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曲面玻璃幕墙

曲面玻璃幕墙的实现无非是两种基本方式：

1.以小块平板方式拟合曲面，常见以四边形平板居多，这种方式较为适合弯曲半径较大的曲面。除了四边形外，以三角形面板（三点成面）结合网壳拟合曲面适应力最强，常用于复杂的、曲率大的形体。

这种多个平面组合以拟合曲面的方式简单高效，常形成折面特有的光影效果。


© 王晓川


© David Robson.（CC BY-NC-ND 2.0）
英国Sage Gateshead音乐中心（2004）
建筑师：Foster事务所
以平板的折面拟合曲面，简单高效，同时在光线照射下形成特有的折面效果。


© 褚智勇


© 褚智勇
英国伦敦瑞士再保险大厦（2003）
建筑师：Foster事务所
以三角形、菱形平板拟合相对规则的曲面。


© 褚智勇


© 褚智勇
德国法兰克福MyZeil购物中心（2009）
建筑师：fuksas事务所
三点一面，三角形平板是最容易拟合曲面的现状，特别是复杂的、无规律的异形。

2.以多块曲面玻璃组合形成整体的曲面形式，它整体柔顺感更好，也更适合曲率大的曲面。


北京中国银行大楼的球形雨棚    © 巩祎临


© tanakawho（CC BY-NC 2.0）


© tanakawho（CC BY-NC 2.0）
采用弧形玻璃拼接而成的圆柱形幕墙，与平板玻璃折面拟合相比更为光滑柔顺。


© jaime.silva（CC BY-NC-ND 2.0）
西班牙毕尔巴鄂的地铁出入口（1995）
建筑师：Foster事务所
热弯玻璃形成的圆润形体。

曲面玻璃通长有两种加工方式——热弯曲面玻璃、冷弯曲面玻璃。

热弯曲面玻璃

热弯玻璃自19世纪以来一直在使用，但真正普遍使用是1990年代后。随着自动化加工机械的发展，这种热弯工艺操作也越来越简单，加工成本也越来越低，但玻璃弯曲后的运输无疑较平板玻璃成本更高。

热弯曲面玻璃加工的基本原理如下：将裁切好的平板玻璃均匀加热至550（热弯退火）-650oC（热弯钢化）左右的温度，在此温度下玻璃变为粘塑性状态，失去其脆性和刚度。软化后的玻璃平板放在特定弯曲形式的模具上，通过重力变形后自然冷却获得退火曲面玻璃，或经（夹辊）机械压力成形后并经快速冷却形成钢化曲面玻璃。退火玻璃光学质量更好，机械压力成形的钢化曲面玻璃的光学质量则对模具非常敏感。

热弯工艺理论上来说可以通过特定的模具获得各种曲面形式如常见的单曲圆弧形、S曲线形、球面形以及各种复杂的无规律的自由曲面。涂层、彩釉印刷的平板玻璃一般同样可以热弯，曲面玻璃也同样可以组合为夹层玻璃、中空玻璃。


©André Meyer-Vitali（CC BY 2.0）


©Piet De Kersgieter（CC BY-NC-ND 2.0）


©trevor.patt（CC BY-NC-SA 2.0）
比利时安特卫普MAS博物馆（河畔博物馆，2011）
建筑师：Neutelings Riedijk事务所
规则弧面玻璃幕墙形成的视觉效果。


©Arthur Weidmann（CC BY-NC-SA 2.0）


©Arthur Weidmann（CC BY-NC-SA 2.0）
法国巴黎La Samaritaine百货公司更新（2020）
建筑师：SANAA 事务所
以波浪形玻璃面板完全覆盖建筑立面，形成双层幕墙的构造。


日本东京PRADA专卖店（2003）       ©褚智勇
建筑师：Herzog & de Meuron事务所
局部菱形的鱼眼状热弯玻璃让单一的幕墙分块有了点变化。

考虑到加工成本、效率，早期应用于建筑中的曲面玻璃大多采用单一的曲面形式。随着建筑设计中无规律的异形形体越来越多，曲面玻璃也呈现出少量、互有差异、定制化的趋势。


©Ninara（CC BY 2.0）


©Jacqueline ter Haar（CC BY 2.0）
法国巴黎路易威登基金会艺术中心（2014）
建筑师：弗兰克·盖里（Frank Owen Gehry）
帆状曲面由3584块夹层玻璃制成，每块均是经过热弯的独特形状，以适应整体曲面。曲面整体圆润，无任何顿挫感。


©Mariano Mantel（CC BY-NC 2.0）


©wsifrancis（CC BY-NC-ND 2.0）


©Ruud van Eck（CC BY-NC-ND 2.0）
奥地利Innsbruck nordpark电缆火车站（2007）
建筑师：Zaha Hadid事务所
典型的扎哈式建筑，采用热弯玻璃拼接而成。无疑，这种无规律的曲面形式使每块玻璃都呈现出不一样的形式，对热弯模具的组合控制要求更高。

冷弯玻璃

冷弯玻璃，顾名思义即是在常规温度下制成的曲面玻璃，它利用平板玻璃一定的可变形能力，将玻璃平板弯曲并用夹具或结构胶固定在非平面的刚性框架上进而形成一定的曲面，这是一种较为经济的形成曲面玻璃的方法。

冷弯玻璃原片一般采用钢化玻璃。鉴于玻璃材料的脆性，冷弯玻璃适应的曲率较小，一般来讲，最小冷弯半径约为玻璃厚度的1500倍（如10mm 玻璃的弯曲半径15m；而与之相对应的，10mm玻璃热弯半径可达250-300mm。），因此冷弯玻璃适合曲线变化平缓的玻璃幕墙。

夹层玻璃特别适合冷弯，其冷弯半径相对也可以小一些。

中空玻璃也可以采用冷弯的方式形成曲面，但由于增加了间隔条、密封胶及空腔，相对面临的问题更多，这需要更为专业的顾问去解决。


冷弯玻璃示意图  ©Jürgen Neugebauer（CC BY-NC 4.0）

冷弯玻璃的独特优势主要是由于较少的扭曲和反射，因此具有更好的光学质量。同时，冷弯工序可以直接在工地现场完成，因而其运输更为方便。


©Коля СанычCC BY-ND 2.0


©Marko Polo（CC BY-SA 2.0）
俄罗斯莫斯科进化塔
建筑师：RMJM+Karen Forbes+Philipp Nikandrov （GORPROJECT）
扭转的建筑形体看似变化很大，但具体分格到每个幕墙面板单元实则变形很小，采用冷弯方式也是适得其所。


©褚智勇


美国纽约IAC大楼（2007）  ©褚智勇
建筑师：Frank Gehry事务所
12'x5'中空玻璃面板，现场冷弯以拟合曲面形式。体块形式看似复杂，但分开到每一块面板，变形较小，实际效果与早期平板拟合曲面差异不大。


©Monika Neumann（CC0,Pixabay.com）


©Patrick Müller（CC BY-NC-ND 2.0）
法国斯特拉斯堡火车站（2006）
建筑师：AREP（Jean-Marie Duthilleul）

固定在曲面较为平缓圆滑的刚性骨架上的冷弯夹层玻璃（6mm钢化丝网印刷超白玻璃+胶片+6mm low-e钢化玻璃）。

冷弯玻璃通俗的理解就是“硬掰”。玻璃能够在安全范围内变形到什么程度？对于复杂、无规则曲面体如何划分面板网格以适应冷弯玻璃？一些科研机构根据冷弯玻璃的特点专门研发了相应的软件使这些工作变得更为简单。