建筑规划设计材料赏鉴（4）：玻璃纤维增强混凝土(GRC)特性与应用全解析

  近10年来，混凝土与水泥制品业迅猛发展，玻璃纤维增强混凝土(GRC)与超高性能混凝土(UHPC)被大量运用在建筑之中，本质上体现了建筑业的现代化和建筑部件工厂化生产的产业工业化进程。

  本篇文章通过与其他相似材料对比，通过案例尽量详尽的说明GRC的材料特性及在建筑规划设计中的应用。先看几个GRC建筑案例：

  可再生循环利用的绿色建筑材料。水泥与水发生水化反应后硬化，形成胶凝体——水泥石，把砂子（或其他集料）牢固地胶结在一起，并胶结锚固玻璃纤维，形成了拥有非常良好性能的材料。砂子在 GRC 中起填充和骨架作用，玻璃纤维起增强作用。

  GRC主要运用在建筑领域，用在建筑外立面装饰以及室内空间的外墙面装饰，也能够适用于建筑装饰构件和景观小品，是一种通过造型、纹理、质感与色彩来表达设计师想象力的新型材料。还有GRC轻质隔墙板、GRC保温板、通风管道、永久性管状芯模、永久性模板、工业建筑屋面构件、声屏障、自承载式地板、灌溉渠道等。

  最厚的构件壁厚不到30mm，最薄的构件壁厚5mm。由于壁薄，自然体轻。15mm 厚GRC，每平方米只有30kg 重，考虑演变和预埋部位凸出的重量，也不过50kg。如果有背负钢龙骨框架，每平方米总重量也在100kg 以内。强度高：

  GRC 表面质感是由模具质感所决定的。由于GRC 中没有粗集料，所用细集料的颗粒也比较细，因此，可以细腻、准确地表现不同的质感与纹理。既可以做的光滑如镜，也可以做的粗糙似石。复制的各种质感效果很逼真，是非常理想的仿真材料。GRC还可以附着质感面层，或与乳胶漆、氟碳漆等结合，仿出花岗岩、砂岩、红砖、瓷砖、木材、金属等各种质感。

  项目的窗户体现了马什拉比亚（mashrabiya 阿拉伯语： ，是一种突出的窗户，用雕刻的木质格子围绕，通常衬有彩色玻璃，是从中世纪到20世纪中期以来使用的传统阿拉伯建筑元素。）在当代建筑的重新诠释。

  为了实现这一“格子状凸窗”的效果，并兼顾降低太阳光对建筑物表面的热辐射的作用，福斯特团队设计了GRC外挂阳台幕墙。GRC 被选中作为阳台幕墙是因为它可以很容易地制作各种符合建筑师设计的建筑美学造型。同时GRC 也满足了节约能源和降低碳排放的要求，在环境协调性评价LCA /性能分析中，GRC 材料独占鳌头。

  25-30mm厚的GRC预制装配系统阳台幕墙在建筑功能上起到了一个外遮阳及自然通风的作用。外遮阳设计是降低太阳热辐射最有效、最廉价的手段，使用和维护成本都非常低，是一个非常科学合理的选择。并且按照Overshading 技术原理，建筑窗墙比设计为0.35，上部楼层约0.25，而下部楼层有较好的遮荫，所以将玻璃面积增加到0.45。

  GRC材料因其成型几乎不受形状限制，在现代建筑规划设计中慢慢的变多地被设计师应用于大型单曲与双曲建筑规划设计中，实现其天马行空的造型效果，最大限度地满足设计师的形态要求。

  GRC幕墙主要是采用背负钢架式安装方法，钢架结构有一定的位移调整能力，施工现场可以最大限度控制施工误差。同时，如果误差较大时，可根据现场尺寸重新制作局部幕墙板调整。

  剧院幕墙共使用了大小不一、曲率不同的11353块GRC板。通过设置合拢缝将整个结构划分若干个独立体系，分区域安装、卸载后，再进行整体合拢。

  整个鸟屿浮云外立面由657块GRC双曲板组成，站在高达33米的鸟屿浮云塔下，会感受到那巧夺天工的弧线，与自然巧妙的切合。

  建筑的主体墙面使用的是带有肌理的GRC人造石材。考虑形体、尺度、质感、运输和安装难度等诸多因素过后，最终使用的成品尺寸是2500x1000mm。每一块GRC板材都用机器进行了拉槽切割从而形成初级的肌理，肌理宽度50-80mm，然后又对每一块板材进行人工剔凿，使得最终每一块石材都呈现出来不同的肌理。

  意大利罗马Jubilee教堂（2003）建筑师：RICHARD MEIER及其合伙人建筑师事务所

  上图是白色派代表人物迈耶的Jubilee教堂在十年间的变化，经过一段时间后，由于受酸雨侵蚀，预制的白色混凝土壳形墙面板即使号称采用了“光触媒（TiO2）技术”也已经肮脏不堪、甚至会出现剥落、龟裂，清洗维护也是十分艰难，完全失去了“白色派”的冰清玉洁形象。

  长沙梅溪湖国际文化艺术中心在经过短暂的时间后，白色的GRC也已经显示出斑斑点点的污渍，效果大打折扣。

  混凝土的这种自洁性差、易污染、难以清理维护的缺点现在大多是靠表面的防护涂层来解决，涂层的耐久性能达到多久又是我们需要解决的问题。当然，随技术的发展，以后有可能通过材料自身的配方及加工方法来解决。

  目前，在建筑外装饰领域，主要用料有GRC和EPS等。EPS（Expanded Polystyrene）构件以高强度阻燃型聚苯乙烯为基体，耐碱玻璃纤维网格布作为中间层，外层由无机抗老化聚合物乳液复合成型。由于这两种材料都有无限可塑性特点，大范围的应用于各种建筑及其它装饰上面，因此非常受到设计师的青睐。

  就价格而言，GRC的价格要高于EPS。目前GRC的市场行情报价在400-1000元/平米不等，而EPS则基本在200元/平米以内。二者存在以下几个方面的区别：

  EPS的空腔结构使水的渗入极其缓慢，但长时间受紫外线照射，EPS表面会由白色变为黄色，且材料在某一些程度上呈现脆性；此外，EPS可溶解于汽油、柴油、煤油、甲苯、丙酮等有机溶剂，要良好的保护层。GRC构件则具有比较好耐久性，不怕紫外线照射，经得起风吹日晒雨淋，耐候性远高于一般的建筑材料。

  作为当年长安街少有的低密度高档社区，设计以法式贵族风情为建筑基调，突出尊贵荣耀的设计理念。设计师在建筑的上部空间采用白色的 GRC建筑细部处理，檐口、檐壁、额枋、通高壁柱等法式风格符号语言，简洁明晰的线条构图，不落俗套。

  立面设计以模块化的遮阳屏板组成，屏板的水平向的渐变赋予了立面流动性，和空中连廊一起形成桥与水的意向。这些不同斜度的屏板也改变了窗户的高度，控制室内空间的采光。

  这种复杂的结构和造型，构件品种多，外观要求高，只有在工厂预制定型，在现场才能精准的装配，达到建筑质量与美观的统一。该建筑采用钢结构骨架，墙体外立面、楼板、阳台等构件为GRC预制构件。

  GRC通常按照展开面积来计算价格。GRC装饰构件价格通常在300-400元/㎡。幕墙用板价格主要根据GRC造型的难度（比如单曲与双曲的差异)，以及根据工期所确定的模具重复使用率、安装工艺产品背负钢架、表面质感（光面、喷砂面、酸洗面、剁斧面等各种不同效果面)等因素来决定。