美國建築大師路易斯‧康(Louis I. Kahn)曾說過,「建築師的責任是使每塊磚塊回歸其原有的位置。建築師不是實現自己的夢想,而是幫助磚塊實現自己的夢想。」
磚由粘土、頁岩、煤纖石等製成,壓碎後將其人工或機械模壓成型,然後乾燥並在約攝氏900度的氧化火焰中燒製。隨著窯爐溫度的變化,鍛燒的磚塊也會顯示出不同的顏色。紅磚作為一種簡單,耐用且便宜的建築材料,它已在全世界廣泛使用。標準尺寸使其具有出色的靈活性,各種尺寸的建築物都可以表現出良好的質感,貫穿人類建築史。
磚的基本物理特性是高抗壓強度和低抗拉強度(約為抗壓強度的10%)。它們不適用於拉伸和彎曲部件,因此影響它們在各種結構系統中的廣泛的應用;但是混凝土的抗拉強度也很低。為什麼混凝土現在成為最好的建築材料?這主要是因為工程師發現了混凝土和鋼筋的黃金組合。混凝土和鋼筋的線性膨脹係數相似。當溫度變化時,它們可以協調變形而沒有應力。混凝土還具有與鋼筋的良好粘結強度,以確保粘結強度,混凝土鋼筋的位置相對自由,鋼筋彌補了混凝土抗拉強度的不足。
而砌體與鋼筋之間的配合不是很完美,砌體只能在砌體的空心中心和外部混凝土中配置縱向鋼筋,而在水平灰漿接縫中只能配置水平鋼筋。

01.磚的歷史
「你對磚頭說:『磚頭,你想成為什麼?磚頭對你說:「我愛拱券」。您對磚頭說:『看,我也想要拱券,但是拱門非常昂貴。我可以在孔上做成混凝土石。』然後您繼續說:『磚頭,您怎麼看?「磚頭說:「我愛拱券」。——路易斯‧康
基於尊重材料特性的建築邏輯,磚一直用於主要受力的結構系統中。就像路易斯‧康(Louis Kahn)關於上述磚塊經典的對話一樣,磚塊的歷史可以說是檔案券的歷史。在這裡,並簡要介紹拱券的歷史。
拱券,拱和券的合稱,拱券是一種建築結構。簡稱拱,或券,又稱券洞、法圈、法券。它除了豎向荷重時具有良好的承重特性外,還有裝飾美化的作用;拱券是一種空心砌塊,由砌塊材料(磚,石頭,土坯)利用砌塊之間的橫向壓力製成。這種結構是在古羅馬手中發揚光大的,創造了古羅馬獨特的建築形式,並深深影響了整個歐洲和整個世界。
拱券技術早在公元前第 4千紀已在兩河流域出現,以後在巴比倫、亞述、印度、羅馬套用並有所發展。拱券在中國出現較晚,經歷了空心磚梁板、尖拱、折拱幾個發展步驟,到西漢前期形成。當時用桶形拱頂或拱殼穹窿建墓室,用券建墓門。最初的桶形拱頂由多道券並列構成,以後發展為各道券間磚石互相交錯,連成一體,稱縱聯桶形拱頂。後者整體性強,套用較多。五代十國時的王建墓所用桶形拱頂已很高大。
為了加強券的整體性,往往在券上隨形平砌一層磚或石,宋<營造法式>中稱繳背,清工部<工程做法>中稱伏。承重大的券或桶形拱頂可疊砌幾層券和伏。北魏建造的登封嵩岳寺塔的塔門已用二券二伏。到明清時,券、伏數已成為券門規模等級的標誌,最高等級用五券五伏。清工部《工程做法》所載也是五券五伏做法。拱券曲率初期較平緩,矢高與拱跨之比小於0.5,以後採用半圓拱,即高跨比為0.5,到明代多數為高跨比大於0.5的「三心拱」。清工部<工程做法>規定券高為跨度的0.55。
漢代磚造墓室桶形拱頂和宋以前磚塔上拱券大多數用泥漿砌造。宋代開始用石灰泥漿,明清時始純用石灰漿。
疊澀拱
在摺疊澀假券基礎上,公元前2世紀的羅馬人進一步發明了真正的拱形優惠券。券可以理解為拱門的基本元素。單層拱形結構(例如牆壁上的拱形門窗)就是券。
拱券
桶形拱頂是券的延伸。在混凝土發明之前,桶形拱頂是由多個試塊並排組成的。
桶形拱頂
穹頂是從拱形結構發展而來的結構,無需內部結構的支撐即可實現更大的空間跨度。它可以看作是一個以拱形為中心的結構。
穹頂
穹頂拱是羅馬人從管拱結構中創造出來的結構,是桶形拱頂的異化形式。
四瓣拱
和四瓣拱一樣,同樣是在方形的管拱上進行十字切割,由四份相同的部分組成,但頂部相比四重拱形成了更鮮明的十字形,所以羅馬人稱其為十字拱。
十字拱
十字拱雖然擺脫了承重牆,但無法像四瓣拱和桶形拱頂一樣依靠自身結構平衡側推力,於是羅馬人將十字拱按縱向排列,相鄰的部分互相平衡縱向的側推力。
肋架拱出現在羅馬帝國晚期,相比十字拱,肋架拱分出了承重部分和圍合部分,主要負荷集中在拱上,其餘部分用輕石板圍合,既節約了材料也減輕了拱頂的重量。
肋架拱
言歸正傳,讓我們回到這個問題的主角-紅磚。
02.磚頭尺寸
我想知道您是否有同樣的疑惑?為什麼磚頭的尺寸現在這麼大,而全世界的磚頭卻差不多?
某些人檢查了各種資訊,更令人信服的答案是,這主要是為了運輸和鋪設。磚必須小而輕,才能用一隻手撿起。對於世界上大多數人而言,拇指和其他手指之間的合適抓握距離約為4英吋(約100公釐),這決定了磚的寬度。以這個長度為單位,磚頭太小且效率低下;以這個高度為單位,磚塊又大又重。此外,由於倍數將有助於堆疊,因此長度,寬度和高度通常為4:2:1的倍數。因此,世界範圍內標準磚的具體大小會有所不同,但形式和大小基本相同。我國標準磚和德國DF磚的尺寸均為240x115x52mm。
03.磚色
某些人還有一個問題。為什麼「秦磚和漢磚」大多是藍磚,而我們現在看到的大多數磚是紅磚?
磚是用火燒粘土製成的。粘土含有鐵,通常粘土是紅棕色。鐵元素在1000度的高溫和足夠的氧氣(深紅色)下會被氧化成三氧化二鐵。因此,通常在露天窯(無屋頂窯)中燃燒的磚是紅磚。這種窯的簡單磚產量很高,但紅磚更易碎。
同樣是鐵元素,在缺氧的情況下鐵元素會成為四氧化三鐵,四氧化三鐵是黑色的,所以一般密閉窯(有頂的窯)裡氧氣少,燒出來的磚就是青磚。青磚相比於紅磚產量要低很多,因為青磚的窯都是有頂的,而這種圓頂是不能建造的很大的。所以青磚比紅磚產量低成本也高,但是青磚比紅磚更結實密度更大。根據建築的品質,古人選擇青磚。
04.砌磚法
磚作為離散性的建築材料,要建造就少不了砌築。雖然某些人自己沒砌過牆,但砌磚法在砌體規範中已有過詳細介紹。這裡也就不再詳述,僅將經典的幾種砌築方法為大家列一下。
從19世紀到20世紀,諸如鋼筋混凝土,鋼材和玻璃之類的現代建築材料層出不窮,並被廣泛使用。磚的使用越來越少。直到1950年代,密斯(Mies)風格的玻璃盒子開始在世界範圍內得到普遍認可,當代建築的美學越來越透明和輕巧。這時,沉重的磚塊使其脫離了主流建築材料的行列。但是這些磚塊還沒有消失,在某些設計師和手工藝人手中仍然充滿了生機。
05.承重結構
十字拱和肋骨拱等經典的結構形式,由於其結構受力合理,象徵意義明顯的特點,在當代諸多教堂建築中仍然被採用。
伊格萊西亞主教基督教堂(墨西哥)
古巴國家美術館(古巴)
烏拉圭設計師埃拉迪奧‧迪埃斯特(Eladio Dieste)藉由兩種巧妙的結構形式的自承式殼和高斯拱門創造了「讓磚塊漂浮」的視覺效果。

海鷗(烏拉圭)
自平衡殼是一組並排配置的殼。殼體的橫截面形狀是具有最合理作用力的懸鏈線,以確保在重力載荷下殼體中僅存在壓力。在中間跨度中,左右足弓的推力可以互相抵消。在側跨中設置水平橫樑,高剛度的側梁收集水平推力,並將其傳遞給與側柱組合的對角撐桿。殼體的縱向截面等效於梁,它將產生彎曲的拉應力和壓應力。在柱頂支撐部分中,拉力出現在殼體的頂部,因此將鋼筋配置在磚牆上的混凝土薄層中;例如,支點在殼管的兩端,而拉力出現在殼的中間跨度的下部。因此,鋼構拉桿將被埋在槽中。
SaltoBus客運站(烏拉圭)
工人基督教堂(烏拉圭)
高斯拱沿跨度的橫截面為懸鏈線。當剖面垂直於跨度方向移動時,懸鏈線的向量高度會相應變化,顯示為傾斜的「 S」形。它的起伏波峰出現在最可能發生不穩定性的中跨中,中點處的波形增強了殼體的剛度並避免了結構不穩定性。在跨度的兩端,曲面完全平坦,可以輕鬆與兩側的牆連接。一組外殼單元最後連接。在相鄰的「 S」形的高端和低端之間,在建築物的水平方向上形成一個長而窄的月牙形間隙,並排列了一個長玻璃天窗,為屋頂提供了畫龍點睛的效果。
Don Bosco學校體育館(烏拉圭)
如今,自由曲面非常流行,一些設計師嘗試將磚與自由曲面結合在一起。
瑪雅索瑪亞圖書館(印度)
藉著於現代計算技術,我們可以藉由各種找形演算法獲得合理的自由曲面形狀,並使表面主要為壓應力。這樣,可以充分利用磚的材料特性來實現形式和材料的內部統一。同時,它還允許設計師設計自由曲面,這是除了常用的混凝土外殼和鋼結構網格以外的另一種材料選擇。
瑪雅索瑪亞圖書館(印度)
EME3音樂節上的當代手工藝品(西班牙)
由諾曼‧福斯特(Norman Foster)設計的無人機機場用於向非洲提供醫療用品,以改善非洲及其他地區的健康和經濟狀況。設計師希望採用更便宜,更容易獲得的建築材料以及堅固且易於建造的結構,因此最終選擇了磚殼。
無人機機場(盧安達)
在巴拉圭兒童復健中心作品中,設計人員使用磚塊實現了鋼結構常用的網狀殼結構。建築效果令人印象深刻,但請仔細考慮網狀殼結構中的節點都是剛連接的節點,並且磚塊已連接。不適合傳遞彎矩。因此,某些人認為他的結構系統與結構材料的選擇不匹配。



兒童復健中心(巴拉圭)
06.表皮結構
如開篇時所提到的,作為建築材料的磚具有明顯的缺點,不適用於抗拉伸和抗彎曲性。如果僅在垂直載荷的作用下,設計人員可以使用合理的結構來避免磚的短板。但是,抗震設計已經成為當代結構設計中不可或缺的一部分,因此在磚的應用中會受到很多限制。例如,在我國的抗震設計規範中,砌體結構的高度不應超過21公尺。因此,當代設計師更傾向於將磚用於維護和表面結構,以表達特定建築物中磚的獨特材料質感。
隱身藝廊(伊朗)
幾千年來,磚牆的編織質地在建築過程中形成了各種難以估量的變化。在實踐過程中,當代建築師也已經開始嘗試新的磚石形式,例如像素化磚石。就像我們小時候玩的紅色和白色機器一樣,遊戲場景和角色都是由單個像素組成的,並且不斷變化的圖像可以藉由像素的變化來形成。這裡的像素與磚非常相似,設計人員在建造磚時也可以使用挖空,凹凸和其他技術來實現不斷變化的建築效果。
設計師還嘗試使用參數化工具對積木進行更多更改。在設計表皮時,可以使用諸如Grasshopper之類的參數化工具藉由改變外牆砌塊的堆疊位置和角度來表達隨風而變化的蒙皮形狀。此時,磚塊所表現出的質感是常用的玻璃和鋁板無法比擬的。
由於空間有限,有些情況無法一一列舉,一起欣賞。












