淺析新材料與建筑技術的創新

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1建筑材料在建筑結構中的應用

建筑材料在建筑結構中的應用直接決定著建筑結構技術的設計理念,建筑材料的發展經歷了不同的發展過程,建筑結構技術也在相應的階段有著不同的發展和創新。原始社會的建筑材料多是以自然饋贈的石器為主的,建筑結構的設計也是在適應有限的建筑材料的基礎上的實用性為主的堆砌過程,因此，原始建筑多以方形建筑的構建為主。后來隨著對于建筑材料的發展,建筑工具的創新,又在追求實用性的基礎上更加強調審美的結構化設計理念。以邁錫尼衛城的獅子們為代表的疊澀卷建筑結構技術已經開啟了設計上的創新步伐。這種在設計使得建筑物的受力層面更加的均勻且合理,同時也滿足了設計結構的變化趨勢。原始的石器材料對于建筑結構技術的應用在西方的建筑史上占據這主流地位,另重要一分支就是木質為主的材料在建筑中的應用對于我國的建筑架構技術影響深遠。木材相比較石材更容易加工,具有更強的可塑性,木框架結構設計在我國傳統的建筑結構設計中占據重要地位。隨著時代的發展演進,建筑材料不再是傳統的大自然補給型,科學技術的突飛猛進使得建筑材料從單一型向著復合型發展,科技發展下的技術革命使得許多材料在傳統性能基礎上得到了改良。鋼筋混凝土材料下的建筑結構設計兼容并蓄,建筑結構設計也在傳統的基礎上朝著更高更穩固更加多樣化的方向發展。從高聳的世紀大廈對于高度的克服到深入地下的空間延展,建筑結構設計在建筑材料的支撐下對于建筑空間的運用更加充分。然而,隨著進入現代化步伐的加快,時代對于建筑材料提出了新的要求。

2新材料與現代建筑結構技術的創新

現階段,對于建筑材料的發展要求已經從傳統的構建型為主突破出來,傳統建筑材料的牢固性,支撐性能充分發揮的同時被時代給予了更多的要求。社會經濟的高速發展,人口的迅猛增加,有限資源的能耗枯竭迫切的要求使建筑材料在單純傳統功能之上進行了革新和突破,新材料產業在現代社會競爭壓力之下,在依仗科技產業的強有力支持下,也必須響應著新時代的號召,實現新的發展。下面就通過對于新材料的應用的角度來分析現代建筑結構設計的兩個方面。

2.1新材料的節能應用對于現代建筑結構設計的要求

新材料研發的一個重要趨勢就是節約環保能源材料的出現和廣泛應用,新的建筑材料對于環保節能關注的除了材料本身的節能符合型要求之外,還強調對于日常建筑耗能的環保節能要求。尤其是在保溫,通風,照明,制冷,排水等方面做出貢獻的新材料的出現,這些新材料的應用過程的設計和功能上的有效實現,使得現在建筑結構技術實現了新的創新和突破。響應和號召綠色節能理念的建筑設計技術已經成為現在建筑結構設計的主流,通過對于新材料的應用,在發揮新材料的傳統承重等基礎功能之上建筑材料的節能功效也日益彰顯。能耗減少型的建筑新材料的在目前的建筑設計中廣泛應用,新型居住小區的保溫墻的設計,就很好的遵循了節能上的設計理念。與磚石砌體,水泥砂漿,混凝土等傳統建筑的無機建筑材料相比較,現在的新型建筑圍墻材料多采用了大量的有機建筑新材料來滿足墻體的保溫設計理念,這類材料與傳統的建筑材料相比具有更好的隔熱保溫功效,保溫墻設計之初的理念就是通過對于外墻散熱效果的減弱來保持屋內的熱量減損,從而減少屋內供暖的耗能,以實現節約環保的目的。這種利用建筑物墻體對于溫度的掌控使得室內取暖的能源消耗量大大減小,進而實現了對于傳統制熱能源的節約的方法在目前應用成效十分顯著,應用也十分廣泛?，F在應用較為廣泛的墻體保溫新材料，例如模塑聚苯乙烯沫板，擠塑聚苯乙烯泡沫板，硬泡聚氨酯等等，這些新材料很好的控制了外墻的溫度，實現了節能的初衷設想。然而，雖然這些新材料具有很好的隔熱效果，但在與傳統無機材料的融合應用中對于傳統的建筑結構技術依舊提出了挑戰。在建筑的實際應用過程中面臨很多技術問題需要對傳統的建筑結構設計進行新的適用性調整。比如對于環保阻燃蜂窩復合墻體來說。雖然其保溫效果大大增強，但是其應用不好在復合是很容易斷裂，對于其防裂性的解決在其應用實現中是一個技術的關鍵問題。因此，我們必須通過對于建筑結構的新的設計適用來實現新材料的新功能，于是我們在墻體結構的設計中就是通過抹面砂漿與增強網構成的防裂保護層的這種全新的設計架構，在傳統的單層堆疊的外墻體設計中增添新的建筑結構設計流程，從而穩固了新建筑材料在建筑設計中功能性用途，實現新建筑材料的優勢化利用。外墻墻面的保溫是對新材料的應用上的建筑結構的設計,除此之外,很多建筑在保溫設計上還結合了審美和環保的雙重理念,不僅通過保溫墻的溫度控制功能還結合了很多審美綠化的大膽設想,并且將這些設想付諸于實現。例如在很多城市中的樓層建筑中采用的倒置式屋面和屋面綠化。這種屋面的設計理念將保溫層與防水層的傳統設計模式進行了顛覆,即把防水層下至在其基礎之上設置保溫層,實現所謂的倒置設計。在這樣的設計理念的基礎之上,充分運用新材料,將傳統的土質培育的綠化層移植至墻面空間之上,通過綠色植物的光合作用實現對于環境的貢獻,減少溫室氣體的排放,降低建筑物的能耗?？梢哉f這種貢獻式的設計在空間節約,環保功效和審美藝術上實現和諧的共贏局面,是建筑結構設計在時代需求下的一大創新。當然,這種創新理念的現實是和新材料的應用上的支撐密不可分的,新材料的應用使得這種現在理想化的環保建筑結構設計理念從理論變為實踐,更好的造福人類,是人類的居住環境更加美好。

2.2以水立方為例闡釋現代建筑結構設計的創新

新材料在降低能耗,注重節能的應用上發揮了突出的作用,實現了能源利用的環保高效。對于可再生新能源的現代化應用以奧運“水立方”為典型,體現了我國現代建筑結構設計的創新?！八⒎健睘閲矣斡局行?在奧運會期間承接水上項目,又因為其外形為立方體的形狀,故被稱為“水立方”。水立方從設計施工到竣工使用一直備受人們關注,從其設計理念到設計成果的展示都體現了對于新材料的的節能環保應用,在運用可再生新材料的基礎上實現了許多建筑結構設計的新突破?！八⒎健笨梢哉f在我國節能建筑設計上具有里程碑式的意義,是我國第一個高效節能大型建筑,是我國首個膜結構標志性建筑,也是迄今為止在世界范圍內構造最復雜,規模最大的膜結構建筑。下面就以“水立方”為例,簡要介紹我國現階段在建筑結構設計中的創新與突破。首先,“水立方”最引人注意的是它的外形結構設計,它的外墻的構思設計理念是在運用ETFF膜的基礎上從“帳篷”的設計中借鑒的靈感。膜結構設計是在對柔性建筑材料探索研究和應用中實現并發展的建筑設計理念。在“水立方”運用膜結構設計理念的的設計實現中是沒有建筑傳統意義上的外墻,柱子,門窗的區分和標識的,而是采用了多面體空間鋼結構拼接而成,這種以鋼結構支撐為主骨架的薄膜結構,在確保承重穩固的同時又保證了承重的均勻,使得建筑物的承受力可以均勻的傳遞,同時,建筑的多邊形形狀也使得建筑物的整體性得以體現和加強。在膜結構的設計應用中,ETFF膜,也就是我們使用的乙烯—四氯乙烯充氣薄膜新材料,其具有很好的柔韌性,可更好的延展應用,其自身重點十分輕便,這種使用中就減少了建筑物自身的承重。其次,這種膜結構在保溫隔熱,采光,防水隔水,隔聲等節能方面也十分具有優越性。其透明性優良的膜結構可以有效的節省光能,加之使用鍍點方式對透光和反光進行有效控制,使得水立方內部平均可以達到每天接近10小時的自然光照明,有效的節約了電力資源的消耗。水立方膜建筑中在膜間空隙中存在許多結構性鋼槽,這些鋼槽對于雨水的收集可以為水立方內部清潔節省大約十萬噸用水。除上述之外,水立方設計中的還有很多細節都體現了對于節能環保的新的設計理念和要求,水立方的設計中對于新材料的應用使得這些新的設計理念得以成為現實,從而很好的滿足了社會時展的新需要。

3結語

通過上述的舉例陳述我們可以看出,現階段的新材料是以響應社會發展需求的節能化發展趨勢,而建筑結構的設計也正是如此,兩者可以說是相輔相成的過程,新材料的應用使得建筑結構的新設計理念得以實現,而建筑結構的設計創新也激發人們去探索研究新的材料一滿足現在建筑的要求。不同的建筑材料對于建筑的外形和結構設計都起到了決定和制約作用,建筑結構的設計也在新材料的應用中實現了新的創新和突破,實現了新的發展。

本文作者:徐朝富