（设计艺术学专业论文）工程玻璃探析——以建筑中的应用为例.pdf

摘要 玻璃作为一种材料，以其独特的材料特性在当今世界中有着广泛的应用。 本文从玻璃的特性分析，研究了其在建筑学领域中的表达设计、材料选择、功 能体现和环境应用。 本文的理论框架分为以下五个部分： 第一部分为本文的第一章，通过问题的提出、研究背景和现有成果综述， 对设计选材的发展现状做出了分析，重点界定了本文的研究内容和方向。 第二部分为本文的第二章，历数了玻璃运用于建筑的不同时期，划分出了 玻璃运用于建筑的三个阶段：哥特式建筑时期、世纪年代的温室建筑时期和世 纪末新建筑形态的时期。 第三部分为本文的第三章和第四章，是本文的一个重点章节，对玻璃材质 在建筑中的美学作用进行了总结。玻璃在建筑空间中的艺术表达主要契合于玻 璃的基本特性透明性与光的完美结合。 第四部分为第四章、第五章和第六章，是本文的核心内容，对玻璃的加工 工艺和通过不同的加工工艺得出不同种类的玻璃特性进行了总结；同时对玻璃 在建筑空间作用做了具体阐述，玻璃在建筑外空间主要是以玻璃幕墙的形式作 用；而玻璃在建筑的内空间主要是以空间划分的形式作用；另还分析了，一些 特殊工艺生产出的玻璃的特殊功效，譬如妨弹，妨火，妨噪音等 第五部分为第七章对主要成果和思路进行了总结，并且对其发展趋势进行 了展望，提出了有待深入的问题。 关键词：玻璃，玻璃建筑，透明，作用，功能 a b s t r a c t t h eg l a s sa st h eb u i l d i n gm a t e r i a lw h i c hr e c e i v e db y p e o p l ea n dr e g a r d e da st h e p r o g r e s so ft h em o d e ml i f e ，n ln l sp a p e rc o m p r i s e ss e v e n c h a p t e r s ，a n dd i v i d e df i v eg r o u p t r a n s p a r e n c yi sd i s c u s s e da st h em o s ti m p o r t a n tc h a r a c t e ro fg l a s s t h ef i r s t g r o u pe x p r e s st h ed e v e l o ph i s t o r yo fg l a s s t h e ni td i s c o u r s e s u p o n t h ee v o l u t i o no f g l a s sa r c h i t e c t u r ea n dt h e c o n t e m p o r a r yt e c h n o l o g yo fg l a s sa r c h i t e c t u r e ，w h i c hi st h ep r e c o n d i t i o no ft h e v a r i e t yt h a tg l a s sa r c h i t e c t u r ep r e s e n t s t h et h i r dg r o u pi st h em a i nc o n t e n to ft h i sp a p e r i ts k e t c h e sa s p e c t r u mo fg l a s s a r c h i t e c t u r ep r e s e n c ep o s s i b i l i t i e s ：a to n ee n dt h eg l a s sm e m b r a n ei s p r a c t i c a l l v i n v i s i b l e ，t h a ti s “n o tt h e r e ；a tt h eo t h e re n dt h em e m b r a n ep o w e r f u l l va s s e r t si t s m a t e r i a lp r e s e n c e ；a n db e t w e e nt h e s eo u t e rp o l e sm a n yi n t e r m e d i a t eo n e ss h o w h a l f t h e r e ” t h el a s tg r o u pb a s e do ne x a m p l e s ，i ta n a l y s e sd e s i g nc o n c e p t ，t e c t o n i c p r o g r a m a n dm a t e r i a lc h o i c eo f g l a s s a r c h i t e c t u r ei nd e t a i l t h em o s t i m p o r t a n t t h i n g ，c o n c e r n i n gt h ee n v i r o n m e n ti ng e n e r a l ，t h ef o r t hc h a p t e rs t a t e sh o wg l a s s a r c h i t e c t u r ec a nt a l kw i t ht h ec o n t e x ta n dt h en a t u r a le n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：g l a s sa r c h i t e c t u r e ，t r a n s p a r e n c y , v a r i e t yt e c t o n i c n 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：址日期：世罗 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 铷期：叫 武汉理t 大学硕士学位论文 1 1 课题的源起背景 第1 章引言 材料，就象建筑物的砖瓦钢筋，是设计中不可或缺的重要构成元素。考工 记中记载“天有时，地有气，材有美，工有巧，合此四者，然后可以为良。 1 这说明中国工匠在几万年前就意识到材料是构成物质的载体。除了考工记 以外，荀子也对材料做了论述：“邢范正，今锡美，工治巧，火得奇。 其中，“今 锡美 讲的就是材料之美。人类文明的发展就是一个学习利用材料进行创造、创 新的过程。大家在通过追求更好的材料的性质和功能来满足人们的要求。2 玻璃作为材料的一种凭借着独特材质特性给我们的生活带来了潜移默化的 影响。尤其是在建筑发展运用真的是人类对于建筑的需求从最开始的能够遮风 挡雨，隔绝自然，到现代的融入自然，使空间有着自由清新的意象，可以说是 对生活品质的提高。这样就给玻璃的使用提供了很大的发展空间。玻璃的广泛 使用反映出了一种追求开放和交流的建筑空间意识。这不仅体现在建筑的内部 空间，更体现在建筑与外部空间的关系之中。建筑向外部展示的不仅仅是自身的 造型和内部壮观的景色，更是通过开放的空间、透明的外墙展示出建筑内在的空 间次序和各种内在的建筑信息。在这罩，玻璃材料起到了重要的媒介作用。玻璃 幕墙、玻璃地板等技术，以及各种玻璃结构的开发，使得建筑空间一步步的更加 透明化。 本课题在导师郑建启教授的指导下，基于目前设计中存在的选材问题，结 合本人所学的专业特点，经过分析研究后做出的。 1 2 课题研究的目的与意义 对产品内在和外观质量影响很大。如果材料选择不当或考虑不周，不仅影 响产品的使用功能，还会有损于产品的整体美感。因此，设计师在选择材料时， 1 ( 春秋) 佚名，戴开三编著考t 记幽说山东i 报版社i i ；版2 0 0 3 年5 月1f i i l j 版 2 袁维忠材料实验江苏美术j i ：版社2 0 0 4 年1 2 月第一版 武汉理工大学硕士学位论文 除了必须考虑材料的固有特性外，还必须着眼于材料与人、环境的有机联系。3 随着建筑业的发展，玻璃凭借着独特材质特性给我们的生活带来了潜移默 化的影响。人类对于建筑的需求从最开始的能够遮风挡雨，隔绝自然，到现代 的融入自然，使空间有着自由清新的意象，可以说是对生活品质的提高。这样 就给玻璃的使用提供了很大的发展空间。玻璃的广泛使用反映出了一种追求开 放和交流的建筑空间意识。这不仅体现在建筑的内部空间，更体现在建筑与外部 空间的关系之中。建筑向外部展示的不仅仅是自身的造型和内部壮观的景色， 更是通过开放的空间、透明的外墙展示出建筑内在的空间次序和各种内在的建 筑信息。在这里，玻璃材料起到了重要的媒介作用。玻璃幕墙、玻璃地板等技术。 以及各种玻璃结构的开发，使得建筑空间一步步的更加透明化。 玻璃的使用不仅仅局限于建筑，他几乎涉及人类生活的各个方面。一种建 筑材料是否有使用的前景，取决于材料的适宜性、可获得性和成本。玻璃 这种材质特性，有着近乎完美的透明度。在可获得性和成本方面，玻璃更是有 着得天独厚的优势。玻璃的主要原料是二氧化硅( s i 0 2 ) ，也就是普通的很容易 获得的沙子，加之玻璃本身可以回收利用，玻璃大可被视为一种取用不竭的绿 色材料。同时，随科技发展玻璃产品有着不断提高的强度、隔热隔音性和耐磨 损性，虽然在玻璃建筑在过热及过冷地区仍面临技术和能源方面的挑战，但基 于历史上玻璃建筑总是时代最新技术成果和美学倾向的第一视觉展示者，以及 现实中，中空玻璃、双层玻璃表皮及对对太阳能的利用意识和手段的提高，我 们有理由相信玻璃建筑正在逐步转变为新型坏保建筑。 建筑的表达很大程度上依赖于对建筑材料的明智使用和灵活组织，将材料 及其做法当作设计的起点，已成为建筑设计新的思路和方法，且这种新思路在 实践中得到了成功。玻璃作为现代建筑的一种中心素材，对其设计概念和表达 多样性的研究，或许能够使我们找到深化玻璃建筑设计甚而将其作为建筑设计 主要概念的途径。 对于玻璃这一广泛运用且极具发展潜力的建筑材料而言，它在建筑中的使 用己对人类的生活方式和文明产生了深刻的影响，有属于自己的文化内涵，且 这种文化还将继续发展。对建筑玻璃的历史沿革、美学涵义、建造技术进步的 研究和讨论之意义不言而喻。 3江湘芸设计材料及加t t 艺北京理t 人学_ i ；版社2 0 0 3 年8 月第一版5 5 2 武汉理： 大学硕士学位论文 1 3 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 1 、基础目标 探寻、分析、归纳出玻璃材料在建筑中的特性和未来玻璃在建筑中运用趋势； 2 、最终目标 依据基础目标的成果，着重研究玻璃材料在建筑设计中的有效适应途径及 其在适用领域的相适机制； 3 、关键问题 在现有产品材料工艺研究的基础上，笔者将具体、深入而系统的探讨建筑 玻璃材料在建筑中的选材研究。将设计的重心从工艺上升到如何适应到设计运 用的思考层次，以玻璃在建筑设计中的运用为例去阐述玻璃材料特性。 3 武汉理i _ 人学硕十学位论文 第2 章玻璃建筑的发展历史 2 1 玻璃在建筑中的初现4 玻璃建筑g l a s sa r c h i t e c t u r e 一词晟早出现于1 9 1 4 年德国诗人p a u l s c h e e r b a r t 的著作g l a s a r c h i t e k t u r 中。他在这本书旱讲述了新型建筑中 使用玻璃的程序和方法，还对这种材料的未来潜力进行了预测，内容涉及从双 层玻璃的安装到玻璃纤维的广泛运用。时至今日，这些预测仍具有非常的想象 力。这一内容引起了当代建筑设计师陶特( b r u n ot a u t ) 的共鸣。当年陶特的 德国科隆展览会玻璃展览馆建成( 图11 ) ，其设计思路就是建立在这位德国诗 人的思想基础之上，认为玻璃是建筑中必不可少的中心材料，指引着未来建筑 的发展方向。这是一座用有色玻璃和玻璃砖建成的“未来大教堂”。，一座属于 光的建筑，外形类似水晶，内部设置带落水的踏步，当阳光照耀时不仅建筑 外部璀璨夺目，阳光还透过有多面玻璃的小圆顶和墙体进入室内光影变幻无 穷、迷离恫恍。陶特完美地表现了玻璃使用的可能性，展馆除了支撑结构以外 完全是由各种各样的玻璃制成。( 图2 一1 2 2 ) 图2 一l 端。0 鬻麓嚣黼鼎? 。嚣”“ 图2 - 2 武汉理上大学硕十学位论文 作为p a u l $ c h e e r b a r t 玻璃宣言的衍生物，玻璃馆内题上了他的一系列格 言：“光需要结合 ，“玻璃带来了新时代 ，“我们向砖石文化致歉”，“没有玻璃 宫，生活将成为负担 ，“彩色玻璃消除敌意”等。在p a u ls c h e e r b a r t 的信条 中，玻璃在诗中的理想主义色彩得到了当时很多建筑思想家的支持。对于这座 建筑，陶特写道“像p a u ls c h e e r b a r t 预见的那样，它大大的打破了对今天的 建筑物黏结的空间感知，为玻璃体现的效果进入建筑世界提供了推动力。” 还表明了“玻璃怎样能成功地提高我们对生活的感觉 。陶特对玻璃的极度激情 与偏爱，他不仅把玻璃当成现代建筑的不二选择，还把玻璃当成了唤醒人类对 美妙生活向往的一剂良药，虽然他用玻璃取代砖石的想法多少有些诗人式的率 真，但他却给当时的建筑师带来了一种新的建筑设计观念。 2 2 哥特式建筑时期 2 2 1 哥特式建筑起源 北欧哥特式建筑时期是第一个真正意义上的玻璃建筑时代。哥特式建筑是 以法国为中心发展起来的。在1 2 1 5 世纪，城市手工业和商业行会相当发达， 城市内实行一定程度的民主政体，市民们以极高的热情建造教堂并以此相互争 胜来表现自己的城市的优劣。另外，当时教堂已不再是纯属宗教性建筑物，它 已成为城市公共生活的中心，成为市民大会堂、公共礼堂，甚至可用作市场和 剧场。在宗教节同时，教堂往往成为热闹的赛会场地。6 在这样的背景下，哥特 式建筑的建造者一改早期在石墙壁上凿洞穿孔来满足光的需求，他们创造出了 一种新的建筑风格玻璃建筑。 2 2 2 哥特式建筑特点 哥特式建筑的特点是建筑师创造了轻盈的胁拱和尖券，使建筑有了高大而 向上延伸的趋势。拔地而起的窗间柱、轻巧的飞拱、精美的尖形塔楼造成了如 鬼斧神工一般高耸入云的教堂，成为欧洲风景中最美的景致。在教堂的内部， 有高大的垂直空间、林立的圆柱和尖券从地面一直升向天空，再结合镶着彩色 玻璃的长窗，把人们的视线引向天国。室外的光线透过彩色玻璃镶嵌画透进室 6x i a o b a 8 8 的博客：哥特式建筑：h t t p ：w w w m t i m c c o m m y 1 4 0 7 4 9 6 b l o g 1 5 8 9 7 3 0 2 0 0 9 3 5 5 武汉理工大学硕士学位论文 内，使教堂的气氛有一种虚幻不定的神秘色彩。在这扑溯迷离的氛围中，随着 巨大的管风琴轰鸣声，唱诗班优美的多声部圣咏把人们带到天国的圣洁中。7 玻 璃作为自然的填充材料，镶嵌在金属制成的框格中，为建筑内的巨大空间带来了 光明。巨大的玻璃窗子全都是装配而成的，就像是一小块一小块的玻璃缝制在一 起似的，精制入微。另外，随着人们对光的渴求越来越强烈，建筑从墙体发展成 为玻璃建筑形式。 而这种新的建筑形式是从中世纪黑暗时代后的北欧建筑的杰出代表作基督 大教堂开始的。在这座建筑中设计师大胆的设置了第一面落地的玻璃墙壁，大教 堂内部良好的采光性和巨大的玻璃墙壁完全得益于设在建筑外部的扶壁，采用 这种结构形式带来的结果是在哥特式的石结构中只存在压力，材料受拉的情况 很少，这十分符合石材的力学性能，反映在建筑上就是可以在外墙上留下巨大 的孔洞。玻璃在这些孔洞中找到了自己合理的位置。8 当哥特式建筑进入了成熟时期，哥特式建筑也真正达到了建筑与玻璃完美 结合的境界。亚深大教堂是德国阜帝加冕的地方，它的玻璃墙壁是哥特式建筑时 期最伟大的玻璃墙壁之一。巨大的玻璃高窗为教堂带来了从未有过的光明。 1 3 5 5 1 4 1 4 年这里建造了一个设计极其大胆而且有很好采光性能的唱诗坛图，它 被评价为“巍然高耸巨大玻璃罩 ，宽敞而明亮。从建筑形式的发展变化来看， 在塑像和壁皇之间的空隙都镶嵌了无色的玻璃，这面巨大的玻璃墙壁增强了人 们的视觉冲击力，它可以称的上一次成功尝试。可见，玻璃的出现解决了早期人 们对光的一种渴求。 7 古咐比娅等编著：世界中世纪艺术史艺文管锥：h t t p ：w w w 1 0 t u s e a t e r n e t b i g c l a s s a s p ? b i g c l a s s n a m e = 文管锥2 0 0 9 3 5 8 赞歌：玻璃现代空问的灵动语言山两人学硕i ：论文中围知嗍2 0 0 7 5 6 武汉理c 大学硕士学位论文 j 鹣 ； ”粼j 矧 图2 - 3图2 4 鉴于当时的玻璃尺度都十分小，建造者只能靠金属的框格将它们组合到一 起，做成有宗教意义的玻璃画宙，来填补建筑上巨大的孔洞。德国亚琛大教堂 的唱诗坛就极端地体现了哥特式建筑对玻璃的使用( 图23 ) ，在哥特后期，人 们渐渐摒弃了玻璃的装饰意味，玻璃作为建筑组成元素本身的惊人表现己取代 了彩色玻璃面在建筑中的重要性。剑桥的国王学院教堂的玻璃窗代表了那时建 筑艺术的新高峰( 图2 4 ) 。 2 3 温室建筑时期 2 3 1 铁结构的成熟 十八世纪后期，人们熔炼出高质量的铁，这种铁结构材质的出现，使玻璃 可以自由地出现于建筑外表，不再臆身于建筑内部。玻璃建筑出现了新的形式， 出现了一批以玻璃和铁为主要材料的温室、展览馆、火车站、商店等公共建筑。 金属与玻璃的结合使建筑外壳抛弃以往的沉闷变得光鉴可人，玻璃成了建筑不 可或缺的主角。圈2 5 是伦敦克佑区皇家植物目的两个暖房，对比它们之间的 变化，我们就能清楚地看到建筑师如何运用铁结构使玻璃建筑一步步走出传统 的束缚，展现材料自身性质所赋予它们的魅力。 武汉理t 大学硕士学位论文 2 3 2 最大的玻璃温室水晶宫 图2 5 温室至今仍被认为是世界上最漂亮的玻璃建筑之一，提到温室就不得不提 到伦敦的水晶宫( 图2 - 8 ) 。水晶宫可能是有史以来最大的玻璃温室。人们都见 过花园里用于种植花卉的玻璃温室或商业性的大型作物温室。但是这些玻璃 房都比不上水晶宫的规模。水晶富由约瑟夫帕克斯顿设计。这座建筑物之 所以引人注目，不仅在于它巨大的规模，还因为它是一座用预制构件搭成的建 筑包括一个支撑明净玻璃墙的铁杆框。约瑟夫帕克斯顿因他的水晶宫工程 被封为爵士。他以建造铁和玻璃建筑而闻名。1 8 4 0 年他在查茨沃思设计了一座 植物温室( 图2 7 ) ，附属于英国德比郡公爵的豪华别墅。9 n 度n 科- m 敷水目官h t 【d ：抽址eb m d uc o r n v i e w 1 3 9 7 2h 帅2 0 0 93 ，2 5 武投理f 大学硕十学位论文 图2 - 6 图2 7 在水晶宫的设计中，帕克斯顿提出了独特的设计概念，使用了大量标准构 件，工程设计完全按照建筑模数进行。这样的妙想为为以后的玻璃发展推进了 一大步。出现了初步地规格性。不止这样，帕克斯顿还发明了一个玻璃安装系 统。作为最早的现代建筑之一，水晶宫从建造、材料、形态和物资供给模式都 给其后的新建筑标出了新的建筑方式。k o n r a dw a c h s m a n n ”在1 9 6 1 年出版的 建筑的转折点一书中说道：“帕克斯顿所建造的不仅显示了他敏锐的洞察力， 而且也是时代精神的象征。从推理和逻辑以及对技术新时代思想直觉的拥抱中， 唤起一种全新的美，这种美是以前没有人了解、评论或是体验过的。” 至1 9 世纪中叶，人们对于玻璃建筑已经熟稔起来，己被全盘接受，铸铁 支柱、精练铁横杆与标注尺寸的玻璃安装在一起成为了大型建筑的标准技术。 温室建筑使我们看到了玻璃装配形式的巨大潜力。与此相同时，玻璃制造工 业丌始活跃起来。正是因为玻璃制造业取得了巨大的进步，像克佑温室这样巨大 的玻璃建筑才能够成为现实。由此可见，温室建筑的发展在西方建筑上占据着重 要的地位。 2 4 新建筑时代时期 l9 世纪末，随着西方建筑的发展和社会的需求。钢铁和玻璃这两种材质越 来越备受建筑设计者的青睐。随之一种新的建筑形态出现了，那就是框架和外壳 1 0 名，生j ：表锥，现属于* 兰，2 0 世# 伟人的建筑挫计师，著竹建h 的转折点 武汉理工大学硕十学位论文 并存的建筑形式。就是说，这些建筑的墙壁全部由铁制的结构架和玻璃做成的。 出于社会商业和功能的需求，人们要求建筑内部必须有自由的空间，而正是这些 需求驱动了玻璃技术的发展。哥特式建筑曾经创造出了类似的外部框架和玻璃 墙壁，而这些现代化的建筑所采用的框架由石头的换成了钢铁的。这种构造方式 最早应用于磨坊等结构中，都是根据不同的结构来安装不同面积大小的玻璃。约 翰贝尔德指出，“只有当铁质框架排除了对外部结构的受力要求后，建筑外表 才真正实现了大面积的玻璃安装 。这座建筑是铸铁和玻璃建筑的杰出范例。它 的外墙几乎全是由玻璃构成的，并且充分显示了约翰贝尔德在建筑设计上的威 力，同时也体现出玻璃建筑的巨大魅力。 如上所述，在钢铁与玻璃交错运用的设计理念，已经孕育着玻璃幕墙和建筑 外壳的种子，而这种建筑形式在若干年后得到了充分的发展。 1 0 武汉理t 大学硕士学位论文 第3 章玻璃材料的建筑表达 想象一下这样的场景：阳光充沛的午后，轻漫舒缓的音乐，坐在咖啡屋或 者音乐吧大大的落地玻璃旁，阳光慵懒地透过玻璃洒向屋内，是不是觉得很惬 意呢? 再想象下，狂风暴雨的天气，你在卧室透过玻璃将大自然的暴戾尽收眼 底，却没有一丝的恐惧和慌乱，是不是觉得很安全呢? 玻璃拥有和钻石水晶一 样的透明特质，却没有他们那样昂贵的价格。这使得它在建筑中的能够得到更 加广泛的运用。玻璃像凝固的空气一样透明，即隔绝了风霜与雨雪，又引入了 光线和风景，是人们趋利理性的选择。 3 1 玻璃在建筑中的透光性 光是大自然馈赠给人们最好的礼物，在光的照耀下一切都明朗起来。根据 设计师在自身作品中对光的运用，也能辨别出他对建筑的理解程度。而玻璃的 透光性恰恰能满足建筑的采光要求。一天的早晚和四季的时光，都可以让光透 过玻璃变幻出不同的妖娆姿态。早期的玻璃属于一种较昂贵的材料，所以玻璃 艺术最早运用于建筑环境是从教堂开始的。由于当时玻璃中的杂质提炼不纯含 有氧化铁等一些杂质而使玻璃微带色泽、这使得工匠们想到用各种颜色的玻璃 来作画，带有色彩的玻璃被镶嵌在细密的格子中拼凑成画、画面的内容通常是 宗教故事( 图3 - 1 ) 。这样的艺术表达用意深刻。不但可以通过图画让广大的教 民很快就能理解宗教文化，而且利用光影效果制造出一种虚无缥缈的意境。更 增添了教堂的神秘，崇高性。同样的创作手法被运用到r 本的光之教堂( 图3 - 2 ) 里。光之教堂是r 本最著名的建筑之一。它是日本建筑大师安藤忠雄的成 名代表作，因其在教堂一面墙上开了一个十字形的洞而营造了特殊的光影 效果，使信徒们产生接近上帝的错觉而名垂青史。它获得了由罗马教皇颁 发的二十世纪最佳教堂奖。虽然没使用玻璃，他却是以更原生态的手法赤裸 裸地利用了光线的直射性质。由法国建筑大师柯靠西耶创作的朗香教堂( 图 3 3 ，3 4 ) 也是利用光影交叠效果所带来的震撼力来影响信众的。然而光 1 1 百度订科：光之教章h t t p ：b a i k e b a i d u c o r n v i e w 5 4 5 3 1 7 h t m2 0 0 9 3 2 7 武汉理l 大学硕十学位论文 教堂带来的是强烈震动，朗香带来的却是宁静。在这几种建筑类型中，对光 线的把握都是建筑设计的要点。从宗教神圣崇高的感觉到争取最大限度的阳光 照射的温棚，都是利用光线制造不同的气氛。来适应各种建筑的需要。 图3 3图3 - 4 光线的交织对建筑情景的建构起到了重要作用。现代建筑发展到今天，外 在造型和形式己不再是吸引人们的唯一标准，建筑设计不是简单的模仿或技巧 的炫耀，更重要的是通过设计，建构一种场所的情境，凝炼一种氛田，让人们 能编织梦幻。玻璃的透明性及其透明程度的可变性对于构筑氛围来说简直易如 反掌。只是以注重感受为出发点进行设计，这样对于发挥设计师的设计灵感和 忠实地反映设计师的思想米晚，这种方式无疑是成功的。再加上对形式的创造 武汉理工大学硕十学位论文 探讨反而可能在设计上获得更大的自由。 3 2 玻璃在建筑中的反射性挖 光线直射会产生折射和反射，这是一物理常识。在建筑中使用玻璃就不可 避免的要遇见光的发射作用，怎么样巧妙的利用光的反射性创造更好的空间氛 围是当代设计师应该思考。玻璃的反射性常被用于建筑空间中。如巴黎卢浮宫 的镜厅( 图卜1 2 ，卜1 3 ) 就利用了玻璃的反射性塑造了一个金碧辉煌的空间，镜 厅长长的廊道的左右两厢是由地及顶的镜面玻璃，上面饰有许多珠宝。在摇曳 摆动的光影里，镜厅里的陈列物经过镜面玻璃的多次反射使得整个空间呈现出 迷离恍惚的氛围。镜面玻璃所具有的反射性给建筑视觉特性带来了前所未有的 变化，建筑光影的概念也从一元变成二元。也就是说，玻璃建筑不但拥有自身 结构和空间层次所带来的光影变化，而且鉴于玻璃的反射性，能把建筑周围环 境中的树木、山川、云天等物体映射到自身的表面，从而形成多种光影交织， 丰富多变的视觉感受。玻璃建筑改变了传统的光影观，使光影不再忠实地反映 实体空间，建筑的体量似乎也消失在对周围环境的反射中。1 3 镜面玻璃的这种反射特性也被用来协调传统建筑环境，增加传统建筑的趣 味性与新颖性。例如在法国罩尔美术馆在扩建工程中，建筑师就充分运用了玻 璃这一反射特性来设计新的建筑形式。里尔美术博物馆是法国最漂亮的博物馆 之一，是仅次于卢浮宫的美术博物馆。里尔美术博物馆拥有鲁本斯、达维特、 华多、戈雅、库尔贝等人的大量杰出作品，同时也有弗拉芒画派、荷兰画派的 珍品。他的扩建工程采用了现代设计方法：即简单的几何形体和透明的玻璃幕 墙这与老馆严肃而繁琐的华丽风格形成强烈对比，从而创造了富有时代气息的 新形式建筑，在与老馆相对峙的新馆立面上印有规则的镜面方点，方点将老馆 的影像反射过来后再剔成碎片，构成一幅类似于印象派的画面，通过镜面玻璃 的反射使新建筑与传统建筑问产生了一个有趣的协调的对话。里尔美术馆是在 充分尊重历史建筑的同时又彻底表现现代建筑精神的一件不可多得的作品。 1 2 黄杏玲：玻璃的矬筑表达，中国知阿，文章编号1 0 0 3 7 3 9 x ( 2 0 0 3 ) 0 5 0 0 7 5 0 2 1 3 黄含玲：玻璃的建筑表达，中因知嘲，文章编号1 0 0 3 7 3 9 x ( 2 0 0 3 ) 0 5 0 0 7 5 0 2 1 3 武汉理t 太学硕十学位论文 图3 - 5图3 - 6 让努维勒，一位惯用光线的建筑高手，法国人。在他的作品中他强调 建筑的情感、当地传统文化的熏染以及光线带来的稍纵即逝的诗意在流动光 影间阐释建筑的意味，根有点浪漫主义设计师的含义。“传统的建筑以实体为 基础，忽略了光韵搭配性。正是光使我们看到了建筑的全貌，我们忽视了光的 可能性与多样性。”光是实体、是材料，而且是最基本的材料。一旦感受到光 是如此丰富多变，建筑的语汇立刻变得不同，这是许多经典建筑所没有意识到 的。“运用光的感染力是努维勒建筑中最擅长利用的也是最基本的东西。在为 建筑引入光的同时，通过玻璃也引入了自然，这一切是在悄无声息的进行中。 通过玻璃的光线在建筑中的铺陈变化，实现空白j 与时间的共振，髓着时间的流 动，建筑的景致也跟着摇曳起来。晨昏的阳光，午问的铺洒，傍晚的艨胧，每 一刻的光景都不尽相同，让同一种建筑在不同的时光演绎出独自的美丽。( 图 37 ) 。在他的建筑作品中网格与玻璃的运用营造幻影般的建筑，印照在玻璃卜 的人影仿佛漂浮在巴鐾上空。( 图3 - 8 ) ”1 日来央博客，“l 努维勒光蟛建筑， h t l p 枷i b a i d u p w g 删。舭k n 删4 卸a 2 4 a 8 7 c o a b 曲e 枷h 血| n i t2 0 0 9 - 3 2 4 武祝理工大学硕十学位论文 图3 - 7 3 3 玻璃在建筑中的表面性 图3 - 8 传统建筑的表面玻璃围护是一个面的状态，承担了围合空间、热反射、保 温隔热、采光等一系列功能。随着建筑理念和科技的发展，建筑师意识到，建 筑的表皮也可以是一种三维结构，不是一个面而是一个空间，空间中的不同层 面有着不同的功能。而玻璃墙面的透明性，使之常成为包裹建筑的表皮组成， 并成为主动式节能建筑的一种先决条件。“由于功能的综合化，就是一种玻璃可 以同时兼具好几种功能，建筑表皮以一个独立的方式从建筑体量中脱离出来， 成为设计师和工程师自由发挥的一个部分，可以构设成建筑的立面构成，也可 阻是工程角度来说，充当建筑的内外能量传递控制器，更甚者可以成为抽象的 表达符号，成为一个“半真实半虚构的物质存在”，参与城市空间的设计与美化。 建筑表皮的自由无论对建筑或城市都是一次对创造自由的释放。 34 玻璃对建筑的抽象性 1 9 世纪6 0 年代的艺术作品开始让人“走进画中”，即人可以在充满材料 的空间走动，成为材料艺术的一部分，像光线、气味等无形材料一样。”玻璃的 “张威， 功能性玻璃n ：建筑中的用，中国建筑学会建筑物理分会 “版2 0 0 7 5 “博岚破璃建筑表现初杯东南凡学删l ：论女中目m2 0 0 5 武汉理】i 大学碗t 学位论文 透明性带给建筑的美不再是静l p 的，人行迹其中即象“走进画里”。建筑本身不 再是一种固有不变的表现，透过玻璃的透明，我们看到的东西是建筑表现的延 伸。“将建筑作品视为文本，将观赏者和使用者看成意义的建构者”，这或许 才是建筑的意义所在。 一 图39图3i o 柏林新议会大厦( 图3 9 ) 的设计竞赛方案中，福斯特的原中选方案并没 有重建原有的大穹顶，但是在深入设计的过程中，德国国内舆论展丌了激烈的 争论，换去历史性的大屋顶遭到了略决的抵制，设计师只有妥协，透明的穹顶 成了聪明的折中( 图31 0 ) 。设计师们相信，重要的不是大屋顶是否存在，而 是民主过程被显现出来并且是可以接近的。最终，建成的穹顶成为一个公共场 所一个露天平台，人们沿着环形的坡道漫步，不仅可以站在高处观赏城市， 还可以通过倒锥形的玻璃采光井看到下面的会议厅，体会到一种民主的参与感。 玻璃穹顶的透明性使屋顶看上去显得轻盈，屋顶坡道上行走的人使处于建筑外 的人们感受到建筑的一种亲和力，它不再只是权力的象征，而且也是社会开放 民主的象征。有趣的是，也有人认为透明的屋顶、螺旋的坡道象征着人们h 能 服从于历史的璇涡，无法逃离历史的安排取得真f 的自由。无论何种观点，都 | 兑明了透明性使建筑内的物和人成为建筑意义的一部分。 7 i * m ( 与代建筑梵学心义，东m 学m “ 2 0 0 1 镕一 武汉理t 大学硕士学位论文 3 5 小结 玻璃建筑以其独特的方式透明，融入了建筑与城市，从而改变了人们 的审美心理和生活理念，并形成了自己的历史。通过对透明在建筑和城市两方 面的意义分析，我们可知，作为玻璃建筑表现最大特点透明，并不是简单 的一览无余，而是一种兼有功能意义的美学表现。透明存在的状态是非单一的， 多样的，变化微妙的，甚至是复杂的，一方面因为透明性使建筑界面的两边的 物质产生交流都一起参加了表现，另一方面技术的发展也使玻璃建筑的表现可 以不仅仅局限于此。对玻璃透明性的多样性的追求和诠释是本文的主题，下文 中诸多实例将证明玻璃建筑的特征不只在于简单的透明。 1 7 武汉理工大学硕十学位论文 第4 章玻璃的加工工艺与玻璃总类 “当技术完成它的真正使命时，它就升华为建筑艺术。1 8 当代玻璃建筑的 表现随着时代的进步与科技的发展，相对以往的表达形式有着更加广阔的空间， 这种空间的提供与玻璃材料性能的深入研究、玻璃产品的不断开发以及玻璃建 造技术的提高和人文因素的变迁都有着莫大的关系。这些因素都对玻璃建筑的 表现方式有十分明显的影响。如果说人对事物认识的变迁和视野的拓展为玻璃 多样性表现的提供了人为的环境，那么材料技术和建筑技术的变革则为玻璃建 筑的多样性表现提供了技术支持。 4 1 材料技术变革中玻璃建筑的发展 作为建筑材料被使用的玻璃的主要化学成分在过往的两千年里从未改变。 然而，玻璃制作方法的改进，特别是次级制作和加工技术的改革使玻璃的应用 在二十世纪获得了革命性的发展。 4 1 1 化学工艺1 9 几千年前，就出现了玻璃的主要化学原料的配比与制作方法。最古老的玻 璃成分表出现在尼尼微的亚速国王( a s h u r b a n i p a l 公元前6 6 8 - - 6 2 6 ) 的大图 书馆的土碑上，其楔形文字的铭文有如下记载：“取6 0 份沙子，1 8 0 份水生植 物的灰粉，5 份石灰就可制得玻璃。”直到今天看来，这一方法从理论上说仍是 正确的。 玻璃制造者为了能稳定玻璃的品质，掌握玻璃的产量，开发更多的玻璃产 品，降低在玻璃制造中对温度的高要求，对玻璃原料配比的调试及添加剂、助 熔剂的找寻从未停止。1 8 3 0 年，仲马在其论文中提出了一种玻璃制造的原材料 配比：按质量计，六分二氧化硅以及各一份的氧化钠、氧化钙和氧化镁。按照 这种配比制作的玻璃耐久性好而且制造过程易于操作，至此，现代玻璃的原料 1 8 山白米斯凡德洛：德国包铬斯设计学院第二三任院长，首侣的极简主义风格 1 9 w i g g i n t o n ( 英) m i c h a e l ，建筑玻璃，机械丁业版i q ：，2 0 0 3 6 1 1 8 武汉理工大学硕士学位论文 配置有了明确定义。随着玻璃化学成分的确定，玻璃制造工业迅速发展，经过 百年来制造者的不懈努力，研发出苏打一熟石灰玻璃，人们制作玻璃已经最大 限度地做到经济和有效。同时，人们对添加剂的持续开发，使人们对玻璃的颜 色、化学耐久性等性质有了进一步把握。 4 1 2 制作工艺2 0 据考古学家发现，最早将玻璃作为围护结构的建筑物是罗马时代在庞贝和 赫库蓝尼姆两地出现的别墅。那里玻璃大致的规格为3 0 0 m m x5 0 0 m m ，厚度在3 0 一6 0 啪之间，呈不透明的蓝绿色。随着罗马帝国的不断地向北急速扩张，带来 了玻璃工业的迅速发展。威尼斯、叙利亚等地区都成为玻璃的重要生产区。 到了公元1 6 世纪，玻璃生产方法逐渐淘汰一些旧的生产方式，变得主要 有两种，即旋转玻璃和吹制筒形玻璃( 图4 - 1 ，4 - 2 ) 。前者的代表是制作冠状 玻璃，而后者则是以制作宽幅玻璃闻名。在旋转玻璃和吹制筒形玻璃工艺中， 都会有一个吹制的过程：一滴熔融的玻璃由铁管排出，形成一个圆形，并吹成一 个“气球 持续加热以保持它的可塑性。在筒形玻璃的工艺中，工匠把气球做 成一个尽量长且壁尽量薄的圆柱形，在桌面上通过吹制、摇晃和滚动，用减振 铁针和金刚钻削掉两端，沿纵向切开，在扁炉内将冷却的长圆柱体加热并展开， 展成平板玻璃。圆柱体的尺寸和随后形成的平板玻璃尺寸只受吹制工的肺活量 的影响。生产冠状玻璃时，玻璃泡的一头被吸附在玻璃制造者的铁棒上，另一 头与吹制铁器脱离后，孔洞增大形成边缘，然后旋转工序开始了，工人们把这个 钟形物以一定的速度旋转成一个圆盘。与圆柱形玻璃相比，由于冠状玻璃没有 与炉内粗糙灼热的炉底相接触，整个制作过程都是在火中完成，这就使它有火 抛光的特点，是比筒形玻璃更均匀平整，纯度更高，表面更光泽的玻璃。冠状 玻璃的缺陷主要在尺寸上，生产出来的玻璃是圆形的，还必须切割成更小的形 状，因此它的幅面不可能太大。筒形玻璃虽然能制造出很大的幅面，最大能达 1 3 米，但它厚度不均，同时还有较粗糙而且有痕迹的抛光面。 w i g g i n t o n ( 英) m i c h a e l ，建筑玻璃，机械t 业 l 版社，2 0 0 3 6 1 1 9 武汉理上大学硕士学位论文 赣 图4 一图4 - 2 1 7 世纪，法国人佩罗创造了一套浇铸和磨光平板玻璃的生产工艺( 图 43 ) ，它彻底改变了以往对玻璃制造所依赖的人工技巧。人们将熔化的玻璃倒 在浇铸台上，台上的两边分别放置一条铁棒用以确定玻璃扳的宽度，再用滚筒 碾压玻璃成形。这些工作需在一分钟内完成。成形的玻璃被马上送到退火箱 冷却过程需要几天。由于这些玻璃表面留有浇铸台和滚筒的痕迹，因此还必须 通过复杂的研磨和抛光的程序。这样制出的平板玻璃在尺寸和光亮度上都能满足 人们的需要，但它太昂贵了。伦敦的汉昔敦宫只有8 4 扇窗子使用了这种玻璃， 但花费高达4 6 0 0 英镑，另有2 5 0 扇窗户使用了冠状玻璃，花费只有6 0 0 英镑。 这使人们在使用它的时候，不得不考虑高额的费用支出与其带来的价值是否平衡。 之后的几个世纪，这三种玻璃：冠状、吹制平板和浇铸平板，在市场上此 消彼长，人们在玻璃幅面、质量和价格之间相互折中。以英国为例，由于英国 1 7 4 6 年起强制实行的按玻璃的重量征收的消费税，这使得轻薄而且光亮度好的 冠状玻璃大行其道一度占领市场的统治地位。然而，冠状玻璃的尺寸问题始 终无法解决，虽然到1 9 世纪，采用这种方法能制出直径达2 米的玻璃扳，但 仍满足不了人们的需求，浇铸平板玻璃成了大面积玻璃的最佳选择。切板玻璃 的尺寸能轻松达到它们的两倍以上。以水晶宫的里一件巨幅浇铸玻璃板为例， 其尺寸达到1 9 f t 1 0 f t ( 5 8 m 3 m ) ，这几乎相当于现在所能生产出来的浮法 武议理i 大学硕十学位论文 玻璃的最大尺寸。期间玻璃税率不断减少，在1 9 4 5 年，英国政府完全取消了 玻璃税，冠状玻璃( 图4 - 4 ) 逐渐减少并最终消失。由于蒸气机被引入玻璃的研 磨和抛光程序，使得平板玻璃的成本大大降低，在1 9 世纪加年代，玻璃的 价格已经降低到5 先令每平方英尺这使玻璃不再是有钱人的奢侈品。而是一 种大量使用的建筑材料同时，钢结构的产生使人们期待一种以钢铁和玻璃 为中心的新建筑，平板玻璃的制造方法急切需要改善，这一切加快了玻璃制 造工艺的研发。 图4 3图44 年1 9 _ l 纪朱，玻璃生产技术从经验主义发展成为具有科学性的专业技术。 在浇铸玻璃法后，人们又发明了冲压玻璃( 制玻璃砖的基础) ，拉制片状玻璃以 及经过二次加工的安全玻璃和强化玻璃。2 0 世纪5 0 年代，英国皮尔台顿玻璃 公司成功发明浮法玻璃( 图4 - 5 ) ，这个方法简单却巧妙，它将熔化的玻璃铺在 熔化的锡上，由于锡液表面是平坦光滑的，所以玻璃制成品不用再作任何抛光 处理。浮法玻璃至今仍是晟完荚的玻璃制法，虽然它制出的玻璃的明亮度没有 旧法的好，因为玻璃与锡接触的面不可避免的要扶暗一些，但是浮法在玻璃厚 度上的弹性、成本的控制以及其连续作业的特性使其在建筑玻璃制造业上拥有 统治地位。 当然，浮法也不是没有缺点。采用浮法的玻璃厂在设想中是一年三百a 十 h 天，一天二r 四小时，时时运转的，如果生产程序被停，锡液就会固化。另 一个缺陷就是要花费很长的时问政变原始配料的成份，柬生产不同颜色的玻璃。 生产带颜色的玻璃需要几种特殊的原料成份，如果要换原料，生产时间比生产 武汉理t 大学硕+ 学位论文 普通玻璃要多上几倍，因此，唯一的选择就是每一种有色玻璃单独设立一道生 产线。这就对生产程序设计及每种有色玻璃的市场需求预测提出了很高要求。 这些困难使得建筑超自玻璃，一种没有杂质和颜色的玻璃，即卢浮宫金字塔所 使用的，只能用古老的浇铸法制造和打磨，成本极其昂贵。 至今，浮法仍是玻璃初级制造的普遍方式，而各种二级加工模式则在不断 进步，为人们提供各种不同性质和用途的玻璃产品。 4 2 玻璃的材料性能2 i 韶嬲p 尊，譬雯精 图4 - 5 外艇耪囊 娩a ；麟嘴 建筑应该结合工业设计，这是包豪斯的理念。因为建筑的立面采用了越来 越多的批量生产的工业产品，产品的性质直接影响了建筑的外观。如果能够深 刻地理解和掌握材料的性能就可以在更多的领域发挥作用。下面就简要介绍建 筑玻璃的材料性能和产品种类： 4 2 1 玻璃材料的力学性能 力学性能玻璃的抗压强度由于玻璃的化学组成不同，相差极大，一般在 6 0 0 1 6 0 0 m p a 波动。荷载的久暂对抗压强度影响很小，但在高温下，抗压强 度就会急剧下降。玻璃的抗拉强度是决定玻璃品质的主要指标，通常为抗压强 度的1 1 4 1 1 5 ，约4 0 1 2 0 m p a 。玻璃的抗弯强度取决于抗拉强度的高低， 并随着荷载时间的延长和制品宽度的增加而减小。玻璃的弹性模量受温度影响 极大，一般在常温下玻璃具有弹性，弹性模量非常接近其断裂强度，因此脆而 易碎。普通玻璃的弹性模量为6 0 0 0 0 7 5 0 0 0 m p a ，随着温度升高它的弹性模量 2 1 w i g g i n t o n ( 英) m i c h a e l ，建筑玻璃，机械t 业 ；版 l ，2 0 0 3 6 1 武汉理工大学硕十学位论文 会下降，甚至会出现塑性变形。 4 2 2 玻璃材料的隔热性能 隔热性能玻璃在常温中其导热系数为铜的1 4 0 0 ，还会随着温度的升高而 增加。在能源危机中，玻璃被认为是一种非环保材料，而数据表明( 见表格) ， 玻璃只要运用得当，其隔热保温性能并不必其他材料差，建筑开口部分的尺寸 与节能的关系是不矛盾的。玻璃的热稳定性是指玻璃在温度剧烈变化时抵抗破 裂的能力。玻璃制品体积越大、越厚，热稳定性也越差。由于玻璃制品热胀冷 缩，内部会产生压、拉应力，所以玻璃制品的热稳定性在温度急剧上升时较好， 而急剧下降时较差。 4 2 3 玻璃材料的光学性