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金属薄板——锌板


2017-11-23 10:56:07


    

 “锌板”的概念——为什么叫“锌板”而不是“钛锌板”


建筑中常用的锌(zinc)板是一种以锌为主要成分添加了极少量钛 (0.06%~0.20%)、铝、铜合金元素后形成的具有优良特性的现代金属材料,国内又俗称“钛锌板”。

“钛锌板”从字面上理解容易和以金属钛为主要成分的“钛板”引起混淆,所以我们认为“锌板”更容易为大家正确认识,也更反映其占比特点。


锌板的优点


锌中增加铜与钛后,锌板的特性变得更为优越,铜使合金的抗拉强度大幅提高,钛使合金板随时间变形的潜变抗性得到改善,四种金属的合金使板材膨胀系数降低。欧洲关于建筑用锌板的标准EN988规定了锌钛合金板的化学成分除了主要的锌(Zn)外,其中钛(Ti)含量为0.06%~0.20%,铝(Al)含量不超过0.015% ,铜(Cu)含量为0.08~1.00%,世界范围内建筑中使用的锌板大多是按照这个标准生产的。

锌板与空气中的二氧化碳和水接触时,化学变化过程有两个主要阶段,即氢氧碳酸锌层和碳酸锌层的形成,这种致密的氧化层作为一层保护膜防止内部的锌进一步腐蚀,确保金属板材长期的使用寿命。某独立的实验机构在德国鲁尔工业区对锌板进行了长达14年的监测,结果表明在排水坡度为3%的平屋面上的锌板面层的腐蚀消耗平均值约4µm/年。以常用的0.7mm厚屋面板计算,90年板材锈蚀厚度才达到原板的一半,其生命周期完全能够达到且超过我国二级的建筑物结构主体的耐久年限;在作为墙面板使用时(垂直排水),锌板面层消耗值低于1-2µm /年,0.7mm厚的锌板在完全免维护的情况下,理论生命期可达200年,完全可以达到甚至超越一级耐久年限的建筑物结构的生命周期,这意味着使用锌板饰面几乎可以达到一劳永逸的效果。

建筑中,锌板与常用的镀锌钢板和铝板相比较,拥有显著的优点。锌板具有自我保护特性,不需进行其他特殊的防腐处理,即使表面受损,凭借其自保特性可以重新形成一层保护层,防止腐蚀的进一步发生。镀锌板、铝板会因为磕碰等原因使表面的锌层或氧化膜划伤或脱落,进而被腐蚀,因此需花费额外的维护费用。

除此之外,锌合金易于成型、焊接,对周围环境不会造成污染,废物回收再利用率高。虽然锌板的价格相对较高,但考虑到其更长的生命周期,采用终身免维护的锌板是理想的、经济的选择之一。

根据不同金属的性质以及电化学原理,锌板可与铅、铝、不锈钢、有涂层的钢板相接触,避免与铜、无涂层的钢铁相接触,同时从高至低(从外至内)的金属组合顺序应为铝、锌、涂层钢板、铅、铜。

锌板及铝(镁锰)合金板的物理性质对比


锌板

铝(镁锰)合金板

密度

7.18g/cm3

2.72g/cm3

导热系数

109w/(m·k)

152w/(m·k)

熔点

420℃

654ºc

再结晶温度

300℃


纵向热膨胀

0.022mm/m·℃

0.024 mm/m·℃

概略重量(0.7㎜厚度)

5kg/ m2

2.72kg/m2

使用寿命(以0.7㎜厚度屋面板计算)

80~100

30~50

常用制造标准

欧洲EN988

欧洲EN485-2

自然未处理的原色锌板呈亮银白色,由于会在大气中渐渐氧化变色,因此常规建筑中使用极少。当然一成不变的建筑并不一定是每个建筑师所追求的效果,而这种氧化变色过程可以将时间观念加入到建筑中,在某些特殊建筑中使用能够表达特别的含义。

建筑中最为常用的锌板为工厂预氧化处理的银灰色,这种色彩与锌板在大气中自然形成的氧化层不同,它能够一直保持很长的时间直到预氧化层遭受破坏时,这对于保持建筑持久的形象以及维修更换板材时避免色差是相当有利的。除预制银灰色锌板外,某些公司还提供的预制黑灰色锌板以及特殊定制的彩色涂层处理的其他颜色锌板。

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德国莱茵辛克公司的各种色彩的锌板产品

锌板在建筑中的应用


锌作为屋面、檐口、雨水管以及其他建筑构件在建筑中的应用已有很长的历史了,甚至一些历史学家认为雅典的帕提农神庙一度就是采用锌板作为屋面材料的(未经证实)。

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古典形式建筑中常见的锌板屋面(图片案例仅是示意,并不代表其建造年代久远。)

现代冶炼工艺特别是锌钛合金工艺的诞生极大地促进了锌板在建筑墙面及屋面系统中的应用。丹尼尔·里博斯金(Daniel Libeskind)设计的柏林犹太人博物馆是建筑师最为熟悉的大面积使用锌板的建筑之一;斯蒂文·豪尔(Steven Holl)设计的芬兰赫尔辛基Kiasma现代艺术博物馆以0.8mm厚的莱因锌板作为一体化墙屋面材料。除此之外,众多的建筑大师如弗兰克·欧·盖里(Frank.O.Gehry)、扎哈·哈迪德(Zaha Hadid)也在其多个标志性建筑中也大量使用了锌板,体现了建筑特殊的地位和性格。

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德国柏林犹太人博物馆  建筑师:Daniel Libeskind

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芬兰赫尔辛基Kiasma现代艺术博物馆的墙屋面一体化曲面  建筑师:Steven Holl

建筑中锌板的典型形式及案例


立边咬接+平咬接:常见水平方向板材采用立边咬接,竖向板材采用平咬接,整体呈现竖条纹状肌理。当然也可以上下板材间采用立边咬接,水平方向板材采用平咬接,甚至任意方向的立边咬接,从而呈现出水平或斜向条纹肌理。

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立边咬接与平咬接构造示意图

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立边咬接+平咬接的构造细节

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广为人知的德国柏林犹太人博物馆的锌板墙面(采用德国莱茵辛克公司产品)

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英国格拉斯哥河畔博物馆(采用德国莱茵辛克公司产品)  

建筑师:Zaha Hadid

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苏州西交利物浦大学图书馆——斜向的立边咬接肌理

平咬接+平咬接:


上下板材及左右板材之间均采用平咬接的方式,整体呈现块状(瓦片状)肌理。


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荷兰阿姆斯特丹“鲸鱼”集合住宅(采用NedZink产品)

 建筑师:Cie.事务所/ Frits van Dongen 

普通住宅竟然也能用锌板墙面?(0.7mm的锌板大约1200元/平米,在昂贵的房价里能占比多少?)

传统檩条式:


(参见屋面的檩条式构造示意图)

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德国科隆博物馆——局部采用传统檩条式的锌板构造形式

其它:


当然,锌板也能如同其它金属板材加工为压型板、盒式快板,更加适应于快速安装,减少现场人工作业,同时工业化观感更强。

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不同形式的扣板(各种金属薄板均可加工成扣板)

(不同厂家生产的产品原理类似,但形式千差万异,可参考厂家产品目录选用。)

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德国柏林阿德勒斯霍夫科技经济园区的埃尔温.斯德哥尔大学中心

深灰色预处理的扣接式锌板(扣板)墙面

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常见的扣接板拼接方式

锌板表面同样也可以如其它金属冲压出各式凸凹纹理、穿孔板等等。

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德国莱茵辛克公司的一种凸凹纹理面板

锌板屋面:


锌板屋面的构造形式同样有立边咬接+平咬接、古典檩条式+平咬接、扣盖式+平咬接、扣接式+平咬接、平咬接+平咬接(瓦片式)的基本形式。这些适用于防排水要求更高的屋面构造一般更适用于墙面构造,因此对于墙屋面一体化的建筑形式采用金属薄板是相对更为合理的选择。

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典型的金属薄板(常适用于薄皮锌板、铜板、钛板等)屋面构造示意图

一般来讲,防排水性要求更高的屋面构造也同样适合于防排水要求低的墙面。

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常见的立边咬接锌板屋面(由于采用通长条板,上下方向没有出现平咬接)

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英国格拉斯哥河畔博物馆的墙屋面一体化锌板

锌板屋面——鱼鳞瓦式:


瓦片式构造常用于建筑屋面,当然也更能适用于墙面。小块面板的构造更适合于复杂的异形体块。

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莱茵辛克公司的一种鱼鳞瓦构造示意

(鱼鳞瓦形式包括但不限于这一种)


不同种类的金属薄板的构造原理都是类似的,虽然本文主说锌板,但构造的基本原理、方式同样适用于常见的薄铜板、薄钛板等。


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。曾著有建筑材料与构造类畅销书《建筑设计的材料语言》。予人玫瑰,手有余香……如认可本文内容,请将其转发给更多需要的人士!

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