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2017-12-14 10:11:28
銅的基本知識(shí)
銅（Copper）是人類最早發(fā)現(xiàn)的古老金屬之一，人類使用銅的歷史長(zhǎng)達(dá)幾千年。在中國(guó)，銅文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，冶銅技術(shù)和青銅制品出現(xiàn)于原始社會(huì)末期，4000多年前的夏禹時(shí)代就有了青銅器，各地不斷考古發(fā)現(xiàn)的銅幣、銅鼎、鐘斛等印證了古老的中華文明。
金屬銅，元素符號(hào)Cu，密度為8.92g/cm3，熔點(diǎn)1083℃。銅具有許多可貴的物理化學(xué)特性，它的導(dǎo)熱率和電導(dǎo)率都很高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、抗張拉強(qiáng)度大、可塑性及延展性好、易熔接、耐腐蝕。
純銅呈淺玫瑰色或淡紫紅色，表面形成氧化銅膜后呈紫色，故純銅常稱紫銅。
銅在自然氣候條件下會(huì)被氧化形成致密的氧化亞銅保護(hù)層，長(zhǎng)期暴露于空氣中，受大氣中碳硫類酸性氧化物影響會(huì)形成藍(lán)綠色堿式碳酸銅、堿式硫酸銅，因此銅的氧化腐蝕過程經(jīng)歷淺玫瑰紅、紫紅、紅綠、棕色、藍(lán)綠色，整個(gè)過程大約持續(xù)十幾二十年并從此穩(wěn)定下來。銅的氧化保護(hù)層被破壞后會(huì)很快再生，重新形成保護(hù)層，這使其具有非常優(yōu)秀的抗腐蝕性能。
銅樣品
歐洲常見的歷經(jīng)多年已經(jīng)變?yōu)樗{(lán)綠色的銅質(zhì)雕塑
銅加入適當(dāng)?shù)匿\、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬元素后形成合金銅。
銅—青銅—黃銅樣本
黃銅（brass）是銅鋅合金；
青銅（bronze）是歷史上應(yīng)用最早的一種合金，為銅錫合金或其他除鋅鎳外其他元素如鋁、鈹、錳、硅的合金銅；
白銅（cupronickel）是以鎳為主要添加元素的銅基合金，呈銀白色，有金屬光澤，故名白銅。當(dāng)熔入紅銅中的鎳含量超過16%以上時(shí)，產(chǎn)生的合金色澤就變得潔白如銀，鎳含量越高，顏色越白。
西藏博物館的白銅日用工藝品
此外，為改善合金的工藝性能和機(jī)械性能，銅合金內(nèi)再加入其他合金元素，如鉛、鋅、磷等，形成了成份更為復(fù)雜的三元或四元青銅。
在建筑中較為常用的為黃銅，它的機(jī)械性能較純銅有所提高，性價(jià)比提高，不易生銹腐蝕。
世界范圍內(nèi)銅的儲(chǔ)量豐富，銅作為一種環(huán)保的原料廣泛地應(yīng)用于生活的不同領(lǐng)域。銅被公認(rèn)為是綠色的金屬，它經(jīng)久耐用，易于經(jīng)濟(jì)地回收重新使用。銅的回收利用工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，節(jié)能而且回收率高，幾乎可以完全再利用，在減少自然銅資源消耗的同時(shí)，又避免對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。
銅腐蝕得很慢，從而可以最大限度地減少其在環(huán)境中的流失，對(duì)環(huán)境非常有益，銅在自然環(huán)境中的濃度一直處于安全界限之內(nèi)。
銅可以被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，而不會(huì)對(duì)人的生命健康造成負(fù)面影響，迄今為止，在人類長(zhǎng)期的生活中還未發(fā)現(xiàn)與銅有關(guān)的職業(yè)病。銅對(duì)某些細(xì)菌的抑制作用更是為人們所重視，美國(guó)科學(xué)家的研究成果顯示，不銹鋼材質(zhì)的門把手上滋生著大量的病菌，而銅制構(gòu)件上細(xì)菌及微生物則不易存活。其他多個(gè)國(guó)家的生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)采用銅管作為供水管可以抑制或消滅水中的大量細(xì)菌，這也是銅質(zhì)供水管在如今數(shù)量眾多的新穎管材出現(xiàn)后仍然為廣大用戶所喜愛的主要原因之一。
銅在建筑中的應(yīng)用
在所有建筑常用金屬中，銅具有最好的延展性能，可以被加工成各種復(fù)雜的造型。純銅可以拉成很細(xì)的銅絲，制成很薄的銅箔，用作門把手、鎖具、合頁、燈飾、墻飾等，不但經(jīng)久耐用、抑菌衛(wèi)生，而且能夠顯示出厚重的歷史感和高貴典雅的氣息，深受世界各地的人們喜愛。
黃銅門框、扶手——長(zhǎng)期摩挲后形成的歷史感正是銅金屬高貴魅力所在。
美國(guó)波士頓市政廳廣場(chǎng)上的室外黃銅扶手，歷經(jīng)多年風(fēng)雨考驗(yàn)。
成都太古里方所書店入口
以紅銅板焊接的雕塑狀桶形體，據(jù)稱重達(dá)十六噸，將連接書店的自動(dòng)扶梯包裹。銅身經(jīng)過從內(nèi)而外的捶打拋光，再經(jīng)由藥水擦磨、灼燒等特殊藝術(shù)化處理，形成了特殊的效果。接近書店的扶梯下降過程中，宛若穿越時(shí)光隧道。
北京首都博物館室內(nèi)穿過屋面的傾斜銅柱體，采用了中國(guó)傳統(tǒng)的青銅紋樣。
銅板墻面、屋面
由于具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，銅非常適合于用作建筑外墻及屋面板材。在歐洲，銅在教堂等上層建筑屋頂上的應(yīng)用己有悠久歷史，許多古建筑的銅板穹頂至今仍然使用良好。
歐洲古典建筑中常見的綠色銅皮屋面
現(xiàn)代建筑中，由于銅加工技術(shù)的日益成熟，銅板的運(yùn)用逐漸由高貴走向大眾，許多公共建筑都大量采用銅板作為墻屋面材料。
將銅板大面積地應(yīng)用于外墻及屋面在國(guó)內(nèi)還較為少見，一方面和我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平有關(guān)，另一方面可能有習(xí)慣思維的誤導(dǎo)。我們常常認(rèn)為建筑中銅板的應(yīng)用價(jià)格較為昂貴，只能在一些講求身份的建筑物上使用，其實(shí)這種觀點(diǎn)是不科學(xué)的。DLE（Davis Langdon & Everest ）咨詢公司應(yīng)歐洲銅業(yè)協(xié)會(huì)和銅業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)的要求對(duì)銅板屋面與其他金屬板屋面作了科學(xué)的經(jīng)濟(jì)分析比較，結(jié)果清楚地說明銅板（0.6mm厚）屋面的綜合成本實(shí)際上和不銹鋼板（0.4mm厚）、鋅板（0.7mm厚）、鋁板（0.7mm厚）差不多，比鉛板（2.24mm厚）低約20%；以60年的周期比較，考慮到維修等費(fèi)用，綜合而言銅、不銹鋼成本最低，鉛、鋁、鋅依次增加，墻面系統(tǒng)的比較也可參考此數(shù)據(jù)。
德國(guó)KME公司是享譽(yù)世界的專業(yè)銅類建筑產(chǎn)品制造商，Tecu?（太古）建筑銅板也最為建筑師所熟知。該公司可以依據(jù)建筑師和客戶的要求，提供多種表面經(jīng)過預(yù)處理的產(chǎn)品： Tecu-Patina銅綠板、棕色的Tecu-Oxid氧化銅板、帶有金屬光澤的Tecu-Classic原銅板、雙面鍍錫的Tecu-Zinn錫銅板等。其中，Tecu-Classic原銅板在自然氣候中緩慢變色，如同生命體體現(xiàn)出時(shí)間的痕跡；Tecu-Zinn錫銅板者提供了類似于鋅板的效果。
（經(jīng)過預(yù)處理的板材表面更為穩(wěn)定，隨時(shí)間的變化較小，缺點(diǎn)是反而令建筑失去某些建筑師所追求的歷史感、時(shí)間感。甚至一些預(yù)處理的面板除了更好的耐腐蝕性能外已然沒有銅板的高貴視覺效果了。）
多種表面處理的Tecu?銅板
由于銅的極佳耐腐蝕性能，銅板墻面、屋面一般采用薄板形式（厚度常為0.6~0.7mm），其構(gòu)造與其它金屬薄板（如常見的鋅板、不銹鋼板、鈦合金板材）相同，多采用各種咬合構(gòu)造，其所形成的肌理與同樣類似于鋅板類薄板。
用于墻面的金屬薄板構(gòu)造（立邊咬接-平咬接）
用于屋面的金屬薄板構(gòu)造
（參閱“建筑師，你該了解的金屬屋面應(yīng)用系統(tǒng)!”）
荷蘭阿姆斯特丹科技博物館 建筑師:倫佐.皮阿諾
建筑如同停泊在港口的巨輪，標(biāo)志性很強(qiáng)，相比于大師的其他作品，它外觀較為平淡，也缺少令人賞心悅目的細(xì)節(jié)。
外墻整體采用綠色銅板，立邊咬接+平咬接構(gòu)造。船頭局部不知由于什么原因更換了一些銅板，新舊銅板的差異清晰顯示出來，雖然在此建筑中顯得不甚美觀，但是它給我們的設(shè)計(jì)提供了一些意外的思路：在設(shè)計(jì)中有意識(shí)地采用一些新舊不一、色澤不一的金屬板材按照一定的組合方式可以形成一些意想不到的效果。
漢斯.霍萊茵設(shè)計(jì)的德國(guó)柏林奧地利大使館
采用平咬接+平咬接的綠色銅板墻面
德國(guó)柏林北歐五國(guó)駐柏林大使館
總體規(guī)劃：伯格爾和帕基寧（Berger+Parkkinen）建筑師事務(wù)所
蜿蜒曲折的綠色銅板墻面將多個(gè)建筑體塊整合在一起，整個(gè)建筑群成為一個(gè)不可分割的整體。同時(shí)，高大的墻體也成為使館的安全屏障。
墻面采用梭形蒙皮單元組合的構(gòu)造，與常見的咬接構(gòu)造完全不一樣。
杭州壹向大樓
建筑師：戴維德.奇普菲爾德
除了梁柱位置外，窗檻墻采用立邊咬接構(gòu)造。
預(yù)處理成棕色的銅板從視覺效果上看缺少了有一定反光的金屬銅板的高貴，材料的視覺效果顯得較為平常。
建筑大師埃羅·沙里寧設(shè)計(jì)的美國(guó)麻省理工學(xué)院體育館禮堂
采用立邊咬接+平咬接的綠色銅板屋面（排水溝采用黃銅板焊接形式）
同其他金屬板材一樣，銅材、銅板也可以進(jìn)一步加工為壓型板、穿孔板、 金屬網(wǎng)，只不過平時(shí)所見相對(duì)較少而已。
讓.努維爾設(shè)計(jì)的瑞士盧塞恩國(guó)際會(huì)議中心的瓦楞形斷面壓型穿孔板（看似銅板，未經(jīng)考證）。
美國(guó)愛荷華州得梅因公共圖書館
（圖片來源于http://www.flickr.com/ 作品所有者bryan.norwood）
采用特殊的幕墻中空玻璃，在陽光下顯示出特殊的色彩和質(zhì)感。其中外層為特殊的夾層玻璃（夾層為紅色拉伸銅板網(wǎng)），可以避免炫光、減少陽光輻射，同時(shí)又具備一定的視線穿透性。
美國(guó)愛荷華州得梅因公共圖書館外墻特殊夾層玻璃近景
（圖片來源于http://www.flickr.com/ 作品所有者turtlemoon）
出于對(duì)古銅色澤的喜愛，同時(shí)又為了降低成本，以各種工藝仿照銅板效果的板材越來越多，如采用鋁合金、不銹鋼等其它金屬基材表面進(jìn)行鍍層處理或以鋼板、塑料板材等與銅板面層形成復(fù)合板材等手段均能達(dá)到銅板的視覺效果。許多廠家的產(chǎn)品能達(dá)到以假亂真、甚至超越常規(guī)銅板的效果。
某鋁合金窗框（鋁包木窗）通過鍍層處理的仿拉絲銅板效果
某廠家生產(chǎn)的仿銅拉絲鋁板
國(guó)內(nèi)的銅生產(chǎn)、加工廠商眾多，銅加工技術(shù)也是達(dá)到了一定的高度，但銅產(chǎn)品大部分還局限于工業(yè)用銅板、銅絲、建筑室內(nèi)裝飾部件等。隨著我國(guó)建筑從大批量建造的重?cái)?shù)量階段過渡到重質(zhì)量的階段，相信耐候性更好、更為高貴典雅的銅板將越來越多地出現(xiàn)在建筑表皮中。
本文作者褚智勇，東南大學(xué)建筑系工學(xué)學(xué)士，北京建筑工程學(xué)院建筑學(xué)碩士，教授級(jí)高級(jí)建筑師，一級(jí)注冊(cè)建筑師，現(xiàn)任教于北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院。曾著有建筑材料與構(gòu)造類暢銷書《建筑設(shè)計(jì)的材料語言》。
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