铜的基本知识

铜（Copper）是人类最早发现的古老金属之一，人类使用铜的历史长达几千年。在中国，铜文化源远流长，冶铜技术和青铜制品出现于原始社会末期，4000多年前的夏禹时代就有了青铜器，各地不断考古发现的铜币、铜鼎、钟斛等印证了古老的中华文明。

金属铜，元素符号Cu，密度为8.92g/cm3，熔点1083℃。铜具有许多可贵的物理化学特性，它的导热率和电导率都很高、化学稳定性强、抗张拉强度大、可塑性及延展性好、易熔接、耐腐蚀。

纯铜呈浅玫瑰色或淡紫红色，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故纯铜常称紫铜。

铜在自然气候条件下会被氧化形成致密的氧化亚铜保护层，长期暴露于空气中，受大气中碳硫类酸性氧化物影响会形成蓝绿色碱式碳酸铜、碱式硫酸铜，因此铜的氧化腐蚀过程经历浅玫瑰红、紫红、红绿、棕色、蓝绿色，整个过程大约持续十几二十年并从此稳定下来。铜的氧化保护层被破坏后会很快再生，重新形成保护层，这使其具有非常优秀的抗腐蚀性能。

铜样品

欧洲常见的历经多年已经变为蓝绿色的铜质雕塑

铜加入适当的锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属元素后形成合金铜。

铜—青铜—黄铜样本

黄铜（brass）是铜锌合金；

青铜（bronze）是历史上应用最早的一种合金，为铜锡合金或其他除锌镍外其他元素如铝、铍、锰、硅的合金铜；

白铜（cupronickel）是以镍为主要添加元素的铜基合金，呈银白色，有金属光泽，故名白铜。当熔入红铜中的镍含量超过16%以上时，产生的合金色泽就变得洁白如银，镍含量越高，颜色越白。

西藏博物馆的白铜日用工艺品

此外，为改善合金的工艺性能和机械性能，铜合金内再加入其他合金元素，如铅、锌、磷等，形成了成份更为复杂的三元或四元青铜。

在建筑中较为常用的为黄铜，它的机械性能较纯铜有所提高，性价比提高，不易生锈腐蚀。

世界范围内铜的储量丰富，铜作为一种环保的原料广泛地应用于生活的不同领域。铜被公认为是绿色的金属，它经久耐用，易于经济地回收重新使用。铜的回收利用工艺相对简单，节能而且回收率高，几乎可以完全再利用，在减少自然铜资源消耗的同时，又避免对生态环境造成污染。

铜腐蚀得很慢，从而可以最大限度地减少其在环境中的流失，对环境非常有益，铜在自然环境中的浓度一直处于安全界限之内。

铜可以被应用于各个领域，而不会对人的生命健康造成负面影响，迄今为止，在人类长期的生活中还未发现与铜有关的职业病。铜对某些细菌的抑制作用更是为人们所重视，美国科学家的研究成果显示，不锈钢材质的门把手上滋生着大量的病菌，而铜制构件上细菌及微生物则不易存活。其他多个国家的生物学研究发现采用铜管作为供水管可以抑制或消灭水中的大量细菌，这也是铜质供水管在如今数量众多的新颖管材出现后仍然为广大用户所喜爱的主要原因之一。

铜在建筑中的应用

在所有建筑常用金属中，铜具有最好的延展性能，可以被加工成各种复杂的造型。纯铜可以拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔，用作门把手、锁具、合页、灯饰、墙饰等，不但经久耐用、抑菌卫生，而且能够显示出厚重的历史感和高贵典雅的气息，深受世界各地的人们喜爱。

黄铜门框、扶手——长期摩挲后形成的历史感正是铜金属高贵魅力所在。

美国波士顿市政厅广场上的室外黄铜扶手，历经多年风雨考验。

成都太古里方所书店入口

以红铜板焊接的雕塑状桶形体，据称重达十六吨，将连接书店的自动扶梯包裹。铜身经过从内而外的捶打抛光，再经由药水擦磨、灼烧等特殊艺术化处理，形成了特殊的效果。接近书店的扶梯下降过程中，宛若穿越时光隧道。

北京首都博物馆室内穿过屋面的倾斜铜柱体，采用了中国传统的青铜纹样。

铜板墙面、屋面

由于具有优异的耐腐蚀性能，铜非常适合于用作建筑外墙及屋面板材。在欧洲，铜在教堂等上层建筑屋顶上的应用己有悠久历史，许多古建筑的铜板穹顶至今仍然使用良好。

欧洲古典建筑中常见的绿色铜皮屋面

现代建筑中，由于铜加工技术的日益成熟，铜板的运用逐渐由高贵走向大众，许多公共建筑都大量采用铜板作为墙屋面材料。

将铜板大面积地应用于外墙及屋面在国内还较为少见，一方面和我国的经济水平有关，另一方面可能有习惯思维的误导。我们常常认为建筑中铜板的应用价格较为昂贵，只能在一些讲求身份的建筑物上使用，其实这种观点是不科学的。DLE（Davis Langdon & Everest ）咨询公司应欧洲铜业协会和铜业发展协会的要求对铜板屋面与其他金属板屋面作了科学的经济分析比较，结果清楚地说明铜板（0.6mm厚）屋面的综合成本实际上和不锈钢板（0.4mm厚）、锌板（0.7mm厚）、铝板（0.7mm厚）差不多，比铅板（2.24mm厚）低约20%；以60年的周期比较，考虑到维修等费用，综合而言铜、不锈钢成本最低，铅、铝、锌依次增加，墙面系统的比较也可参考此数据。

德国KME公司是享誉世界的专业铜类建筑产品制造商，Tecu®（太古）建筑铜板也最为建筑师所熟知。该公司可以依据建筑师和客户的要求，提供多种表面经过预处理的产品： Tecu-Patina铜绿板、棕色的Tecu-Oxid氧化铜板、带有金属光泽的Tecu-Classic原铜板、双面镀锡的Tecu-Zinn锡铜板等。其中，Tecu-Classic原铜板在自然气候中缓慢变色，如同生命体体现出时间的痕迹；Tecu-Zinn锡铜板者提供了类似于锌板的效果。

（经过预处理的板材表面更为稳定，随时间的变化较小，缺点是反而令建筑失去某些建筑师所追求的历史感、时间感。甚至一些预处理的面板除了更好的耐腐蚀性能外已然没有铜板的高贵视觉效果了。）

多种表面处理的Tecu®铜板

由于铜的极佳耐腐蚀性能，铜板墙面、屋面一般采用薄板形式（厚度常为0.6~0.7mm），其构造与其它金属薄板（如常见的锌板、不锈钢板、钛合金板材）相同，多采用各种咬合构造，其所形成的肌理与同样类似于锌板类薄板。

用于墙面的金属薄板构造（立边咬接-平咬接）

用于屋面的金属薄板构造

（参阅“建筑师，你该了解的金属屋面应用系统!”）

荷兰阿姆斯特丹科技博物馆  建筑师:伦佐.皮阿诺

建筑如同停泊在港口的巨轮，标志性很强，相比于大师的其他作品，它外观较为平淡，也缺少令人赏心悦目的细节。

外墙整体采用绿色铜板，立边咬接+平咬接构造。船头局部不知由于什么原因更换了一些铜板，新旧铜板的差异清晰显示出来，虽然在此建筑中显得不甚美观，但是它给我们的设计提供了一些意外的思路：在设计中有意识地采用一些新旧不一、色泽不一的金属板材按照一定的组合方式可以形成一些意想不到的效果。

汉斯.霍莱茵设计的德国柏林奥地利大使馆

采用平咬接+平咬接的绿色铜板墙面

德国柏林北欧五国驻柏林大使馆

总体规划：伯格尔和帕基宁（Berger+Parkkinen）建筑师事务所

蜿蜒曲折的绿色铜板墙面将多个建筑体块整合在一起，整个建筑群成为一个不可分割的整体。同时，高大的墙体也成为使馆的安全屏障。

墙面采用梭形蒙皮单元组合的构造，与常见的咬接构造完全不一样。

杭州壹向大楼

建筑师：戴维德.奇普菲尔德

除了梁柱位置外，窗槛墙采用立边咬接构造。

预处理成棕色的铜板从视觉效果上看缺少了有一定反光的金属铜板的高贵，材料的视觉效果显得较为平常。

建筑大师埃罗·沙里宁设计的美国麻省理工学院体育馆礼堂

采用立边咬接+平咬接的绿色铜板屋面（排水沟采用黄铜板焊接形式）

同其他金属板材一样，铜材、铜板也可以进一步加工为压型板、穿孔板、 金属网，只不过平时所见相对较少而已。

让.努维尔设计的瑞士卢塞恩国际会议中心的瓦楞形断面压型穿孔板（看似铜板，未经考证）。

美国爱荷华州得梅因公共图书馆

（图片来源于http://www.flickr.com/ 作品所有者bryan.norwood）

采用特殊的幕墙中空玻璃，在阳光下显示出特殊的色彩和质感。其中外层为特殊的夹层玻璃（夹层为红色拉伸铜板网），可以避免炫光、减少阳光辐射，同时又具备一定的视线穿透性。

美国爱荷华州得梅因公共图书馆外墙特殊夹层玻璃近景

（图片来源于http://www.flickr.com/ 作品所有者turtlemoon）

出于对古铜色泽的喜爱，同时又为了降低成本，以各种工艺仿照铜板效果的板材越来越多，如采用铝合金、不锈钢等其它金属基材表面进行镀层处理或以钢板、塑料板材等与铜板面层形成复合板材等手段均能达到铜板的视觉效果。许多厂家的产品能达到以假乱真、甚至超越常规铜板的效果。

某铝合金窗框（铝包木窗）通过镀层处理的仿拉丝铜板效果

某厂家生产的仿铜拉丝铝板

国内的铜生产、加工厂商众多，铜加工技术也是达到了一定的高度，但铜产品大部分还局限于工业用铜板、铜丝、建筑室内装饰部件等。随着我国建筑从大批量建造的重数量阶段过渡到重质量的阶段，相信耐候性更好、更为高贵典雅的铜板将越来越多地出现在建筑表皮中。

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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