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红砖,作为建筑外墙竟是如此的美

2020年10月09日 17:10:39来源:iStructure2017 作者:iStructure 浏览数:268 责任编辑:秦岩总编

什么是红砖?原以为只能用来砌墙,作为建筑外墙却如此之美

“建筑师的责任是使每块砖块回归其原有的位置。建筑师不是实现自己的梦想,而是帮助砖块实现自己的梦想。”——路易斯·康

砖由粘土,页岩,煤纤石等制成,压碎后将其人工或机械模压成型,然后干燥并在约900摄氏度的氧化火焰中烧制。随着窑炉温度的变化,煅烧的砖块也会显示出不同的颜色。红砖作为一种简单,耐用且便宜的建筑材料,它已在全球范围内广泛使用。尺寸标准使其具有出色的灵活性,各种尺寸的建筑物都可以表现出良好的质感,贯穿整个人类的建筑历史。

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布谷鸟屋(越南)

砖的基本机械特性是高抗压强度和低抗拉强度(约为抗压强度的10%)。它们不适用于拉伸和弯曲部件,因此影响它们在各种结构系统中的广泛的应用。

进一步阅读:但是混凝土的抗拉强度也很低。为什么混凝土现在成为最好的建筑材料?这主要是因为工程师发现了混凝土和钢筋的黄金组合。混凝土和钢筋的线性膨胀系数相似。当温度变化时,它们可以协调变形而没有应力。混凝土还具有与钢筋的良好粘结强度,以确保粘结强度,混凝土钢筋的位置相对自由,钢筋弥补了混凝土抗拉强度的不足。

而砌体与钢筋之间的配合不是很完美,砌体只能在砌体的空心中心和外部混凝土中布置纵向钢筋,而在水平灰浆接缝中只能布置水平钢筋。

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红砖花园(北京)

一、砖的历史

“你对砖头说:‘砖头,你想成为什么?砖头对你说:“我爱拱券”。您对砖头说:‘看,我也想要拱券,但是拱门非常昂贵。我可以在孔上做成混凝土石。’然后您继续说:‘砖头,您怎么看?“砖头说:“我爱拱券”。——路易斯·康

基于尊重材料特性的建筑逻辑,砖一直用于主要受力的结构系统中。就像路易斯·康(Louis Kahn)关于上述砖块经典的对话一样,砖块的历史可以说是档案券的历史。在这里,并简要介绍拱券的历史。

拱券,拱和券的合称,是一种空心砌块,由砌块材料(砖、石头、土坯)利用砌块之间的横向压力制成。这种结构是在古罗马手中发扬光大的,创造了古罗马独特的建筑形式,并深深影响了整个欧洲和整个世界。

最初,古罗马人从伊达尔人那里学到了堆积拱门的技术。他们通过逐层拾起砖石并向中心移动来分散较高的荷载。这是一个相对简单的拱形结构。

1、叠涩拱

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在折叠涩假券基础上,公元前2世纪的罗马人进一步发明了真正的拱形优惠券。券可以理解为拱门的基本元素。单层拱形结构(例如墙壁上的拱形门窗)就是券。

2、拱券

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筒拱是券的延伸。在混凝土发明之前,筒拱是由多个试块并排组成的。

3、筒拱

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穹顶是从拱形结构发展而来的结构,无需内部结构的支撑即可实现更大的空间跨度。它可以看作是一个以拱形为中心的结构。

4、穹顶

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穹顶拱是罗马人从管拱结构中创造出来的结构,是筒拱的异化形式。

5、四瓣拱

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和四瓣拱一样,同样是在方形的管拱上进行十字切割,由四份相同的部分组成,但顶部相比四重拱形成了更鲜明的十字形,所以罗马人称其为十字拱。

6、十字拱

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十字拱虽然摆脱了承重墙,但无法像四瓣拱和筒拱一样依靠自身结构平衡侧推力,于是罗马人将十字拱按纵向排列,相邻的部分互相平衡纵向的侧推力。

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肋架拱出现在罗马帝国晚期,相比十字拱,肋架拱分出了承重部分和围合部分,主要负荷集中在拱上,其余部分用轻石板围合,既节约了材料也减轻了拱顶的重量。

7、肋架拱

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言归正传,让我们回到这个问题的主角——红砖。

二、砖头尺寸

我想知道您是否有同样的疑惑?为什么砖头的尺寸现在这么大,而全世界的砖头却差不多?

小编检查了各种信息,更令人信服的答案是,这主要是为了运输和铺设。砖必须小而轻,才能用一只手捡起。对于世界上大多数人来说,拇指和其他手指之间的合适抓握距离约为4英寸(约100毫米),这决定了砖的宽度。以这个长度为单位,砖头太小且效率低下;以这个高度为单位,砖块又大又重。此外,由于倍数将有助于堆叠,因此长度,宽度和高度通常为4:2:1的倍数。因此,世界范围内标准砖的具体大小会有所不同,但形式和大小基本相同。我国标准砖和德国DF砖的尺寸均为240x115x52mm。

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三、砖色

小编还有一个问题。为什么“秦砖和汉砖”大多是蓝砖,而我们现在看到的大多数砖是红砖?

砖是用火烧粘土制成的。粘土含有铁,通常粘土是红棕色。铁元素在1000度的高温和足够的氧气(深红色)下会被氧化成三氧化二铁。因此,通常在露天窑(无屋顶窑)中燃烧的砖是红砖。这种窑的简单砖产量很高,但红砖更易碎。

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同样是铁元素,在缺氧的情况下铁元素会成为四氧化三铁,四氧化三铁是黑色的,所以一般密闭窑(有顶的窑)里氧气少,烧出来的砖就是青砖。青砖相比于红砖产量要低很多,因为青砖的窑都是有顶的,而这种圆顶是不能建造的很大的。所以青砖比红砖产量低成本也高,但是青砖比红砖更结实密度更大。根据建筑的质量,古人选择青砖。

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四、砌砖法

砖作为离散性的建筑材料,要建造就少不了砌筑。虽然小编自己没砌过墙,但砌砖法在砌体规范中已有过详细介绍。这里也就不再详述,仅将经典的几种砌筑方法为大家列一下。

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从19世纪到20世纪,诸如钢筋混凝土,钢材和玻璃之类的现代建筑材料层出不穷,并被广泛使用。砖的使用越来越少。直到1950年代,密斯(Mies)风格的玻璃盒子开始在世界范围内得到普遍认可,当代建筑的美学越来越透明和轻巧。这时,沉重的砖块使其脱离了主流建筑材料的行列。但是这些砖块还没有消失,在某些设计师和手工艺人手中仍然充满了生机。

五、承重结构

十字拱和肋骨拱等经典的结构形式,由于其结构受力合理,象征意义明显的特点,在当代诸多教堂建筑中仍然被采用。

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伊格莱西亚主教基督教堂(墨西哥)

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古巴国家美术馆(古巴)

乌拉圭设计师埃拉迪奥·迪埃斯特(Eladio Dieste)通过两种巧妙的结构形式的自承式壳和高斯拱门创造了“让砖块漂浮”的视觉效果。

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海鸥(乌拉圭)

自平衡壳是一组并排布置的壳。壳体的横截面形状是具有最合理作用力的悬链线,以确保在重力载荷下壳体中仅存在压力。在中间跨度中,左右足弓的推力可以互相抵消。在侧跨中设置水平横梁,高刚度的侧梁收集水平推力,并将其传递给与侧柱组合的对角撑杆。壳体的纵向截面等效于梁,它将产生弯曲的拉应力和压应力。在柱顶支撑部分中,拉力出现在壳体的顶部,因此将钢筋布置在砖墙上的混凝土薄层中;例如,支点在壳管的两端,而拉力出现在壳的中间跨度的下部。因此,钢制拉杆将被埋在槽中。

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SaltoBus客运站(乌拉圭)

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工人基督教堂(乌拉圭)

高斯拱沿跨度的横截面为悬链线。当剖面垂直于跨度方向移动时,悬链线的矢量高度会相应变化,显示为倾斜的“ S”形。它的起伏波峰出现在最可能发生不稳定性的中跨中,中点处的波形增强了壳体的刚度并避免了结构不稳定性。在跨度的两端,曲面完全平坦,可以轻松与两侧的墙连接。一组外壳单元最后连接。在相邻的“ S”形的高端和低端之间,在建筑物的水平方向上形成一个长而窄的月牙形间隙,并排列了一个长玻璃天窗,为屋顶提供了画龙点睛的效果。

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Don Bosco学校体育馆(乌拉圭)

如今,自由曲面非常流行,一些设计师尝试将砖与自由曲面结合在一起。

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玛雅索玛亚图书馆(印度)

借助于现代计算技术,我们可以通过各种找形算法获得合理的自由曲面形状,并使表面主要为压应力。这样,可以充分利用砖的材料特性来实现形式和材料的内部统一。同时,它还允许设计师设计自由曲面,这是除了常用的混凝土外壳和钢结构网格以外的另一种材料选择。

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玛雅索玛亚图书馆(印度)

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EME3音乐节上的当代手工艺品(西班牙)

由诺曼·福斯特(Norman Foster)设计的无人机机场用于向非洲提供医疗用品,以改善非洲及其他地区的健康和经济状况。设计师希望采用更便宜,更容易获得的建筑材料以及坚固且易于建造的结构,因此最终选择了砖壳。

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无人机机场(卢旺达)

在巴拉圭儿童康复中心项目中,设计人员使用砖块实现了钢结构常用的网状壳结构。建筑效果令人印象深刻,但请仔细考虑网状壳结构中的节点都是刚连接的节点,并且砖块已连接。不适合传递弯矩。因此,小编认为他的结构系统与结构材料的选择不匹配。欢迎大家讨论。

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儿童康复中心(巴拉圭)

六、表皮结构

如开篇时所提到的,作为建筑材料的砖具有明显的缺点,不适用于抗拉伸和抗弯曲性。如果仅在垂直载荷的作用下,设计人员可以使用合理的结构来避免砖的短板。但是,抗震设计已经成为当代结构设计中不可或缺的一部分,因此在砖的应用中会受到很多限制。例如,在我国的抗震设计规范中,砌体结构的高度不应超过21米。因此,当代设计师更倾向于将砖用于维护和表面结构,以表达特定建筑物中砖的独特材料质感。

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隐身画廊(伊朗)

几千年来,砖墙的编织质地在建筑过程中形成了各种难以估量的变化。在实践过程中,当代建筑师也已经开始尝试新的砖石形式,例如像素化砖石。就像我们小时候玩的红色和白色机器一样,游戏场景和角色都是由单个像素组成的,并且不断变化的图像可以通过像素的变化来形成。这里的像素与砖非常相似,设计人员在建造砖时也可以使用挖空,凹凸和其他技术来实现不断变化的建筑效果。

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设计师还尝试使用参数化工具对积木进行更多更改。在设计表皮时,可以使用诸如Grasshopper之类的参数化工具通过改变外墙砌块的堆叠位置和角度来表达随风而变化的蒙皮形状。此时,砖块所表现出的质感是常用的玻璃和铝板无法比拟的。

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结论

自加入工作以来,小编从未设计过砖房,而且砌体规范仅在注册考试期间进行了审查。大约两年前,Xiaoi写了一篇有关结构大师Dieste的推文。第一次,他对传统的砖结构材料感到震惊。事实证明,砖瓦不仅可以在我的童年记忆中建造砖瓦住宅。

两年后,我写了一条关于砖的推文。我记得当时我的震惊可能主要是由于我对砖块缺乏了解。我下意识地认为砖是相对较弱的材料。在过去的两年中,我对各种结构材料有了更深入的了解,现在,我回顾上面的各种情况,以分析材料和系统是否适合。这可能就像生活,没有最好,只有最合适。

由于空间有限,有些情况无法一一列举,下面与大家一起来欣赏一下。

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参考

1、知乎:精罗落泪,古罗马光辉的拱技术!——鱼雨玉

2、知道:为什么砌体结构工程无法达到钢筋混凝土结构工程的高度?——张昕宇

3、知乎:标准砖头尺寸(240/115/53mm)是怎么确定的?为什么是这样的?——Archdevil

4、青砖的历史-店主说历史

【本站总编:秦岩     微信号:shaanture      新闻热线:13384928744】


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