浅析新材料与建筑技术的创新

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1建筑材料在建筑结构中的应用

建筑材料在建筑结构中的应用直接决定着建筑结构技术的设计理念,建筑材料的发展经历了不同的发展过程,建筑结构技术也在相应的阶段有着不同的发展和创新。原始社会的建筑材料多是以自然馈赠的石器为主的,建筑结构的设计也是在适应有限的建筑材料的基础上的实用性为主的堆砌过程,因此，原始建筑多以方形建筑的构建为主。后来随着对于建筑材料的发展,建筑工具的创新,又在追求实用性的基础上更加强调审美的结构化设计理念。以迈锡尼卫城的狮子们为代表的叠涩卷建筑结构技术已经开启了设计上的创新步伐。这种在设计使得建筑物的受力层面更加的均匀且合理,同时也满足了设计结构的变化趋势。原始的石器材料对于建筑结构技术的应用在西方的建筑史上占据这主流地位,另重要一分支就是木质为主的材料在建筑中的应用对于我国的建筑架构技术影响深远。木材相比较石材更容易加工,具有更强的可塑性,木框架结构设计在我国传统的建筑结构设计中占据重要地位。随着时代的发展演进,建筑材料不再是传统的大自然补给型,科学技术的突飞猛进使得建筑材料从单一型向着复合型发展,科技发展下的技术革命使得许多材料在传统性能基础上得到了改良。钢筋混凝土材料下的建筑结构设计兼容并蓄,建筑结构设计也在传统的基础上朝着更高更稳固更加多样化的方向发展。从高耸的世纪大厦对于高度的克服到深入地下的空间延展,建筑结构设计在建筑材料的支撑下对于建筑空间的运用更加充分。然而,随着进入现代化步伐的加快,时代对于建筑材料提出了新的要求。

2新材料与现代建筑结构技术的创新

现阶段,对于建筑材料的发展要求已经从传统的构建型为主突破出来,传统建筑材料的牢固性,支撑性能充分发挥的同时被时代给予了更多的要求。社会经济的高速发展,人口的迅猛增加,有限资源的能耗枯竭迫切的要求使建筑材料在单纯传统功能之上进行了革新和突破,新材料产业在现代社会竞争压力之下,在依仗科技产业的强有力支持下,也必须响应着新时代的号召,实现新的发展。下面就通过对于新材料的应用的角度来分析现代建筑结构设计的两个方面。

2.1新材料的节能应用对于现代建筑结构设计的要求

新材料研发的一个重要趋势就是节约环保能源材料的出现和广泛应用,新的建筑材料对于环保节能关注的除了材料本身的节能符合型要求之外,还强调对于日常建筑耗能的环保节能要求。尤其是在保温,通风,照明,制冷,排水等方面做出贡献的新材料的出现,这些新材料的应用过程的设计和功能上的有效实现,使得现在建筑结构技术实现了新的创新和突破。响应和号召绿色节能理念的建筑设计技术已经成为现在建筑结构设计的主流,通过对于新材料的应用,在发挥新材料的传统承重等基础功能之上建筑材料的节能功效也日益彰显。能耗减少型的建筑新材料的在目前的建筑设计中广泛应用,新型居住小区的保温墙的设计,就很好的遵循了节能上的设计理念。与砖石砌体,水泥砂浆,混凝土等传统建筑的无机建筑材料相比较,现在的新型建筑围墙材料多采用了大量的有机建筑新材料来满足墙体的保温设计理念,这类材料与传统的建筑材料相比具有更好的隔热保温功效,保温墙设计之初的理念就是通过对于外墙散热效果的减弱来保持屋内的热量减损,从而减少屋内供暖的耗能,以实现节约环保的目的。这种利用建筑物墙体对于温度的掌控使得室内取暖的能源消耗量大大减小,进而实现了对于传统制热能源的节约的方法在目前应用成效十分显著,应用也十分广泛。现在应用较为广泛的墙体保温新材料，例如模塑聚苯乙烯沫板，挤塑聚苯乙烯泡沫板，硬泡聚氨酯等等，这些新材料很好的控制了外墙的温度，实现了节能的初衷设想。然而，虽然这些新材料具有很好的隔热效果，但在与传统无机材料的融合应用中对于传统的建筑结构技术依旧提出了挑战。在建筑的实际应用过程中面临很多技术问题需要对传统的建筑结构设计进行新的适用性调整。比如对于环保阻燃蜂窝复合墙体来说。虽然其保温效果大大增强，但是其应用不好在复合是很容易断裂，对于其防裂性的解决在其应用实现中是一个技术的关键问题。因此，我们必须通过对于建筑结构的新的设计适用来实现新材料的新功能，于是我们在墙体结构的设计中就是通过抹面砂浆与增强网构成的防裂保护层的这种全新的设计架构，在传统的单层堆叠的外墙体设计中增添新的建筑结构设计流程，从而稳固了新建筑材料在建筑设计中功能性用途，实现新建筑材料的优势化利用。外墙墙面的保温是对新材料的应用上的建筑结构的设计,除此之外,很多建筑在保温设计上还结合了审美和环保的双重理念,不仅通过保温墙的温度控制功能还结合了很多审美绿化的大胆设想,并且将这些设想付诸于实现。例如在很多城市中的楼层建筑中采用的倒置式屋面和屋面绿化。这种屋面的设计理念将保温层与防水层的传统设计模式进行了颠覆,即把防水层下至在其基础之上设置保温层,实现所谓的倒置设计。在这样的设计理念的基础之上,充分运用新材料,将传统的土质培育的绿化层移植至墙面空间之上,通过绿色植物的光合作用实现对于环境的贡献,减少温室气体的排放,降低建筑物的能耗。可以说这种贡献式的设计在空间节约,环保功效和审美艺术上实现和谐的共赢局面,是建筑结构设计在时代需求下的一大创新。当然,这种创新理念的现实是和新材料的应用上的支撑密不可分的,新材料的应用使得这种现在理想化的环保建筑结构设计理念从理论变为实践,更好的造福人类,是人类的居住环境更加美好。

2.2以水立方为例阐释现代建筑结构设计的创新

新材料在降低能耗,注重节能的应用上发挥了突出的作用,实现了能源利用的环保高效。对于可再生新能源的现代化应用以奥运“水立方”为典型,体现了我国现代建筑结构设计的创新。“水立方”为国家游泳中心,在奥运会期间承接水上项目,又因为其外形为立方体的形状,故被称为“水立方”。水立方从设计施工到竣工使用一直备受人们关注,从其设计理念到设计成果的展示都体现了对于新材料的的节能环保应用,在运用可再生新材料的基础上实现了许多建筑结构设计的新突破。“水立方”可以说在我国节能建筑设计上具有里程碑式的意义,是我国第一个高效节能大型建筑,是我国首个膜结构标志性建筑,也是迄今为止在世界范围内构造最复杂,规模最大的膜结构建筑。下面就以“水立方”为例,简要介绍我国现阶段在建筑结构设计中的创新与突破。首先,“水立方”最引人注意的是它的外形结构设计,它的外墙的构思设计理念是在运用ETFF膜的基础上从“帐篷”的设计中借鉴的灵感。膜结构设计是在对柔性建筑材料探索研究和应用中实现并发展的建筑设计理念。在“水立方”运用膜结构设计理念的的设计实现中是没有建筑传统意义上的外墙,柱子,门窗的区分和标识的,而是采用了多面体空间钢结构拼接而成,这种以钢结构支撑为主骨架的薄膜结构,在确保承重稳固的同时又保证了承重的均匀,使得建筑物的承受力可以均匀的传递,同时,建筑的多边形形状也使得建筑物的整体性得以体现和加强。在膜结构的设计应用中,ETFF膜,也就是我们使用的乙烯—四氯乙烯充气薄膜新材料,其具有很好的柔韧性,可更好的延展应用,其自身重点十分轻便,这种使用中就减少了建筑物自身的承重。其次,这种膜结构在保温隔热,采光,防水隔水,隔声等节能方面也十分具有优越性。其透明性优良的膜结构可以有效的节省光能,加之使用镀点方式对透光和反光进行有效控制,使得水立方内部平均可以达到每天接近10小时的自然光照明,有效的节约了电力资源的消耗。水立方膜建筑中在膜间空隙中存在许多结构性钢槽,这些钢槽对于雨水的收集可以为水立方内部清洁节省大约十万吨用水。除上述之外,水立方设计中的还有很多细节都体现了对于节能环保的新的设计理念和要求,水立方的设计中对于新材料的应用使得这些新的设计理念得以成为现实,从而很好的满足了社会时展的新需要。

3结语

通过上述的举例陈述我们可以看出,现阶段的新材料是以响应社会发展需求的节能化发展趋势,而建筑结构的设计也正是如此,两者可以说是相辅相成的过程,新材料的应用使得建筑结构的新设计理念得以实现,而建筑结构的设计创新也激发人们去探索研究新的材料一满足现在建筑的要求。不同的建筑材料对于建筑的外形和结构设计都起到了决定和制约作用,建筑结构的设计也在新材料的应用中实现了新的创新和突破,实现了新的发展。

本文作者:徐朝富