幾種低碳環(huán)保材料在建筑中的應(yīng)用①

王帆 張芊等

摘 要：本文首先闡述了低碳環(huán)保的新型建筑理念，其次對(duì)鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和竹結(jié)構(gòu)材料在新型宜居城市建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了說(shuō)明。最后闡明隨著低碳環(huán)保理念的逐步深入人心，對(duì)材料的強(qiáng)度、外觀等要求越來(lái)越高，特別是節(jié)能型材料在建筑中的應(yīng)用越來(lái)越廣。

關(guān)鍵詞：低碳環(huán)保 建筑材料 鋼結(jié)構(gòu)材料

中圖分類號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0088-01

低碳環(huán)保將會(huì)是未來(lái)城市住宅的一大發(fā)展趨勢(shì)，所以要從自然生態(tài)和低碳生活兩方面著手規(guī)劃。要?jiǎng)?chuàng)造這樣一個(gè)空間，它充分融合低碳技術(shù)，擁有優(yōu)美自然的環(huán)境，給予人類一個(gè)可以誘發(fā)創(chuàng)造力和生產(chǎn)力的的活動(dòng)空間。它可以提供一個(gè)更高層次的物質(zhì)文化生活水平，具有可在持續(xù)發(fā)展能力的節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的居住環(huán)境。低碳、節(jié)能、環(huán)保是低碳經(jīng)濟(jì)型城市住宅應(yīng)具有的三個(gè)特點(diǎn)。而低碳環(huán)保建筑是指在建筑材料與設(shè)備制造、施工建造過(guò)程和建筑物使用的整個(gè)生命周期內(nèi)，減少化石能源的使用、提高能效、節(jié)省能源和水、降低二氧化碳排放量的新型環(huán)保建筑。在在地球環(huán)境破壞、全球氣候變暖、提倡人與社會(huì)和諧、人與自然和諧的時(shí)代大背景下，提出了低碳環(huán)保建筑的研究，目的是為了在人類生活得到改善的同時(shí)能夠使建筑施工和使用給環(huán)境帶來(lái)的壓力得到緩解，促進(jìn)社會(huì)的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

人們對(duì)低碳環(huán)保的關(guān)注隨著國(guó)內(nèi)外低碳環(huán)保觀念的深入人心而越發(fā)密切。發(fā)達(dá)國(guó)家在近幾年建立健全了建筑結(jié)構(gòu)，包括木結(jié)構(gòu)，竹結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等。不僅用工廠化、機(jī)械化施工逐步替代了過(guò)去的全手工施工，還對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的防火防震防腐防水防蟲等進(jìn)行了一系列的成效顯著的科學(xué)研究。

本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段應(yīng)用較廣的幾種低碳環(huán)保材料在建筑中的應(yīng)用，闡述了低碳環(huán)保的概念，并對(duì)各種材料在今后環(huán)保理念的指導(dǎo)下的應(yīng)用提出了自己的觀點(diǎn)。

1 輕結(jié)構(gòu)鋼在住宅中的應(yīng)用

目前，我國(guó)住宅的設(shè)計(jì)與施工存在很多不盡如人意的地方，如：墻體開(kāi)裂，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，建造不牢固，發(fā)生房屋傾斜甚至坍塌事故，給居民生活帶來(lái)較大影響。而鋼結(jié)構(gòu)住宅以其結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)越性，所使用的高性能鋼材，其重量輕、強(qiáng)度高、抗震性好，結(jié)構(gòu)安全度高，應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)住宅中，提高了住宅的抗震性，延長(zhǎng)了住宅使用壽命。另外，墻體材料可配合選用節(jié)能、環(huán)保的新型材料，提升了墻體的隔聲性能[5]；墻體結(jié)構(gòu)也有多種墻板供選擇，可根據(jù)不同地區(qū)氣候，選擇不同墻體來(lái)保證室內(nèi)溫度適宜。有效改善了住宅質(zhì)量，可滿足居民要求。

高性能結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)住宅中，因其結(jié)構(gòu)自重輕，強(qiáng)度高用料省，可減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力，降低基礎(chǔ)造價(jià)。可實(shí)現(xiàn)工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝，質(zhì)量更易保證，工業(yè)化程度高，施工速度快，大大縮短了施工周期。

鋼結(jié)構(gòu)住宅可采用現(xiàn)場(chǎng)組裝部件，干式施工，減少混凝土澆灌等濕作業(yè)所造成的環(huán)境污染。由于所需構(gòu)件的截面小，增加了相同建筑面積下的建筑空間利用率，與磚混結(jié)構(gòu)建筑相比，減少了粘土資源的消耗，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展成了保護(hù)土地的需要[2]。另外鋼材可以回收，再生利用率高，節(jié)能指標(biāo)達(dá)50%以上，屬于綠色環(huán)保建筑，鋼結(jié)構(gòu)住宅的產(chǎn)業(yè)化，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

建筑鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)焊接環(huán)境復(fù)雜、易出現(xiàn)焊接缺陷，且鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)間采用焊接，在焊接節(jié)點(diǎn)處會(huì)形成殘余應(yīng)力，出現(xiàn)焊接裂紋等問(wèn)題，使鋼結(jié)構(gòu)住宅的質(zhì)量得不到保證[3]。鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接成了推行高性能結(jié)構(gòu)鋼在鋼結(jié)構(gòu)住宅中的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化需要解決的問(wèn)題。

為避免該問(wèn)題的產(chǎn)生，采取從焊接工藝及連接節(jié)點(diǎn)減少焊縫兩方面進(jìn)行研究，可解決焊接出現(xiàn)的問(wèn)題，從而保證鋼結(jié)構(gòu)住宅的質(zhì)量[4]。

2 竹結(jié)構(gòu)在住宅中的應(yīng)用

現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)住宅主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般采用工廠預(yù)制再搬運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝，可以利用下層樓層平面作為上層結(jié)構(gòu)的施工平臺(tái)。竹結(jié)構(gòu)房屋一般彩用淺埋基礎(chǔ)，除了基礎(chǔ)采用濕作業(yè)，其他都為干作業(yè)。另外，建造竹結(jié)構(gòu)房屋施工時(shí)間短，且不受雨雪等惡劣天氣影響，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以現(xiàn)場(chǎng)制作也可以在工廠預(yù)制好再搬運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝即可，施工就像搭積木。

竹結(jié)構(gòu)良好的韌性具有很強(qiáng)的抵抗瞬間沖擊負(fù)荷和周期性疲勞破壞的能力，并且竹結(jié)構(gòu)住宅因?yàn)樽灾剌p，所有有良好的抗震性。如果使用竹結(jié)構(gòu)內(nèi)外墻將傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)和混凝土內(nèi)外墻替換掉，可以大程度減少建筑物自重，這樣可以通過(guò)減少自重產(chǎn)生的地震力。同時(shí)，在地震發(fā)生建筑物震動(dòng)搖擺時(shí)，減少由于磚石填充墻的墜落造成的人員傷亡。

竹材是天然有機(jī)高分子聚合體，其組織結(jié)構(gòu)主要由維管束和薄壁細(xì)胞組成。竹材內(nèi)部空腔使得竹材的熱傳導(dǎo)速度慢，竹材人造板導(dǎo)熱系數(shù)為0.14～0.18W/（m·k），遠(yuǎn)低于鋼筋混凝土和黏土磚瓦另外，竹結(jié)構(gòu)住宅墻體和樓蓋的空腔填充有保溫棉。因此，竹結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能要好于磚混結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)，從而可以降低住宅使用能耗[7]。

3 木結(jié)構(gòu)在住宅中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑不同的是，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)大量使用木質(zhì)纖維板、刨花板、細(xì)木工板和強(qiáng)化木為原木的代用木，與傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)相比木材的利用率更高。此外，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑不再只是從建筑尺度、屋面做法和建筑裝飾等方面進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)與施工的思考[5]。而更多的考慮建筑使用壽命、建造施工過(guò)程的低碳、建造材料的環(huán)保性、節(jié)能性以及使用時(shí)的抗震性和防火性等問(wèn)題[6]。保證了現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑在使用過(guò)程中保溫、隔熱及減噪，從而減少了相應(yīng)的取暖、制冷等使用過(guò)程中的能源投入，保證了使用中的低碳環(huán)保。這些技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用的較為好些。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)常見(jiàn)結(jié)構(gòu)建筑材料的研究分析尤其是鋼結(jié)構(gòu)建筑和其他結(jié)構(gòu)建筑的比較，說(shuō)明現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑在低碳環(huán)保方面要強(qiáng)于其他結(jié)構(gòu)建筑。在全球氣候變化的大背景下，各國(guó)政府提倡綠色建筑、促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們注重低碳、環(huán)保。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，低碳環(huán)保型鋼結(jié)構(gòu)建筑順應(yīng)時(shí)代的需要，必將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。

致謝：本文受西安石油大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助完成。

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