新型建筑材料在建筑工程结构设计中的应用分析

2018-03-22闫咏

建材与装饰 2018年8期

闫咏

（深圳市政院检测有限公司深圳南山 518057）

引言

在建筑行业取得快速发展的同时，现代建筑工程数量也不断增多。而伴随着建筑规模的增大，各种复杂的建筑结构设计问题也随之产生，对建筑材料应用提出了更高的要求。加强对新型建筑材料的应用，可以更好的满足建筑工程结构的设计要求。因此，还要加强对新型建筑材料在建筑工程结构设计中的应用分析，从而更好的推动建筑行业的发展。

1 建筑工程结构设计对建筑材料的要求

在建筑工程建设中，结构设计为至关重要的环节。而在材料选择方面，不同于装饰材料，建筑结构材料为整个建筑物的主要承力部件，需要完成优质材料的选择。所以在过去的建筑工程结构设计中，建筑材料的选用多追求实用性，需保证建筑受力层面能够均匀合理。在西方建筑设计中，原始的石料器材由于具有较强的承力能力，所以得到了广泛使用。但是随着建筑材料和建筑工具的发展创新，建筑承力问题已经能够得到更好的解决，所以建筑结构设计对材料的审美性提出了一定的要求，可塑性更强的木材开始得到广泛应用。在科学技术取得快速发展的背景下，建筑结构设计材料开始变得多元化，如钢筋、混凝土等材料都得到了运用，促使建筑结构设计向着兼容并蓄的方向发展[1]。在现代建筑的结构设计中，由于资源能源的枯竭和新材料产业的快速发展，更多的节能环保能源材料得到了研发和应用，以满足建筑结构设计的节能环保要求。因此在研究建筑工程结构设计问题时，还要综合考虑这些要求进行建筑材料的选用。

2 新型建筑材料在建筑工程结构设计中的应用

从实际建筑工程的使用情况来看，现代建筑工程容易出现能源消耗大、保温效果差和渗水等问题。所以在建筑材料研发上，一些可以避免这些弊端出现的新型材料得以产生，如新型墙体材料、新型保温材料和新型防水材料等。因此在建筑工程结构设计中，还要加强对这些新型材料的应用分析。

2.1 新型材料在建筑墙体结构设计中的应用

相较于其他结构，建筑墙体结构建设需要耗费大量的材料，所以在结构设计上还要考虑建筑的节能环保问题，以完成高效节能建筑的设计。在该方面，新型膜材料得到了较好的运用，可以起到保温隔热、采光、防水等作用，在节能方面具有较强的优势。如图1所示，为采用膜结构的“水立方”。在外墙结构设计上，通过采用ETFF膜实现多面体空间钢结构的拼接，形成了以钢结构支撑为主骨架的薄膜结构，能够确保建筑承重稳固和均匀的同时，增强建筑整体性。而ETFF膜为四氯乙烯充气薄膜新材料，具有重量轻、柔韧性好、节省光能等优点，可以利用镀点方式进行建筑的透光和反光控制，确保建筑内部平均每天可以得到10h左右的自然光照。在膜的间隙，设计有较多结构性钢槽，可以实现雨水收集用于建筑内部清洁。因此采用该种新型材料，可以达到节电、节水的目标，为建筑结构设计带来更多节能效果。除了采用膜材料，也可以采用新型的铝合金结构型材进行建筑墙体结构设计。在过去，建筑墙体结构材料多使用砂石、水泥和砖块等，其次则为钢材和木材，难以进行循环使用，无法满足建筑设计的节能环保要求。而采用铝合金结构型材，由于材料具有密度小、强度高、耐腐蚀性强、可塑性好等特点，同时具有不粘水、轻量化、成本低、可回收利用等优点，所以能够在绿色建筑施工中得到应用[2]。与钢结构相比较，在跨度相同的情况下，采用该种新型材料获得的结构断面仅为原结构截面的1/8，建筑空间浪费约减少10%，可以有效实现能源和土地的节约。在实际应用该材料进行建筑墙体结构设计时，可以采用铝合金大跨度空间结构技术，利用铝合金结构进行钢结构的替代，实现铝合金薄壳结构设计，完成外墙铝合金装饰网架工程的搭设，从而使建筑结构美观耐用，获得更多的经济效益和环保效益。

图1 采用膜结构的“水立方”

2.2 新型材料在建筑保温结构设计中的应用

在建筑使用的过程中，空调能耗为主要能耗。而在建筑工程结构设计中，通过加强保温结构设计，可以起到增强建筑隔热功能的作用，所以能够有效降低空调能耗，达到建筑设计的节能环保目标。目前在建筑保温结构设计方面，保温新型材料得到了广泛应用，如挤塑聚苯乙烯泡沫板、硬泡聚氨酯等，都能有效进行建筑外墙温度的控制。以挤塑聚苯乙烯泡沫板为例，由于聚苯乙烯泡沫结构均匀，具有较强的抗辐射能力和高精度尺寸，温度适应性良好，导热性和吸水率较低，所以拥有良好的隔热隔音效果[3]。在现代建筑的保温施工中，通过在保温板中间填充次材料为聚苯乙烯泡沫，可使施工效率和质量得到提高。在实际施工时，需要将发泡剂和水泥等搅拌均匀，并作为包围材料进行保温施工。而聚苯板的厚度在5～7m之间，与60cm传统砖墙结构拥有相同的热工性能，保温隔热效果较好。如图2所示，为采用XPS挤塑板的屋面保温结构。在屋面结构保温设计中，通常采用将保温层和防水层相结合的倒置设计方法，以加强对新型保温材料的应用。在墙体保温结构设计方面，可以采用环保阻燃蜂窝复合结构。采用该种结构，尽管可以提升墙体的保温效果，但是需要解决结构防裂性问题。针对这一情况，还要采用全面的保温设计架构，即在单层堆叠外墙中进行新型结构的添加，用增强网和抹面砂浆构成防裂保护层，以保证建筑的稳固性，同时增强墙体的保温隔热效果。

图2 采用XPS挤塑板的屋面保温结构图

2.3 新型材料在建筑防水结构设计中的应用

在建筑防水结构设计中，还要采用防水防渗漏作用较强的材料。而就目前来看，可以采用的新型建筑防水材料较多，如聚氨酯防水涂料、JWG-1防水材料、改性沥青防水卷材等。采用聚氨酯防水涂料，可以直接在潮湿基面上施工，比如针对刚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。由于涂料系反应固化，所以能够立即进行防水卷材铺贴，节省粘结剂使用成本，避免卷材发生窜水问题。采用JWG-1防水材料，其实就是利用由渗透式防水剂和JWG-M型防水膏构成的高分子聚合物防水材料进行防水施工，具有抗渗透性强、耐腐蚀性强、无污染、无毒、耐候性强、施工便利、成本低等优点。在建筑屋面、地下室、卫生间等防水工程的结构设计中，可以采用该种防水材料实现带水施工，确保结构的防渗效果。此外，在建筑屋面结构设计中，可采用改性沥青防水卷材作为防水材料。该种材料由纤维材料、塑料、原纸、耐低温的改性沥青材料等多种材料经过化学工业加工得到，具有较强的耐候性和抗拉强度。在施工过程中，通过热熔可以将卷材表面附着的沥青熔化，采用滚轴卷压的方法，则能使沥青黏着在房屋表面，与预防温度变化引发的屋面老化和实现雨雪防水。如图3所示，为屋面结构施工采用的改性沥青防水卷材。