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最常见的不锈钢在建筑表皮中的应用


2017-11-27 16:03:22


    

不锈钢在我们的日常生活中随处可见,各种不锈钢的炊具、洁具、保温水壶等等应有尽有,甚至有德国公司开发出用于神奇的用于除异味的不锈钢产品。


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生活中常见的不锈钢炊具洁具等产品

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德国某公司开发的不锈钢除异味产品

虽然我们对不锈钢是如此熟悉,但建筑中我们所见的不锈钢产品大都还集中在一些建筑部品(如栏杆)、室内装饰上,应用于建筑表皮的不锈钢相对还所见较少。

不锈钢的基本概念


从字面意义理解,不锈钢就是不容易生锈的钢。

不锈钢是在普通碳钢的基础上,加入一组铬(Cr)的质量分数(Wcr)大于12%的合金元素的钢材。一定量的铬合金元素能使钢材表面形成一层不溶解于某些介质的坚固的氧化薄膜(钝化膜),这层薄膜使金属与外界介质隔离而不发生化学作用,保持金属光泽,也就是具有不生锈的特性。合金元素中除较多的铬外,还匹配一些其他的合金元素,如镍(Ni),使之在空气、水、蒸汽中都具有很好的化学稳定性,而且在许多种酸、碱、盐的水溶液中也有足够的稳定性,甚至在高温或低温环境中,仍能保持其耐腐蚀的优点。

不锈钢的分类方法较多,一般以金相组织进行分类为:铁素体(F)型不锈钢、马氏体(M)型不锈钢、奥氏体(A)型不锈钢、奥氏体-铁素体(A-F)型双相不锈钢、奥氏体-马氏体(A-M)型双相不锈钢和沉淀硬化(PH)型不锈钢。

从耐腐性能上,不锈钢有普通(一般)不锈钢和耐蚀钢两种,在空气或弱介质中能抵抗侵蚀的钢即可称为不锈钢,即一般的不锈钢;在某些强腐蚀介质中能抵抗侵蚀的钢称为耐蚀钢。在建筑中常用的为普通不锈钢。

不锈钢不仅具有很强的耐腐蚀性能,同时也有足够的强度和塑性,并且在一定高温或低温条件下具有稳定的力学性能。

 建筑中常用不锈钢各国编号及成分一览表

中国GB

美国ASTM

日本JIS

典型钢成分

0Cr19Ni9

(0Cr18Ni9)

304

SUS304

0.06%C

19%Cr

18%Cr

10%Ni


00Cr19Ni10

(00Cr18Ni10)

304L

SUS304L

0.03%C

19%Cr

18%Cr

10%Ni


0Cr17Ni12Mo2

316

SUS316

0.06%C

17%Cr

12%Ni

2.5%Mo

00Cr17Ni14Mo2

316L

STS316L

0.03%C

17%Cr

12%Ni

2.5%Mo

我国不锈钢编号方式为用国际化学元素符号来表示化学成分,用阿拉伯字母来表示成份含量(用千分之几表示C含量),如:1Cr18Ni9即表示0.1%C18%Cr9%Ni0Cr18Ni9即表示C≤0.08%18%Cr9%Ni 

这种编号方式对于非专业人员实在是过于复杂了,因此日常工作中,我们常采用美国、日本以固定数字来表示钢类系列的方法,如: 300系、400系、200系。

在建筑中最为常用的不锈钢标号为304、304L和316、316L的奥氏体不锈钢。

304不锈钢在建筑中用途最为广泛,具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能,冲压弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象,无磁性,但在海边等腐蚀、污染较大地区长期也易生锈。316不锈钢的耐蚀性和高温强度特别好,可在苛刻的条件下使用,加工硬化性好,无磁性,常用于海边城市的建筑外露构件,但其单价较304不锈钢要高。对于需要高温焊接的不锈钢应选用含碳量较少的304L或316L以减少高温对其强度及延展性的影响。不锈钢和铜、铝、铅、锌和镀锌钢板等接触使用时都不会产生电化腐蚀。

由于不锈钢具有优异的耐久性和良好的自清洁性,便于清洗,不易滋生细菌,因此它最适用于医院、食品加工、餐饮、酿造和化工等卫生条件要求较高的领域。

不锈钢的硬度高、耐磨性好,适合于人流量较大、易于污染、摩擦、碰撞的场所。

不锈钢的表面处理形式大致有五种,分为轧制表面加工、机械表面加工、化学表面加工、网纹表面加工和彩色表面加工。形成的产品常有抛光(镜面)、拉丝、网纹、蚀刻、电解着色、涂层着色等,它也可轧制、冲孔成各种凸凹花纹、穿孔板,加工成各种波形断面板,在建筑中应根据不同的部位、不同的要求选用。

亚光不锈钢板(喷丸、拉丝)


建筑中应用比例最大的亚光不锈钢板材常采用表面喷丸、拉丝处理,喷丸处理的板材没有明显纹理、更为质朴;拉丝处理的板材有浅浅的纹理效果(当然还取决于拉丝的深度),它们反射光线较为柔和,能隐藏板材表面某些细小的缺陷,形成我们常说的亚光效果。

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拉丝效果的亚光不锈钢板纹理

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拉丝不锈钢的反光效果(右侧为电解着色仿铜不锈钢)

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英国盖茨黑德音乐中心

建筑师:诺尔曼.福斯特建筑事务所

闪闪发光的曲面状金属屋面成为沿河的一大景观

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西班牙马德里美洲之门酒店室内四层走道

亚光的不锈钢同样能反射一定程度的光线,结合折面更是产生一种光怪陆离之感。

建筑师:Plasma Studio

镜面不锈钢


利用镜面不锈钢的反射特性可以产生意想不到的镜面成像效果。在室外时,镜面不锈钢反射了周围的环境,建筑消解在环境中,减少了建筑的体量感。当然,如果镜面不锈钢板表面积累了太多灰尘、污渍时,它的反光效果大为降低直至消失。

镜面不锈钢除了镜面反射效果外,由于抛光度越高则腐蚀物质越不易积聚,防腐蚀性能越好,因此在腐蚀性污染物浓度较高的环境以及易受污染腐蚀的部位使用抛光度高的产品也更为合适。

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奥地利维也纳工商大学某构筑物(地面进出风井?)

镜面反射的不锈钢将构筑物消解、融于环境中。

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美国麻省理工学院瑞和玛丽亚史塔特中心(The Ray and Maria Stata Center)

闪闪发光的镜面不锈钢板和众多其它材料结合着复杂的体块形式,组合成一个奇奇怪怪的复杂建筑。

建筑师:弗兰克.盖里

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上海同济大学建筑系馆的折线形镜面不锈钢板墙面形成的肌理

建筑师:张斌等

用于室内时,镜面不锈钢如同玻璃镜面反射了室内环境,更容易让人产生光怪陆离的感觉。

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上海同济大学建筑系馆室内的折线形镜面不锈钢板墙面

建筑师:张斌等

发纹不锈钢


发纹不锈钢即是通过研磨在不锈钢表面形成各种纹理效果,不同的纹理产生的效果差异较大,可以更好地表达建筑师的设计。(常见的拉丝不锈钢也可以说是发纹不锈钢的一种,只不过纹理简单未形成图案而已。)

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研磨成不同纹理的不锈钢表面

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美国波士顿新英格兰水族馆加建中独特的发纹不锈钢板

建筑师:SCHWARTZ/SILVER建筑师

穿孔不锈钢板


如同其它金属板材,不锈钢同样可以通过穿孔、镂空雕刻形成各种形式的穿孔(雕花)金属板材

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一种形式的穿孔不锈钢板
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西班牙巴塞罗那“论坛”建筑

建筑师:赫尔佐格&德梅隆

地面层室外吊顶及部分墙面,采用镜面不锈钢板上不规则穿孔的做法形成了特殊的质感,避免了机械的、完全镜面的反射成像效果,更加富于艺术想象性。

不锈钢板外墙的构造


不锈钢板外墙的构造常有两种方式——薄皮方式(一般在1.0mm厚度内),类似于薄皮锌板钛板、铜板的咬接式构造;厚板模式,类似于一定厚度钢板、铝板的构造。

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薄皮——咬接式构造

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金属薄皮典型的咬接式构造墙面

(适用于锌板、铜板、钛板、不锈钢板等耐腐蚀性能较好的金属薄板)

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厚板——切边、折边构造均可(根据设计)

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典型的金属板(厚板)构造示意图——切边构造的不锈钢板外墙

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典型的金属板(厚板)构造示意图——折边构造

(适用于铝板、耐候钢板、不锈钢板等)


建筑外表皮一般追求一定距离的大面效果,因此不锈钢板表面形式一般相对较为简单。用于室内的材料由于更靠近人的感官,因此更为注重质感肌理。随着现代加工技术的发展,室内用的不锈钢板材形式更是种类繁多、应有尽有,几乎是设计师能想到的形式都可以成为现实,有兴趣的建筑师可以更多地发掘。

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常见于室内的凸凹花纹不锈钢板

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常见于室内的蚀刻不锈钢板(花纹形式应有尽有)

室内设计选择不锈钢时应注意一些基本的原则。

人手容易触摸的部位如电梯轿箱内部,为避免留下不雅观的手印,应选用布纹表面、蚀刻表面或经过抗指纹处理的镜面不锈钢;

在某些部位如楼梯扶手需要采用分段或分块的不锈钢组合为整体,一般需采用焊接方式并对焊缝进行打磨修复并恢复到原有的表面质感,此时应选择现场可操作的拉丝或抛光处理的不锈钢,而不应选择有纹样的。


本文作者褚智勇,东南大学建筑系工学学士,北京建筑工程学院建筑学硕士,教授级高级建筑师,一级注册建筑师,现任教于北京工业大学建筑与城市规划学院。曾著有建筑材料与构造类畅销书《建筑设计的材料语言》。

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