¿Investigación sobre la aplicación del vidrio en materiales de construcción?

El vidrio se define generalmente como un material formado a partir de una mezcla de óxidos metálicos y silicio amorfo. Estos componentes dan al vidrio su estructura amorfa. Sin embargo, dicho mecanismo permite que el vidrio tenga una mejor transparencia. Hace unos 5.000 años, en el antiguo Egipto, se sabía que el vidrio, conocido como vidrio de silicato sodocálcico, podía fabricarse a partir de arena, cal y bicarbonato de sodio. Sin embargo, el primer vidrio fabricado por el hombre apareció alrededor del año 2500 a.C. No fue hasta finales del siglo XX que los materiales de vidrio finalmente marcaron el comienzo de una era de rápido desarrollo debido a la aparición de una apariencia completamente suave y una tecnología de fabricación de vidrio más avanzada. El vidrio es un material quebradizo, duro y, a menudo, transparente. Pero las propiedades de la mayoría de los materiales de vidrio se pueden cambiar añadiendo otras sustancias. Por ejemplo, el contenido de boro en el vidrio determina su resistencia eléctrica y sus propiedades de aislamiento térmico. Por lo tanto, cada vez se inventan y fabrican más tipos diferentes de vidrio y se utilizan amplificadores ópticos en diferentes campos.

2 Ventajas y desventajas del vidrio

2.1 Ventajas

1) La instalación de vidrio en la pared exterior de un edificio puede mejorar enormemente la estética del edificio.

2) El peso ligero del vidrio puede reducir el peso del edificio y reducir la presión del edificio sobre sí mismo y los cimientos.

3) La durabilidad del vidrio es mejor que la de otros materiales de construcción.

4) El vidrio es actualmente el material más respetuoso con el medio ambiente. La cantidad de luz que entra a un edificio se puede controlar a través del vidrio. Puede ahorrar la energía utilizada en los edificios y lograr verdaderamente una coexistencia amigable y armoniosa entre los edificios y el medio ambiente.

2.2 Desventajas

1) El área adecuada para las estructuras de vidrio arquitectónicas es muy limitada.

2) El vidrio es más caro que otros materiales de construcción tradicionales.

3 Comparación de materiales de vidrio y materiales de construcción tradicionales

En comparación con los materiales de construcción tradicionales, la apertura del vidrio permite a las personas en el edificio disfrutar de la vegetación al aire libre y del hermoso paisaje. Esto permite a los usuarios regresar a la naturaleza y crear un entorno y una atmósfera de trabajo increíbles. En comparación con los edificios tradicionales, las estructuras de vidrio pueden hacer que los edificios y el medio ambiente sean más armoniosos y unificados. Por otro lado, las propiedades físicas y químicas del vidrio se pueden cambiar fácilmente. Debido a esta característica, los materiales de vidrio se utilizan más ampliamente y son adecuados para más campos de aplicación. Debido a las necesidades de diferentes campos, se han desarrollado y puesto en uso vidrio esmaltado coloreado, vidrio ignífugo y vidrio templado. Se utilizaron como decoración, ventanas, paredes e incluso columnas y vigas. Sin embargo, si bien los materiales de vidrio tienen ventajas, también hay algunas cuestiones que requieren atención. Las investigaciones han demostrado que la transparencia del vidrio a veces puede provocar problemas de privacidad. El British Mirror informa que una parte de vidrio del Skywalk en el Tower Bridge de Londres se rompió después de que le cayera encima una botella de cerveza. Este caso ha puesto en primer plano la seguridad de los materiales de vidrio.

La Pirámide de Cristal del Louvre

La pirámide de cristal del Louvre en París, Francia, se ha convertido en un hito de la ciudad de París. Pero la pirámide de cristal invertida bajo el Louvre es también una obra maestra de la estructura de vidrio. Las dos pirámides de cristal fueron diseñadas por el famoso arquitecto chino-estadounidense I.M. Pei. El famoso ingeniero estructural y arquitecto irlandés Peter Rice también fue invitado a participar en el diseño y construcción de la pirámide de cristal invertida. Todos ellos fueron pioneros e innovadores en el campo de las estructuras de vidrio, especialmente Peter Rice. La pirámide invertida está diseñada como una fuente de luz, reflejando la luz solar exterior hacia las áreas comerciales y de exhibición subterráneas. También se utiliza como elemento decorativo para hacer más grandiosa toda la sala subterránea. Al mismo tiempo, el vidrio tiene una apariencia excelente y una transparencia única, por lo que se utiliza como material de construcción principal de la pirámide invertida.

Cada cara de la pirámide invertida se extiende desde la estructura de hormigón superior, sirviendo como borde de la base de la pirámide. Todas estas superficies son placas de vidrio en forma de rombo. Cada cuatro placas de vidrio se convierten en un conector en forma de cruz desde la parte vertical del conector, el peso constante similar al vidrio se transmite y se soporta desde el lugar donde se encuentran las partes interior y exterior. están conectados entre sí, y luego las secciones transversales impiden un posible movimiento lateral y rotación axial de estos paneles de vidrio. Debido a que esta pirámide invertida servirá como techo del sótano, suspendida en el aire, toda la estructura tendrá tendencia a colapsar. Para resolver este problema, se utiliza una estructura de suspensión integral con alta capacidad de carga de tracción como estructura principal que soporta tensiones.

Al centro de cada panel de vidrio se anclan una gran cantidad de pequeños cables de suspensión, manteniéndolos en sus respectivas posiciones inclinadas. Estos pequeños cables luego se conectan a la red de cables principal y a algunos puntales metálicos voladores. La parte más interesante de toda la estructura de la Pirámide Invertida son estas pequeñas columnas metálicas.

Dispusieron y conectaron estos cables de manera muy eficiente dentro de la pirámide. Si se quitaran las columnas, los cables dentro de la pirámide tendrían que conectarse en un punto para garantizar que los diferentes paneles de vidrio pudieran unirse para formar una estructura completa. Si no hay un punto de conexión, sino dos o más, la fuerza del cable de suspensión sobre la placa de vidrio actuará en diferentes direcciones. Las placas de vidrio se tirarán en diferentes direcciones para que las placas de vidrio de cada cara no se puedan mantener en el mismo plano para garantizar la planitud de la cara de la pirámide. Además de esto, para diferentes placas de vidrio, el ángulo entre el cable de suspensión y la placa de vidrio también es diferente, e incluso puede haber un espacio grande, lo que aumentará la fuerza componente de la tensión del cable de suspensión a lo largo de la dirección del vidrio. La presión entre ellos también aumentará y el factor de seguridad de la placa de vidrio también disminuirá. Según el diseño de I.M. Pei y Peter Rice, los agujeros en los cables que conectan las columnas metálicas y los paneles de vidrio pueden actuar en la misma dirección, y todos los paneles de vidrio se tiran horizontalmente hacia el eje central de la pirámide invertida.

Al mismo tiempo, el diseñador diseñó unas columnas metálicas a diferentes niveles para restringir los diferentes paneles de vidrio. Las columnas metálicas del mismo nivel están conectadas mediante cables de suspensión para formar un cuboide. Al mismo tiempo, se conectan diferentes cuboides al suelo mediante cables para formar una red de cables completa. Gracias a la presencia de estos elementos y sistemas, todo el cuerpo de la pirámide invertida de vidrio puede suspenderse de forma estable del techo del sótano, iluminando toda la zona del sótano. Además de la estructura principal de la pirámide invertida de vidrio, no menos importante es su "fondo", es decir, la estructura de vidrio del techo. El sistema de cables en la cima de la pirámide invertida es independiente del sistema en la base. Se trata de un sistema de trabajo en suspensión por capas.

El sistema principal consta de una red de cables principal que se extiende por todo el ancho del techo de cristal. Para sostener los paneles de vidrio en la "base" de la pirámide invertida, se utilizaron corchetes con pequeñas columnas de metal para resolver este problema. Estas pequeñas columnas se colocan sobre pequeños cables, que están conectados a la estructura de cables principal. Esta estructura asegura que todos los cables de suspensión estén bajo tensión y todas las columnas metálicas estén bajo compresión. De esta forma, se pueden aprovechar al máximo las características de los diferentes materiales para garantizar la seguridad de toda la estructura. La superficie de cristal del tejado tiene una forma piramidal muy plana, que no sólo drena el agua de lluvia que cae al exterior, sino que también aumenta la cantidad de luz reflejada en el suelo.

5 Perspectivas de Desarrollo

Aunque el vidrio se ha convertido en uno de los materiales más comunes en el proceso de construcción, sus propiedades especiales y su creciente demanda aún impulsan el desarrollo de productos y aplicaciones de vidrio. Hay tres aspectos a considerar al realizar una investigación. En primer lugar, los materiales de vidrio se pueden fabricar de muchas maneras y los diferentes tipos de vidrio se pueden fabricar de diferentes maneras. Por otro lado, la adición de muchos elementos diferentes y diferentes métodos de fabricación también pueden dar al vidrio diferentes propiedades.

Con este método se pueden producir muchos tipos de vidrio con funciones increíbles. Por ejemplo, el vidrio protector contra rayos X puede proteger contra la radiación de rayos X y rayos gamma porque contiene un 70% de óxido de plomo. Finalmente, la mayor parte del vidrio actual es compuesto. Están compuestos por muchas capas con diferentes funciones. Si se añaden o mejoran estas diferentes capas, se podrán fabricar gafas muchas más avanzadas. Por ejemplo, las corrientes eléctricas en el vidrio electrocrómico inteligente pueden controlar la cantidad de luz y radiación de calor que pasa a través del vidrio desde el exterior y el interior. Por lo tanto, se puede reducir la energía utilizada para refrigeración y calefacción.

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