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

張?chǎng)?周光禹 高蕉

摘 要：建筑工程能源消耗、材料消耗占比大，多數(shù)材料被應(yīng)用到建筑工程中。建筑工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜度提升，出現(xiàn)較多新型結(jié)構(gòu)體系。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，開(kāi)始融入綠色環(huán)保理念，應(yīng)用新型材料施工，以降低環(huán)境污染，確保生活與工作空間環(huán)保性，有效促進(jìn)建筑工程發(fā)展。文章圍繞建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開(kāi)討論，重點(diǎn)分析新型建筑材料的應(yīng)用問(wèn)題，僅供參考。

關(guān)鍵詞：新型建筑材料;建筑工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU318 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2022）05-0106-03

0 引言

新型建筑材料是通過(guò)技術(shù)手段、工藝方法，優(yōu)化改進(jìn)傳統(tǒng)材料。使用物理、化學(xué)合成手段創(chuàng)造新材料，并且將其應(yīng)用到建筑工程中。新型材料具備多功能性、輕質(zhì)性、高強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，可以減少資源能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綠色施工目標(biāo)，能夠促進(jìn)建筑行業(yè)發(fā)展[1]。所以，施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)提倡使用新型建筑材料，擴(kuò)大材料應(yīng)用范圍，以發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)作用，為建筑行業(yè)奠定良好的發(fā)展基礎(chǔ)。

1 新型建筑材料的特點(diǎn)

1.1 功能復(fù)合型與多樣性

傳統(tǒng)建筑材料只具備單一使用功能，然而建筑技術(shù)快速發(fā)展，人們對(duì)建筑材料的要求提升，希望建筑材料具備殺菌作用，因此材料制造開(kāi)始應(yīng)用納米技術(shù);為了確保建筑保溫性能，開(kāi)始應(yīng)用聚苯乙烯板材料。

1.2 節(jié)能環(huán)保

生態(tài)環(huán)境破壞影響大，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到生態(tài)、能源可持續(xù)的重要性。建筑行業(yè)在能源使用、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、居民生活方面，都具備重要作用。所以，人們關(guān)注建筑材料使用，出現(xiàn)較多新的節(jié)能環(huán)保材料。節(jié)能環(huán)保型材料普及應(yīng)用，顯著提升現(xiàn)代建筑工程效益，成為建筑材料的新研發(fā)方向。

1.3 廢物利用與可回收

建筑工程施工期間，建筑廢料與垃圾產(chǎn)生量大。當(dāng)盲目處理時(shí)，則會(huì)加劇資源浪費(fèi)與環(huán)境污染，需要應(yīng)用技術(shù)工藝改造建筑垃圾與廢料，形成全新的建筑材料，比如石膏刨花板、纖維石膏板等[2]。上述材料制作流程與工藝簡(jiǎn)單，具備防輻射效果，明顯減少能源浪費(fèi)。部分建筑材料可加工回收，控制能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)建筑工程的可持續(xù)發(fā)展。

1.4 輕質(zhì)高強(qiáng)性

在建筑工程中應(yīng)用新型材料，應(yīng)當(dāng)滿足建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與質(zhì)量要求。建筑高度持續(xù)提升，相應(yīng)加強(qiáng)建筑材料強(qiáng)度與質(zhì)量要求。研發(fā)新型建筑材料，可以適應(yīng)新型建筑工程高強(qiáng)度、輕質(zhì)量特點(diǎn)。新型建筑材料具備多種應(yīng)用性能，剛度與強(qiáng)度持續(xù)提升，可以滿足新形勢(shì)下的建筑工程要求。

2 新型建筑材料在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 節(jié)約資源

當(dāng)前，建筑工程材料浪費(fèi)問(wèn)題嚴(yán)重，多是由于材料選擇不合理，導(dǎo)致施工材料尺寸、質(zhì)量不滿足標(biāo)準(zhǔn)，極易造成資源損失。所以，應(yīng)用新型建筑材料的應(yīng)用有利于建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。新型建筑材料，能夠降低成本支出，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，使資源浪費(fèi)降低，以滿足可持續(xù)發(fā)展要求。

2.2 改善人類居住環(huán)境

傳統(tǒng)建筑材料只關(guān)注材料成本問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用期間，逐漸暴露出建筑材料的弊端，質(zhì)量缺陷比較大，會(huì)嚴(yán)重影響人體健康與生態(tài)環(huán)境。建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用低成本、不良質(zhì)量材料時(shí)，對(duì)建筑工程產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)受到自然災(zāi)害侵襲后，則會(huì)危害人體身體健康，因此必須選擇和應(yīng)用新型建筑材料。新型建筑材料污染少，質(zhì)量效果顯著，具備防潮、保溫功能，能夠提供舒適環(huán)境，滿足居住者需求[3]。

2.3 建筑工程綜合功能

建筑材料應(yīng)用綠色環(huán)保理念，并且推廣到建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。新型材料多為合成型材料，輕巧便利，強(qiáng)度高，功能顯著，能夠提升建筑材料功能效益，使建筑資源消耗降低。同時(shí)，可提升建筑工程效率與質(zhì)量，滿足建筑功能需求。

3 新型建筑材料在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

3.1 成本利益比問(wèn)題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本直接決定新型材料價(jià)值，有關(guān)數(shù)據(jù)顯示將新型材料應(yīng)用到建筑工程中，能夠降低工程造價(jià)，但是材料建設(shè)措施費(fèi)用卻未減少。施工企業(yè)應(yīng)用新型材料時(shí)，按照生產(chǎn)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)證明，然而市場(chǎng)環(huán)境持續(xù)變化，無(wú)法落實(shí)質(zhì)量審核措施。多數(shù)新型研究報(bào)告，多遵循材料單位要求編制，因此產(chǎn)品性質(zhì)問(wèn)題比較多，不能作為材料選擇依據(jù)[4]。新型材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)多，然而在具體應(yīng)用期間，可能會(huì)由于多方原因所致滲水、開(kāi)裂等問(wèn)題，降低人們對(duì)新型材料的認(rèn)可度。當(dāng)前，多數(shù)新型材料存在大量功能相似的替代品，且造價(jià)與施工效益優(yōu)于傳統(tǒng)材料。

3.2 注意問(wèn)題

建筑施工過(guò)程中，新型材料設(shè)計(jì)與使用注意問(wèn)題多。建筑材料設(shè)計(jì)期間，基于屬性分為基材板、連接結(jié)構(gòu)，且每一部分的使用與安裝不同，因此具體要求與注意問(wèn)題也不同?；陌宓某兄刈饔蔑@著，具備多種附加功能。所以在選擇材料時(shí)，對(duì)氣密性、耐久性要求高[5]。然而，多數(shù)施工企業(yè)人為基材板主要用于固基，外形影響較小，因此重視度低。材料成本造價(jià)與技術(shù)性合理，版型設(shè)計(jì)存在低質(zhì)化，可能會(huì)影響環(huán)境效益。

4 新型建筑材料類別介紹

4.1 相變材料

建筑工程承重結(jié)構(gòu)，承擔(dān)建筑荷載，所以承重結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性，對(duì)建筑工程施工的影響非常大。在建筑施工期間，混凝土屬于常用材料，建筑深化發(fā)展進(jìn)程中，相應(yīng)強(qiáng)化混凝土性能，且建筑工程出現(xiàn)較多高性能混凝土，例如高性能混凝土、活性細(xì)粉混凝土、纖維混凝土[6]。將外加劑添加到混凝土材料中，能夠生成高性能相變材料。除過(guò)混凝土材料外，建筑工程相變材料中，包含保溫隔熱材料、相變涂料。在建筑工程中應(yīng)用相變混凝土面料，可以加強(qiáng)建筑溫度穩(wěn)定性。在工程應(yīng)用相變涂料，能夠加強(qiáng)建筑儲(chǔ)熱能力。在工程建設(shè)中，相變底板聯(lián)合電加熱方式，可以保障建筑內(nèi)部為恒溫狀態(tài)。

4.2 相變儲(chǔ)能墻板

相變儲(chǔ)能墻板為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，包含混凝土基礎(chǔ)材料、石膏基礎(chǔ)材料、保溫隔熱基礎(chǔ)材料。當(dāng)建筑內(nèi)部溫度大于材料時(shí)，在相變?cè)蜃饔孟?，相變?chǔ)能墻板可以吸收室內(nèi)溫度，同時(shí)釋放熱量，加強(qiáng)建筑屋面舒適度。

4.3 相變儲(chǔ)能砂

在砂漿基礎(chǔ)材料中添加相變材料，會(huì)形成相變儲(chǔ)能砂，性能優(yōu)勢(shì)顯著。針對(duì)微膠囊技術(shù)而言，在能量微球內(nèi)密封石蠟、增加水泥量，會(huì)產(chǎn)生蠟砂漿，將其應(yīng)用到建筑內(nèi)墻中，能夠?yàn)榻ㄖ鎯?chǔ)熱量[7]。當(dāng)建筑內(nèi)部溫度較高時(shí)，材料會(huì)吸收多余熱量。

5 新型建筑材料在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

新型建筑材料，能夠制作門窗、裝飾、墻體，也可以應(yīng)用到密封處理中。材料屬性有化學(xué)性、天然性、非金屬性、金屬性，種類非常多，且應(yīng)用廣泛。因此需要圍繞新型建筑材料的應(yīng)用展開(kāi)討論。

5.1 承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的材料應(yīng)用

建筑承重結(jié)構(gòu)，需要承擔(dān)建筑恒荷載、可變荷載，因此材料穩(wěn)定性與強(qiáng)度非常重要。混凝土為常用承重結(jié)構(gòu)材料，具備強(qiáng)度、工作性、耐久性優(yōu)勢(shì)。新型混凝土材料的穩(wěn)定性強(qiáng)、強(qiáng)度大、抗?jié)B作用顯著，摻加外加劑之后，能夠形成高質(zhì)量工程材料。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑工程，抗震鋼結(jié)構(gòu)屬于高性能建筑材料，可以實(shí)現(xiàn)工程化與標(biāo)準(zhǔn)化制作，抗震性能顯著，施工便捷性高，節(jié)能環(huán)保效益顯著，同時(shí)可以反復(fù)應(yīng)用，能源使用比較少，值得推廣應(yīng)用。

5.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的材料應(yīng)用

建筑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅能夠維護(hù)建筑自身，同時(shí)具備較多優(yōu)質(zhì)性能，可以滿足結(jié)構(gòu)保溫性能與承重性能。在建筑工程中，加氣混凝土塊為常見(jiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具備輕質(zhì)多孔、防火、保溫等性能，充分發(fā)揮出隔熱保溫效果。當(dāng)建筑保溫要求較高時(shí)，可以選用聚苯乙烯板、珍珠巖板，上述材料的保溫性能佳，質(zhì)量輕巧，能夠降低建筑結(jié)構(gòu)荷載與承重[8]。水電設(shè)備、暖通設(shè)備穿墻套管時(shí)，為了降低墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)不良影響，必須高度重視熱橋散熱問(wèn)題，保障圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能。針對(duì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，保溫隔熱、透光性能佳、太陽(yáng)能型玻璃材料，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。比如某地區(qū)高鐵站主站采用太陽(yáng)能板，不僅能夠加強(qiáng)室內(nèi)透光度，擴(kuò)大采光面積，還可以通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電方式，降低電能資源使用，屬于先進(jìn)的建筑材料，值得推廣使用。

5.3 結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)的材料應(yīng)用

墻體設(shè)計(jì)可以選用基材板材料，該類材料使用傳統(tǒng)板材，以特殊工藝方法壓縮制作，能夠顯著加強(qiáng)材料氣密性，延長(zhǎng)板材使用壽命。同時(shí)，該類材料的抗?jié)B能力強(qiáng)，能夠避免水滲漏，環(huán)保性能高，且成本低廉，屬于墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)發(fā)展。同時(shí)，為了加強(qiáng)墻體遮光、電磁屏蔽、導(dǎo)熱性，可以將真空鍍鋁聚酯薄膜、鋁箔設(shè)置在墻體材料中，以加強(qiáng)墻體隔熱保溫性能，同時(shí)能夠提升墻體反輻射性能、阻氣阻濕性能，值得推廣應(yīng)用。

5.4 門窗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的材料應(yīng)用

建筑工程的門窗結(jié)構(gòu)，屬于重要結(jié)構(gòu)部位，能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)外熱量傳播、空氣流通，所以，門窗建筑材料為重要研發(fā)方向。上述材料能夠顯著加強(qiáng)門窗保溫性能，降低熱量散失，減少能源使用與浪費(fèi)。比如某地區(qū)科研中心外窗，選用鍍膜中空玻璃材質(zhì)，窗戶平均散熱系數(shù)達(dá)到2.9 W/m2，平均遮陽(yáng)系數(shù)大于0.3。通過(guò)上述數(shù)據(jù)可知，新型建筑材料明顯降低建筑熱量損失，遮陽(yáng)、采光效果顯著，值得推廣應(yīng)用。

5.5 屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的材料應(yīng)用

在建筑工程構(gòu)造中，屋頂屬于重要關(guān)注部位，由于氣候環(huán)境變化對(duì)屋頂構(gòu)造影響大，還會(huì)增加日常生活不便性。屋頂防水保溫工程中，具備良好的抗拉性能、抗老化能力的防水材料，隔熱性能顯著的保溫材料。通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)可知，防水卷材能夠避免屋面滲漏，聚苯乙烯板、珍珠巖能夠加強(qiáng)建筑工程隔熱保溫效果，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用較多。

5.6 建筑常用節(jié)能材料性能分析

石膏類建筑材料，具備耐火性能、耐熱性能，可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)應(yīng)用，不會(huì)產(chǎn)生建筑垃圾。粉煤灰材料能夠燒制空心磚、燒結(jié)磚，屬于工程垃圾再利用材料。膜材料具備耐久性、耐火性、透光性優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以阻止太陽(yáng)能輻射，不會(huì)危害生態(tài)環(huán)境，屬于使用效果顯著的建筑材料，發(fā)展前景廣闊。

6 新型建筑材料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

資源節(jié)約型建材，要求建筑企業(yè)合理規(guī)劃現(xiàn)有產(chǎn)品，實(shí)行節(jié)約型措施。比如，降低產(chǎn)品原材料消耗，提升產(chǎn)品成品率。我國(guó)建筑垃圾、生活垃圾產(chǎn)生量非常大，回收利用垃圾資源，通過(guò)垃圾再處理技術(shù)，可以代替原材料，生產(chǎn)節(jié)約型建筑材料，以促進(jìn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展。

城市規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，新型城市建設(shè)速度加快，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)建筑材料的弊端，需要推廣應(yīng)用新型建筑材料，并且成為社會(huì)發(fā)展共識(shí)。新型建筑材料未來(lái)發(fā)展，不再圍繞單一功能發(fā)展，逐漸出現(xiàn)大量多功能新型建筑材料，并且廣泛應(yīng)用到建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。比如，應(yīng)用納米技術(shù)研發(fā)建筑材料，能夠發(fā)揮出隔音、消毒、抗菌效果，顯著加強(qiáng)居住生活質(zhì)量。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)始廣泛應(yīng)用新型材料，能夠改善建筑工程性能與質(zhì)量。新型材料的種類比較多，盡管是由傳統(tǒng)材料、金屬材料改造而成，然而卻能夠?yàn)榻ㄖこ烫峁┍憷Ｐ滦徒ㄖ牧?，可以降低工程能源消耗，控制建筑垃圾排放，以促進(jìn)生態(tài)環(huán)境與能源的長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展，值得推廣研發(fā)與應(yīng)用。

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