的情况下,密封剂是替代焊料的选择。 在大多数情况下,密封胶在设计适当的铜线时不需要。 它们至多是需要频繁维护的相对短期的解决方案。 无论如何,密封胶填充接头已被成功地用作站立接缝和板条接缝屋面应用的二次防水措施,低倾斜屋顶每英尺小于三英寸。 密封剂也可用于主要设计用于适应铜的热运动的接头。

所使用的密封剂应由制造商进行测试,并指定为与铜配合使用。

通常,丁基,多硫化物,聚氨酯和其他无机或橡胶基密封剂与铜相当相容。 丙烯酸,氯丁橡胶和腈基密封胶积极腐蚀铜。 有机硅密封胶在铜上有些成功,但它们的适用性应在使用前进行验证。

选择标准
选择铜和铜合金用于建筑项目的标准包括颜色,强度,硬度,耐疲劳和耐腐蚀性,导电性和导热性以及易于制造。 适合特定应用的厚度和温度是必不可少的; 换人可能会导致表现不佳。

建筑铜通常用于板材和带材。 条宽度为24英寸或更小,而宽度超过24英寸,宽度达48英寸,长度为96或120英寸,加上线圈形式。

结构考虑
结构考虑在铜应用的正确设计中起着重要作用。 主要关注的是热效应:与温度变化有关的运动和应力。 热效应可以通过防止运动和抵抗累积应力或通过允许在预定位置移动来缓解预期的热应力。