玻璃在建筑材料行业中的应用探究

玻璃材料

玻璃，经常被定义为金属氧化物与非结晶硅的混合物所形成的一种材料。这些成分使玻璃具有了一种无定型结构。然而这样的结构使玻璃有了更加好的透明度。大概5000年前，在古埃及，人们知道沙子、石灰和苏打粉可以用来制造玻璃，也就是钠钙硅酸盐玻璃。可是，较早的人造玻璃出现在公元前2500年左右。直到20世纪晚期，由于完全光滑的外观和更加先进的玻璃制造技术的出现，玻璃材料终于迎来了一个飞速发展的时代。玻璃是一种易碎的、坚硬的、通常为透明的材料。但是大多数玻璃材料的性质是可以通过添加其他的物质来改变的。比如，玻璃中的硼元素的含量决定了玻璃的防电与隔热的性质。因此，越来越多的不同种类的玻璃被发明与制造出来，并且被应用于不同的领域内。

玻璃的优缺点

1.优点

（1）装配玻璃在建筑物外墙可以高度提升建筑物的外观美感。

（2）玻璃的轻重量能减轻建筑物的重量和建筑物对于自身与地基的压力。

（3）玻璃的耐久性优于其他的建筑材料。

（4）玻璃是现下更环保的材料。进入建筑物里面的光量可以由玻璃来控制。它可以节省建筑物使用的能量，真正实现建筑物与环境的友好和谐共存。

2.缺点

（1）适合建造玻璃结构的区域十分有限。

（2）玻璃比其他传统建筑材料更加昂贵。

玻璃材料与传统建筑材料的对比

与传统建筑材料相比，玻璃的开放性使建筑物内的人们可以享受室外的绿茵与美景。这可以让使用者回归大自然并且创造一个不可思议的工作环境与氛围。相对于传统建筑来说，玻璃结构可以使建筑与环境更加和谐统一。从另一方面来说，玻璃的物理性质与化学性质都很容易改变，由于这一特性，玻璃材料更加广泛的被应用并且适用于更多的应用领域。由于不同领域的需要，彩釉玻璃、防火玻璃、硬化玻璃等都被研发出来并且投入使用。它们被用作装饰窗户、墙体甚至于立柱与横梁。然而玻璃材料有优越性的同时也有一些问题需要被关注。调查显示，玻璃的透明性有些时候可能会导致一些个人隐私方面的问题。英国镜报报道，伦敦塔桥空中走廊的玻璃部分，由于一个啤酒瓶的掉落在上面而出现裂纹，这一案例将玻璃材料的安全性又推到了风口浪尖。

卢浮宫的玻璃倒金字塔

法国巴黎卢浮宫玻璃金字塔已经成为了巴黎的一个城市地标。但卢浮宫地下的玻璃倒金字塔，同样也是玻璃结构的一个大师级杰作。这两个玻璃金字塔是由著名美籍华裔建筑设计师贝聿铭所设计，著名爱尔兰结构工程师和建筑设计师彼得·赖斯也应邀参与到了玻璃倒金字塔的设计与建造中。他们都是玻璃结构领域的先驱者与创新者，尤其是彼得·赖斯。这个倒金字塔是被设计作为一个光源的存在，将外面的太阳光反射进入地下的商业区与展览区，它也作为一个装饰元素，让整个地下大厅更加的富丽堂皇。同时玻璃具有出色的外观与其特有的透明性，因此，玻璃被用来作为倒金字塔的主要建筑材料。

倒金字塔的每一个面都由上面作为金字塔的底部边缘的混凝土构建延伸下来。这些面都由菱形玻璃板构成，并且每四个玻璃板都由一个十字形连接器，从内外两部分都接合在一起连接器的竖线部分传递和承受这些玻璃般的恒重，然后横线部分阻止这些玻璃板可能的横向移动与绕轴转动的发生。由于这个倒金字塔会作为地下层的屋顶，悬挂在半空中，所以整个结构就会有掉落的趋势。为了解决这一问题，张力承受能力极高的一个整体悬索结构被用来作为主体的受力结构。

大量的小悬索被分别固定在每一个玻璃板的中心点来保持它们都在本身倾斜的位置不变。然后这些小的悬索再连接到主悬索网络和一些飞翔的金属小柱子上面。倒金字塔的整个结构中更有趣的部分就是这些金属小柱子。它们非常有效率地排列并且连接金字塔内部的这些悬索。如果去除这些柱子，金字塔内部的悬索必须连结在一个点来保证不同的玻璃板能够在一起，成为一个完整的结构。如果连结点不是一个而是两个或者更多，悬索作用在玻璃板上的力会分别作用于不同的方向上。玻璃板会被分别拉向不同的方向，这样不能使每个面上的玻璃板都保持同一平面中，以保证金字塔面的平整。除了这些，对于不同玻璃板，悬索与玻璃板之间的夹角并不一样，甚至于存在很大的差距，这样会增加悬索拉力沿玻璃板方向的分量力的大小，不同玻璃板之间的压力也会增大，玻璃板的安全系数同样也就会降低。如贝聿铭与彼得·赖斯所设计，连接金属小柱子与玻璃板的悬索中的力可以作用于同一方向，并且是所有的玻璃板都是被水平拉住，拉往倒金字塔的中轴线。

同时，设计师设计了一些不同级别的金属柱子来分别限制不同的玻璃板。同一级别的金属柱子有悬索相连，形成一个长方体。同时，不同的长方体与地面由悬索彼此相连来形成整个悬索网络。由于这些元素与系统的存在，整个玻璃倒金字塔的主体能够稳定地悬挂在地下层的天花板之上，并且照亮整个地下层区域。除了玻璃倒金字塔的主体结构，它的“底部”，也就是屋顶部分的玻璃结构，也同样重要。倒金字塔顶部的悬索系统是独立于底部系统的。这是一个等级分明的悬索工作系统。

主体系统包含了横跨整个玻璃屋顶宽度的主要悬索网。为了支撑倒金字塔“底部”的玻璃板，带有小金属柱子的正方形支架来解决这个问题。这些小柱子被放在小悬索上面，而这些小悬索又与主体悬索结构连接在一起。这个结构可以保证所有的悬索处于张力之下，所有的金属柱子处于压力之下。这样可以更大可能的使用不同材料的特性来保证整个结构安全。屋顶的玻璃表面被建造成为一个非常平的金字塔形状，这样不仅可以把落在外部的雨水排出，并且可以增加反射进入地下层的光量。

发展前景

尽管玻璃已经成为了建造过程中更普遍的材料之一，但是其特殊的性质与持续增长的需求量，仍然促使着玻璃产品与应用的发展。在做研究时，要考虑两个方面。一方面玻璃材料可以有很多种制造方法，不同的方法可以制造出不同的种类的玻璃。另一方面，多种不同元素的加入与不同的制造方法，也可以使玻璃具有不同种的特性。用这种方法，可以制造出许多种具有不可思议的功能的玻璃。例如X光防护玻璃，由于这种玻璃中含有70%的铅氧化物，就可以防护X光与伽马射线的辐射。今天大多数的玻璃都是复合物。它们由许多具有不同功能的层所组成。如果增加或者改进这些不同的层，许多更加先进的玻璃可能会被制造出来。如智能电致变色玻璃中的电流可以控制从外部与内部通过玻璃的光与热辐射量。因此，可以减少用来降温与升温所用的能量。