新型建筑材料在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

閆詠

（深圳市政院檢測有限公司 深圳南山 518057）

引言

在建筑行業(yè)取得快速發(fā)展的同時(shí)，現(xiàn)代建筑工程數(shù)量也不斷增多。而伴隨著建筑規(guī)模的增大，各種復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題也隨之產(chǎn)生，對(duì)建筑材料應(yīng)用提出了更高的要求。加強(qiáng)對(duì)新型建筑材料的應(yīng)用，可以更好的滿足建筑工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。因此，還要加強(qiáng)對(duì)新型建筑材料在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析，從而更好的推動(dòng)建筑行業(yè)的發(fā)展。

1 建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)建筑材料的要求

在建筑工程建設(shè)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。而在材料選擇方面，不同于裝飾材料，建筑結(jié)構(gòu)材料為整個(gè)建筑物的主要承力部件，需要完成優(yōu)質(zhì)材料的選擇。所以在過去的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑材料的選用多追求實(shí)用性，需保證建筑受力層面能夠均勻合理。在西方建筑設(shè)計(jì)中，原始的石料器材由于具有較強(qiáng)的承力能力，所以得到了廣泛使用。但是隨著建筑材料和建筑工具的發(fā)展創(chuàng)新，建筑承力問題已經(jīng)能夠得到更好的解決，所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)材料的審美性提出了一定的要求，可塑性更強(qiáng)的木材開始得到廣泛應(yīng)用。在科學(xué)技術(shù)取得快速發(fā)展的背景下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料開始變得多元化，如鋼筋、混凝土等材料都得到了運(yùn)用，促使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向著兼容并蓄的方向發(fā)展[1]。在現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于資源能源的枯竭和新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，更多的節(jié)能環(huán)保能源材料得到了研發(fā)和應(yīng)用，以滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保要求。因此在研究建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題時(shí)，還要綜合考慮這些要求進(jìn)行建筑材料的選用。

2 新型建筑材料在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

從實(shí)際建筑工程的使用情況來看，現(xiàn)代建筑工程容易出現(xiàn)能源消耗大、保溫效果差和滲水等問題。所以在建筑材料研發(fā)上，一些可以避免這些弊端出現(xiàn)的新型材料得以產(chǎn)生，如新型墻體材料、新型保溫材料和新型防水材料等。因此在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還要加強(qiáng)對(duì)這些新型材料的應(yīng)用分析。

2.1 新型材料在建筑墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

相較于其他結(jié)構(gòu)，建筑墻體結(jié)構(gòu)建設(shè)需要耗費(fèi)大量的材料，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還要考慮建筑的節(jié)能環(huán)保問題，以完成高效節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)。在該方面，新型膜材料得到了較好的運(yùn)用，可以起到保溫隔熱、采光、防水等作用，在節(jié)能方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。如圖1所示，為采用膜結(jié)構(gòu)的“水立方”。在外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，通過采用ETFF膜實(shí)現(xiàn)多面體空間鋼結(jié)構(gòu)的拼接，形成了以鋼結(jié)構(gòu)支撐為主骨架的薄膜結(jié)構(gòu)，能夠確保建筑承重穩(wěn)固和均勻的同時(shí)，增強(qiáng)建筑整體性。而ETFF膜為四氯乙烯充氣薄膜新材料，具有重量輕、柔韌性好、節(jié)省光能等優(yōu)點(diǎn)，可以利用鍍點(diǎn)方式進(jìn)行建筑的透光和反光控制，確保建筑內(nèi)部平均每天可以得到10h左右的自然光照。在膜的間隙，設(shè)計(jì)有較多結(jié)構(gòu)性鋼槽，可以實(shí)現(xiàn)雨水收集用于建筑內(nèi)部清潔。因此采用該種新型材料，可以達(dá)到節(jié)電、節(jié)水的目標(biāo)，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來更多節(jié)能效果。除了采用膜材料，也可以采用新型的鋁合金結(jié)構(gòu)型材進(jìn)行建筑墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在過去，建筑墻體結(jié)構(gòu)材料多使用砂石、水泥和磚塊等，其次則為鋼材和木材，難以進(jìn)行循環(huán)使用，無法滿足建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保要求。而采用鋁合金結(jié)構(gòu)型材，由于材料具有密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、可塑性好等特點(diǎn)，同時(shí)具有不粘水、輕量化、成本低、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，所以能夠在綠色建筑施工中得到應(yīng)用[2]。與鋼結(jié)構(gòu)相比較，在跨度相同的情況下，采用該種新型材料獲得的結(jié)構(gòu)斷面僅為原結(jié)構(gòu)截面的1/8，建筑空間浪費(fèi)約減少10%，可以有效實(shí)現(xiàn)能源和土地的節(jié)約。在實(shí)際應(yīng)用該材料進(jìn)行建筑墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用鋁合金大跨度空間結(jié)構(gòu)技術(shù)，利用鋁合金結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的替代，實(shí)現(xiàn)鋁合金薄殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成外墻鋁合金裝飾網(wǎng)架工程的搭設(shè)，從而使建筑結(jié)構(gòu)美觀耐用，獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

圖1 采用膜結(jié)構(gòu)的“水立方”

2.2 新型材料在建筑保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在建筑使用的過程中，空調(diào)能耗為主要能耗。而在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過加強(qiáng)保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以起到增強(qiáng)建筑隔熱功能的作用，所以能夠有效降低空調(diào)能耗，達(dá)到建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。目前在建筑保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，保溫新型材料得到了廣泛應(yīng)用，如擠塑聚苯乙烯泡沫板、硬泡聚氨酯等，都能有效進(jìn)行建筑外墻溫度的控制。以擠塑聚苯乙烯泡沫板為例，由于聚苯乙烯泡沫結(jié)構(gòu)均勻，具有較強(qiáng)的抗輻射能力和高精度尺寸，溫度適應(yīng)性良好，導(dǎo)熱性和吸水率較低，所以擁有良好的隔熱隔音效果[3]。在現(xiàn)代建筑的保溫施工中，通過在保溫板中間填充次材料為聚苯乙烯泡沫，可使施工效率和質(zhì)量得到提高。在實(shí)際施工時(shí)，需要將發(fā)泡劑和水泥等攪拌均勻，并作為包圍材料進(jìn)行保溫施工。而聚苯板的厚度在5～7m之間，與60cm傳統(tǒng)磚墻結(jié)構(gòu)擁有相同的熱工性能，保溫隔熱效果較好。如圖2所示，為采用XPS擠塑板的屋面保溫結(jié)構(gòu)。在屋面結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計(jì)中，通常采用將保溫層和防水層相結(jié)合的倒置設(shè)計(jì)方法，以加強(qiáng)對(duì)新型保溫材料的應(yīng)用。在墻體保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，可以采用環(huán)保阻燃蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)。采用該種結(jié)構(gòu)，盡管可以提升墻體的保溫效果，但是需要解決結(jié)構(gòu)防裂性問題。針對(duì)這一情況，還要采用全面的保溫設(shè)計(jì)架構(gòu)，即在單層堆疊外墻中進(jìn)行新型結(jié)構(gòu)的添加，用增強(qiáng)網(wǎng)和抹面砂漿構(gòu)成防裂保護(hù)層，以保證建筑的穩(wěn)固性，同時(shí)增強(qiáng)墻體的保溫隔熱效果。

圖2 采用XPS擠塑板的屋面保溫結(jié)構(gòu)圖

2.3 新型材料在建筑防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在建筑防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還要采用防水防滲漏作用較強(qiáng)的材料。而就目前來看，可以采用的新型建筑防水材料較多，如聚氨酯防水涂料、JWG-1防水材料、改性瀝青防水卷材等。采用聚氨酯防水涂料，可以直接在潮濕基面上施工，比如針對(duì)剛拆模的地下室混凝土面，就能直接利用聚氨酯防水涂料施工。由于涂料系反應(yīng)固化，所以能夠立即進(jìn)行防水卷材鋪貼，節(jié)省粘結(jié)劑使用成本，避免卷材發(fā)生竄水問題。采用JWG-1防水材料，其實(shí)就是利用由滲透式防水劑和JWG-M型防水膏構(gòu)成的高分子聚合物防水材料進(jìn)行防水施工，具有抗?jié)B透性強(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)、無污染、無毒、耐候性強(qiáng)、施工便利、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在建筑屋面、地下室、衛(wèi)生間等防水工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以采用該種防水材料實(shí)現(xiàn)帶水施工，確保結(jié)構(gòu)的防滲效果。此外，在建筑屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可采用改性瀝青防水卷材作為防水材料。該種材料由纖維材料、塑料、原紙、耐低溫的改性瀝青材料等多種材料經(jīng)過化學(xué)工業(yè)加工得到，具有較強(qiáng)的耐候性和抗拉強(qiáng)度。在施工過程中，通過熱熔可以將卷材表面附著的瀝青熔化，采用滾軸卷壓的方法，則能使瀝青黏著在房屋表面，與預(yù)防溫度變化引發(fā)的屋面老化和實(shí)現(xiàn)雨雪防水。如圖3所示，為屋面結(jié)構(gòu)施工采用的改性瀝青防水卷材。

圖3 屋面結(jié)構(gòu)施工采用的改性瀝青防水卷材

3 結(jié)論

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，新型建筑材料得到了廣泛的應(yīng)用。而加強(qiáng)對(duì)這些材料的應(yīng)用，不僅可以滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的承力要求和審美要求，也能起到節(jié)能環(huán)保的效果，所以能夠更好的滿足現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。因此相信在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可以通過加強(qiáng)新型材料應(yīng)用在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中取得新的突破。

[1]李曉松，魏宏楊.力學(xué)性能層面上的結(jié)構(gòu)真實(shí)性及其在建筑中的體現(xiàn)[J].建筑師，2017（03）：77～85.

[2]劉靜安，潘偉津，李偉萍，等.綠色建筑鋁合金結(jié)構(gòu)型材的研發(fā)及應(yīng)用[J].輕合金加工技術(shù)，2013，41（11）：59～63.

[3]曾娟，林琳.近代嶺南傳統(tǒng)建筑中的新型結(jié)構(gòu)材料運(yùn)用[J].四川建筑科學(xué)研究，2012，38（01）：208～212.