新型建筑材料在建筑工程结构设计中的应用

张鑫 周光禹 高蕉

摘 要：建筑工程能源消耗、材料消耗占比大，多数材料被应用到建筑工程中。建筑工程结构复杂度提升，出现较多新型结构体系。在建筑结构设计期间，开始融入绿色环保理念，应用新型材料施工，以降低环境污染，确保生活与工作空间环保性，有效促进建筑工程发展。文章围绕建筑工程结构设计展开讨论，重点分析新型建筑材料的应用问题，仅供参考。

关键词：新型建筑材料;建筑工程;结构设计

中图分类号：TU318                                 文献标识码：A                                     文章编号：2096-6903（2022）05-0106-03

0 引言

新型建筑材料是通过技术手段、工艺方法，优化改进传统材料。使用物理、化学合成手段创造新材料，并且将其应用到建筑工程中。新型材料具备多功能性、轻质性、高强度优势，可以减少资源能源浪费，实现绿色施工目标，能够促进建筑行业发展[1]。所以，施工企业应当提倡使用新型建筑材料，扩大材料应用范围，以发挥出优势作用，为建筑行业奠定良好的发展基础。

1 新型建筑材料的特点

1.1 功能复合型与多样性

传统建筑材料只具备单一使用功能，然而建筑技术快速发展，人们对建筑材料的要求提升，希望建筑材料具备杀菌作用，因此材料制造开始应用纳米技术;为了确保建筑保温性能，开始应用聚苯乙烯板材料。

1.2 节能环保

生态环境破坏影响大，人们开始认识到生态、能源可持续的重要性。建筑行业在能源使用、国民经济、居民生活方面，都具备重要作用。所以，人们关注建筑材料使用，出现较多新的节能环保材料。节能环保型材料普及应用，显著提升现代建筑工程效益，成为建筑材料的新研发方向。

1.3 废物利用与可回收

建筑工程施工期间，建筑废料与垃圾产生量大。当盲目处理时，则会加剧资源浪费与环境污染，需要应用技术工艺改造建筑垃圾与废料，形成全新的建筑材料，比如石膏刨花板、纤维石膏板等[2]。上述材料制作流程與工艺简单，具备防辐射效果，明显减少能源浪费。部分建筑材料可加工回收，控制能源浪费，实现建筑工程的可持续发展。

1.4 轻质高强性

在建筑工程中应用新型材料，应当满足建筑工程结构设计强度与质量要求。建筑高度持续提升，相应加强建筑材料强度与质量要求。研发新型建筑材料，可以适应新型建筑工程高强度、轻质量特点。新型建筑材料具备多种应用性能，刚度与强度持续提升，可以满足新形势下的建筑工程要求。

2 新型建筑材料在建筑结构设计中的应用价值

2.1 节约资源

当前，建筑工程材料浪费问题严重，多是由于材料选择不合理，导致施工材料尺寸、质量不满足标准，极易造成资源损失。所以，应用新型建筑材料的应用有利于建筑工程结构设计。新型建筑材料，能够降低成本支出，保护生态环境，使资源浪费降低，以满足可持续发展要求。

2.2 改善人类居住环境

传统建筑材料只关注材料成本问题。在实际应用期间，逐渐暴露出建筑材料的弊端，质量缺陷比较大，会严重影响人体健康与生态环境。建筑工程结构设计，应用低成本、不良质量材料时，对建筑工程产生负面影响。当受到自然灾害侵袭后，则会危害人体身体健康，因此必须选择和应用新型建筑材料。新型建筑材料污染少，质量效果显著，具备防潮、保温功能，能够提供舒适环境，满足居住者需求[3]。

2.3 建筑工程综合功能

建筑材料应用绿色环保理念，并且推广到建筑工程结构设计中。新型材料多为合成型材料，轻巧便利，强度高，功能显著，能够提升建筑材料功能效益，使建筑资源消耗降低。同时，可提升建筑工程效率与质量，满足建筑功能需求。

3 新型建筑材料在建筑结构设计中的问题

3.1 成本利益比问题

建筑结构设计成本直接决定新型材料价值，有关数据显示将新型材料应用到建筑工程中，能够降低工程造价，但是材料建设措施费用却未减少。施工企业应用新型材料时，按照生产企业提供的数据证明，然而市场环境持续变化，无法落实质量审核措施。多数新型研究报告，多遵循材料单位要求编制，因此产品性质问题比较多，不能作为材料选择依据[4]。新型材料的应用优势多，然而在具体应用期间，可能会由于多方原因所致渗水、开裂等问题，降低人们对新型材料的认可度。当前，多数新型材料存在大量功能相似的替代品，且造价与施工效益优于传统材料。

3.2 注意问题

建筑施工过程中，新型材料设计与使用注意问题多。建筑材料设计期间，基于属性分为基材板、连接结构，且每一部分的使用与安装不同，因此具体要求与注意问题也不同。基材板的承重作用显著，具备多种附加功能。所以在选择材料时，对气密性、耐久性要求高[5]。然而，多数施工企业人为基材板主要用于固基，外形影响较小，因此重视度低。材料成本造价与技术性合理，版型设计存在低质化，可能会影响环境效益。

4 新型建筑材料类别介绍

4.1 相变材料

建筑工程承重结构，承担建筑荷载，所以承重结构强度与稳定性，对建筑工程施工的影响非常大。在建筑施工期间，混凝土属于常用材料，建筑深化发展进程中，相应强化混凝土性能，且建筑工程出现较多高性能混凝土，例如高性能混凝土、活性细粉混凝土、纤维混凝土[6]。将外加剂添加到混凝土材料中，能够生成高性能相变材料。除过混凝土材料外，建筑工程相变材料中，包含保温隔热材料、相变涂料。在建筑工程中应用相变混凝土面料，可以加强建筑温度稳定性。在工程应用相变涂料，能够加强建筑储热能力。在工程建设中，相变底板联合电加热方式，可以保障建筑内部为恒温状态。

4.2 相变储能墙板

相变储能墙板为建筑围护结构材料，包含混凝土基础材料、石膏基础材料、保温隔热基础材料。当建筑内部温度大于材料时，在相变原因作用下，相变储能墙板可以吸收室内温度，同时释放热量，加强建筑屋面舒适度。

4.3 相变储能砂

在砂浆基础材料中添加相变材料，会形成相变储能砂，性能优势显著。针对微胶囊技术而言，在能量微球内密封石蜡、增加水泥量，会产生蜡砂浆，将其应用到建筑内墙中，能够为建筑存储热量[7]。当建筑内部温度较高时，材料会吸收多余热量。

5 新型建筑材料在建筑结构设计中的应用

新型建筑材料，能够制作门窗、装饰、墙体，也可以应用到密封处理中。材料属性有化学性、天然性、非金属性、金属性，种类非常多，且应用广泛。因此需要围绕新型建筑材料的应用展开讨论。

5.1 承重结构设计的材料应用

建筑承重结构，需要承担建筑恒荷载、可变荷载，因此材料稳定性与强度非常重要。混凝土为常用承重结构材料，具备强度、工作性、耐久性优势。新型混凝土材料的稳定性强、强度大、抗渗作用显著，掺加外加剂之后，能够形成高质量工程材料。针对钢结构建筑工程，抗震钢结构属于高性能建筑材料，可以实现工程化与标准化制作，抗震性能显著，施工便捷性高，节能环保效益显著，同时可以反复应用，能源使用比较少，值得推广应用。

5.2 围护结构设计的材料应用

建筑工程围护结构，不仅能够维护建筑自身，同时具备较多优质性能，可以满足结构保温性能与承重性能。在建筑工程中，加气混凝土块为常见围护结构，具备轻质多孔、防火、保温等性能，充分发挥出隔热保温效果。当建筑保温要求较高时，可以选用聚苯乙烯板、珍珠岩板，上述材料的保温性能佳，质量轻巧，能够降低建筑结构荷载与承重[8]。水电设备、暖通设备穿墙套管时，为了降低墙体围护结构不良影响，必须高度重视热桥散热问题，保障围护结构保温隔热性能。针对建筑外围护结构，保温隔热、透光性能佳、太阳能型玻璃材料，已经被广泛应用到建筑结构设计中。比如某地区高铁站主站采用太阳能板，不仅能够加强室内透光度，扩大采光面积，还可以通过太阳能发电方式，降低电能资源使用，属于先进的建筑材料，值得推广使用。

5.3 结构墙体设计的材料应用

墙体设计可以选用基材板材料，该类材料使用传统板材，以特殊工艺方法压缩制作，能够显著加强材料气密性，延长板材使用寿命。同时，该类材料的抗渗能力强，能够避免水渗漏，环保性能高，且成本低廉，属于墙体结构设计的先进发展。同时，为了加强墙体遮光、电磁屏蔽、导热性，可以将真空镀铝聚酯薄膜、铝箔设置在墙体材料中，以加强墙体隔热保温性能，同时能够提升墙体反辐射性能、阻气阻湿性能，值得推广应用。

5.4 门窗结构设计的材料应用

建筑工程的门窗结构，属于重要结构部位，能够实现室内外热量传播、空气流通，所以，门窗建筑材料为重要研发方向。上述材料能够显著加强门窗保温性能，降低热量散失，减少能源使用与浪费。比如某地区科研中心外窗，选用镀膜中空玻璃材质，窗户平均散热系数达到2.9 W/m2，平均遮阳系数大于0.3。通过上述数据可知，新型建筑材料明显降低建筑热量损失，遮阳、采光效果显著，值得推广应用。

5.5 屋顶结构设计的材料应用

在建筑工程构造中，屋顶属于重要关注部位，由于气候环境变化对屋顶构造影响大，还会增加日常生活不便性。屋顶防水保温工程中，具备良好的抗拉性能、抗老化能力的防水材料，隔热性能显著的保温材料。通过相关试验可知，防水卷材能够避免屋面渗漏，聚苯乙烯板、珍珠岩能够加强建筑工程隔热保温效果，所以在建筑结构设计中的应用较多。

5.6 建筑常用节能材料性能分析

石膏类建筑材料，具备耐火性能、耐热性能，可以实现重复应用，不会产生建筑垃圾。粉煤灰材料能够烧制空心砖、烧结砖，属于工程垃圾再利用材料。膜材料具备耐久性、耐火性、透光性优势，同时可以阻止太阳能辐射，不会危害生态环境，属于使用效果显著的建筑材料，发展前景广阔。

6 新型建筑材料的未来发展趋势

资源节约型建材，要求建筑企业合理规划现有产品，实行节约型措施。比如，降低产品原材料消耗，提升产品成品率。我国建筑垃圾、生活垃圾产生量非常大，回收利用垃圾资源，通过垃圾再处理技术，可以代替原材料，生产节约型建筑材料，以促进环境、经济的长久稳定发展。

城市规模持续扩大，新型城市建设速度加快，人们开始认识到传统建筑材料的弊端，需要推广应用新型建筑材料，并且成为社会发展共识。新型建筑材料未来发展，不再围绕单一功能发展，逐渐出现大量多功能新型建筑材料，并且广泛应用到建筑工程结构设计中。比如，应用纳米技术研发建筑材料，能够发挥出隔音、消毒、抗菌效果，显著加强居住生活质量。

7 结语

综上所述，建筑结构设计开始广泛应用新型材料，能够改善建筑工程性能与质量。新型材料的种类比较多，尽管是由传统材料、金属材料改造而成，然而却能够为建筑工程提供便利。新型建筑材料，可以降低工程能源消耗，控制建筑垃圾排放，以促進生态环境与能源的长久稳定发展，值得推广研发与应用。

参考文献

[1] 常文婧，倪娜，王思琦，等.新型防潮材料：水泥基渗透结晶型涂料在房屋建筑中的应用研究[J].四川建筑，2021，41（5）：226-229+233.

[2] 齐朋.节能理念下分析新型节能墙体材料在房屋建筑设计中的应用[J].合成材料老化与应用，2021，50（4）：105-107.

[3] 陈宇.自保温砌块应用渗漏问题的分析与思考：以某多层建筑为例[J].住宅与房地产，2021（24）：68-69.

[4] 吴望苗，张乐华，吴界纬，等.超高性能混凝土UHPC在装配式的建筑表皮中的应用与展望[J].城市建筑，2021，18（17）：100-105.

[5] 刘艳红.新型建筑材料在建筑工程结构设计中的应用研究初探[J].绿色环保建材，2021（5）：3-4.

[6] 马非.节能理念下分析新型节能墙体材料在房屋建筑设计中的应用[J].低碳世界，2021，11（2）：99-100.

[7] 张刚刚，冯皓然，梁宽，等.橡胶材料的新型交联结构设计：从绿色制备到循环再利用（英文）[J].Science Bulletin， 2020，65（11）：889-898.

[8] 张泽宇，岳清瑞，罗尧治，等.新型材料大跨空间结构的研究与应用：铝合金空间结构[J].空间结构，2020，26（4）：3-14.