拓展玻璃在建筑物中的应用.doc

拓展玻璃在建筑物中的应用 冯诗齐/编译 这里是芝加哥——如果你想亲身体验一下玻璃在建筑结构上的神奇应用,那就请到芝加哥市中心南瓦克尔大道233号去。更确切地说,是到南瓦克尔上空1353英尺处，即西尔斯大厦的103层。站在那儿,几步之间就可到达西墙,可那儿的外墙已被拆掉。你要再多走一步，就会跨出边缘。 此时你会发现，原来是站在透明的玻璃地板上,它悬空在离地面人行道约四分之一英里的高度上。如果你有恐高症，不敢挪动你的脚步向下张望,那就抬起你的目光向外望——外墙和天花板也都是玻璃的，完全通透。 风格迥异的玻璃建筑 实际上，你已经来到了一个透明的“水晶盒子”里,在大厦的四个角上，各有一个这样的“水晶盒子”。你所在的是四个盒子之一，它吊挂在悬臂式的钢梁上。玻璃墙用不锈钢螺栓同玻璃地板相连接，并固定在梁上。但真正保证你安全的也恰恰是玻璃本身。 这几个才对外开放不久的玻璃盒子,是大厦观景平台的扩展翻修部分,是必威体育精装版、最风格迥异的采用玻璃为承重部件的工程。但采用全玻璃结构总有点儿大胆,似乎存心要挑战下面这个难题:能否用玻璃来作为建筑物的结构部件? 能﹗我们完全能用玻璃来实现过去只能用钢材和混凝土完成的工程。在材料学家和软件设计师的协助下,建筑师们正在建造几乎全由玻璃构成的高耸的建筑立面、拱形的穹顶和优雅的立体人行天桥和楼梯。他们使用的是由聚合物制造的层压玻璃，能提高横梁和其他构件的强度和安全性——西尔斯大厦的每一块楼板都是五层的三明治式的结构——对每一平方英寸进行了分析测试，以确保负载在精确的限度内。他们正在试验采用新材料和新方法，旨在某一天用玻璃替换金属及其他的材料。 “我们最终的目标是全玻璃结构，”埃克斯利·奥卡拉汉结构设计事务所的设计师詹姆斯·奥卡拉汉（James O’Callaghan）说。他设计了世界上最著名的玻璃建筑之一——Apple专卖店的楼梯成为了一道夺人眼球的靓丽风景线。 清晰地视野：一项新颖的设计可令参观者们从芝加哥西尔斯大厦103层全方位一览无遗，设计人员采用新的材料和方法拓展玻璃在建筑结构中的应用 总之，材料学家已经认识到，“玻璃只不过是另一种建筑材料，”并已存在于我们身边几千年了。尽管有许多种制造玻璃的方法和工艺，以及玻璃有着许多种特定的用途——譬如制成传导光线的光纤,或制成笔记本电脑显示屏中电子电路的衬底——但在建筑物的结构中无一例外使用钠钙玻璃，因为它们大部分是用碳酸钠、石灰石和二氧化硅制备的。 风格迥异的玻璃建筑物 “多年来,钠钙玻璃的基本成分没有发生多大的改变,”位于纽约州的阿尔弗雷德大学的玻璃研究中心负责人哈里·史蒂文斯（Harrie J. Stevens）说。这与你家的窗玻璃、冰箱中的果酱瓶以及古董店淘来的那种炼丹瓶并无大的区别。 这些是基本材料,但远非如此简单。“当然,玻璃是一种不同寻常的材料,”詹姆斯·卡彭特设计公司的詹姆斯·卡彭特（James Carpenter）说,“说它不同寻常，是因为我们并没有真正了解它。”卡彭特专司玻璃立面和其结构的设计，并在1970年代担任玻璃制造商康宁公司的顾问。 改进传统的生产工艺 玻璃究竟是固体还是液体？长久以来一直存在争议。现在我们通常将其称之为非晶态固体，因为没有证据证明它在极其缓慢地、随着时间的流逝而像液体在流动。非晶态结构是在玻璃相变温度下迅速冷却而获得的,对于钠钙品种的玻璃而言，相变温度大约是华氏1000度。 刚成形的玻璃强度非常高，但在成形后就开始失去其在制备时获得的强度。如同一辆新车，因使用过度其价值短时间内会一落千丈。因为玻璃在接触到其他介质，甚至同水汽和二氧化碳相接触，其表面就会形成毛细裂纹。即便你向新出炉的玻璃吹口气,就已经降低了玻璃的强度，甚至一个气体分子也能破坏玻璃中的硅－氧键,产生缺陷。宾夕法尼亚州立大学的材料学教授卡洛·潘塔诺（Carlo G. Pantano）说，虽然玻璃可以承受很大的应力,但张力会使这些细微的龟裂逐渐的扩展。“这就是玻璃破碎的原因，即便玻璃没有破碎也降低了强度。” 涂保护层是避免产生新裂缝的一种解决方法,尽管涂层会影响玻璃的透明度,而透明度正是我们选择使用玻璃的主要原因。史蒂文斯博士说，改变玻璃的配方也能有效阻止裂缝的形成和传播，“我们可以调整玻璃的组成成分以使其更强固。”但这么做也有风险，因为玻璃的其他属性也可能随之改变，并且成本会变得过于昂贵。玻璃建筑的成本本来就不低，西尔斯大厦的玻璃盒子每个耗资平均在4万美元以上。 也可以调整制造工艺,尽可能维持玻璃的原貌。譬如，用于制造笔记本电脑玻璃的技术,是将熔融态玻璃注入一个V形槽内,并从槽的两侧沿槽壁溢出在底部汇合，并在连续不断地流动中逐渐冷却。在这种方法中,玻璃的每一面都是“熔融面”,仅暴露于空气而不与设备的任何部分接触。 为在建筑结构上使用，玻璃常用传统的退火方法进行