新型建筑材料在建筑工程結構設計中的應用

張鑫 周光禹 高蕉

摘 要：建筑工程能源消耗、材料消耗占比大，多數材料被應用到建筑工程中。建筑工程結構復雜度提升，出現較多新型結構體系。在建筑結構設計期間，開始融入綠色環保理念，應用新型材料施工，以降低環境污染，確保生活與工作空間環保性，有效促進建筑工程發展。文章圍繞建筑工程結構設計展開討論，重點分析新型建筑材料的應用問題，僅供參考。

關鍵詞：新型建筑材料;建筑工程;結構設計

中圖分類號：TU318 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）05-0106-03

0 引言

新型建筑材料是通過技術手段、工藝方法，優化改進傳統材料。使用物理、化學合成手段創造新材料，并且將其應用到建筑工程中。新型材料具備多功能性、輕質性、高強度優勢，可以減少資源能源浪費，實現綠色施工目標，能夠促進建筑行業發展[1]。所以，施工企業應當提倡使用新型建筑材料，擴大材料應用范圍，以發揮出優勢作用，為建筑行業奠定良好的發展基礎。

1 新型建筑材料的特點

1.1 功能復合型與多樣性

傳統建筑材料只具備單一使用功能，然而建筑技術快速發展，人們對建筑材料的要求提升，希望建筑材料具備殺菌作用，因此材料制造開始應用納米技術;為了確保建筑保溫性能，開始應用聚苯乙烯板材料。

1.2 節能環保

生態環境破壞影響大，人們開始認識到生態、能源可持續的重要性。建筑行業在能源使用、國民經濟、居民生活方面，都具備重要作用。所以，人們關注建筑材料使用，出現較多新的節能環保材料。節能環保型材料普及應用，顯著提升現代建筑工程效益，成為建筑材料的新研發方向。

1.3 廢物利用與可回收

建筑工程施工期間，建筑廢料與垃圾產生量大。當盲目處理時，則會加劇資源浪費與環境污染，需要應用技術工藝改造建筑垃圾與廢料，形成全新的建筑材料，比如石膏刨花板、纖維石膏板等[2]。上述材料制作流程與工藝簡單，具備防輻射效果，明顯減少能源浪費。部分建筑材料可加工回收，控制能源浪費，實現建筑工程的可持續發展。

1.4 輕質高強性

在建筑工程中應用新型材料，應當滿足建筑工程結構設計強度與質量要求。建筑高度持續提升，相應加強建筑材料強度與質量要求。研發新型建筑材料，可以適應新型建筑工程高強度、輕質量特點。新型建筑材料具備多種應用性能，剛度與強度持續提升，可以滿足新形勢下的建筑工程要求。

2 新型建筑材料在建筑結構設計中的應用價值

2.1 節約資源

當前，建筑工程材料浪費問題嚴重，多是由于材料選擇不合理，導致施工材料尺寸、質量不滿足標準，極易造成資源損失。所以，應用新型建筑材料的應用有利于建筑工程結構設計。新型建筑材料，能夠降低成本支出，保護生態環境，使資源浪費降低，以滿足可持續發展要求。

2.2 改善人類居住環境

傳統建筑材料只關注材料成本問題。在實際應用期間，逐漸暴露出建筑材料的弊端，質量缺陷比較大，會嚴重影響人體健康與生態環境。建筑工程結構設計，應用低成本、不良質量材料時，對建筑工程產生負面影響。當受到自然災害侵襲后，則會危害人體身體健康，因此必須選擇和應用新型建筑材料。新型建筑材料污染少，質量效果顯著，具備防潮、保溫功能，能夠提供舒適環境，滿足居住者需求[3]。

2.3 建筑工程綜合功能

建筑材料應用綠色環保理念，并且推廣到建筑工程結構設計中。新型材料多為合成型材料，輕巧便利，強度高，功能顯著，能夠提升建筑材料功能效益，使建筑資源消耗降低。同時，可提升建筑工程效率與質量，滿足建筑功能需求。

3 新型建筑材料在建筑結構設計中的問題

3.1 成本利益比問題

建筑結構設計成本直接決定新型材料價值，有關數據顯示將新型材料應用到建筑工程中，能夠降低工程造價，但是材料建設措施費用卻未減少。施工企業應用新型材料時，按照生產企業提供的數據證明，然而市場環境持續變化，無法落實質量審核措施。多數新型研究報告，多遵循材料單位要求編制，因此產品性質問題比較多，不能作為材料選擇依據[4]。新型材料的應用優勢多，然而在具體應用期間，可能會由于多方原因所致滲水、開裂等問題，降低人們對新型材料的認可度。當前，多數新型材料存在大量功能相似的替代品，且造價與施工效益優于傳統材料。

3.2 注意問題

建筑施工過程中，新型材料設計與使用注意問題多。建筑材料設計期間，基于屬性分為基材板、連接結構，且每一部分的使用與安裝不同，因此具體要求與注意問題也不同。基材板的承重作用顯著，具備多種附加功能。所以在選擇材料時，對氣密性、耐久性要求高[5]。然而，多數施工企業人為基材板主要用于固基，外形影響較小，因此重視度低。材料成本造價與技術性合理，版型設計存在低質化，可能會影響環境效益。

4 新型建筑材料類別介紹

4.1 相變材料

建筑工程承重結構，承擔建筑荷載，所以承重結構強度與穩定性，對建筑工程施工的影響非常大。在建筑施工期間，混凝土屬于常用材料，建筑深化發展進程中，相應強化混凝土性能，且建筑工程出現較多高性能混凝土，例如高性能混凝土、活性細粉混凝土、纖維混凝土[6]。將外加劑添加到混凝土材料中，能夠生成高性能相變材料。除過混凝土材料外，建筑工程相變材料中，包含保溫隔熱材料、相變涂料。在建筑工程中應用相變混凝土面料，可以加強建筑溫度穩定性。在工程應用相變涂料，能夠加強建筑儲熱能力。在工程建設中，相變底板聯合電加熱方式，可以保障建筑內部為恒溫狀態。

4.2 相變儲能墻板

相變儲能墻板為建筑圍護結構材料，包含混凝土基礎材料、石膏基礎材料、保溫隔熱基礎材料。當建筑內部溫度大于材料時，在相變原因作用下，相變儲能墻板可以吸收室內溫度，同時釋放熱量，加強建筑屋面舒適度。

4.3 相變儲能砂

在砂漿基礎材料中添加相變材料，會形成相變儲能砂，性能優勢顯著。針對微膠囊技術而言，在能量微球內密封石蠟、增加水泥量，會產生蠟砂漿，將其應用到建筑內墻中，能夠為建筑存儲熱量[7]。當建筑內部溫度較高時，材料會吸收多余熱量。

5 新型建筑材料在建筑結構設計中的應用

新型建筑材料，能夠制作門窗、裝飾、墻體，也可以應用到密封處理中。材料屬性有化學性、天然性、非金屬性、金屬性，種類非常多，且應用廣泛。因此需要圍繞新型建筑材料的應用展開討論。

5.1 承重結構設計的材料應用

建筑承重結構，需要承擔建筑恒荷載、可變荷載，因此材料穩定性與強度非常重要。混凝土為常用承重結構材料，具備強度、工作性、耐久性優勢。新型混凝土材料的穩定性強、強度大、抗滲作用顯著，摻加外加劑之后，能夠形成高質量工程材料。針對鋼結構建筑工程，抗震鋼結構屬于高性能建筑材料，可以實現工程化與標準化制作，抗震性能顯著，施工便捷性高，節能環保效益顯著，同時可以反復應用，能源使用比較少，值得推廣應用。

5.2 圍護結構設計的材料應用

建筑工程圍護結構，不僅能夠維護建筑自身，同時具備較多優質性能，可以滿足結構保溫性能與承重性能。在建筑工程中，加氣混凝土塊為常見圍護結構，具備輕質多孔、防火、保溫等性能，充分發揮出隔熱保溫效果。當建筑保溫要求較高時，可以選用聚苯乙烯板、珍珠巖板，上述材料的保溫性能佳，質量輕巧，能夠降低建筑結構荷載與承重[8]。水電設備、暖通設備穿墻套管時，為了降低墻體圍護結構不良影響，必須高度重視熱橋散熱問題，保障圍護結構保溫隔熱性能。針對建筑外圍護結構，保溫隔熱、透光性能佳、太陽能型玻璃材料，已經被廣泛應用到建筑結構設計中。比如某地區高鐵站主站采用太陽能板，不僅能夠加強室內透光度，擴大采光面積，還可以通過太陽能發電方式，降低電能資源使用，屬于先進的建筑材料，值得推廣使用。

5.3 結構墻體設計的材料應用

墻體設計可以選用基材板材料，該類材料使用傳統板材，以特殊工藝方法壓縮制作，能夠顯著加強材料氣密性，延長板材使用壽命。同時，該類材料的抗滲能力強，能夠避免水滲漏，環保性能高，且成本低廉，屬于墻體結構設計的先進發展。同時，為了加強墻體遮光、電磁屏蔽、導熱性，可以將真空鍍鋁聚酯薄膜、鋁箔設置在墻體材料中，以加強墻體隔熱保溫性能，同時能夠提升墻體反輻射性能、阻氣阻濕性能，值得推廣應用。

5.4 門窗結構設計的材料應用

建筑工程的門窗結構，屬于重要結構部位，能夠實現室內外熱量傳播、空氣流通，所以，門窗建筑材料為重要研發方向。上述材料能夠顯著加強門窗保溫性能，降低熱量散失，減少能源使用與浪費。比如某地區科研中心外窗，選用鍍膜中空玻璃材質，窗戶平均散熱系數達到2.9 W/m2，平均遮陽系數大于0.3。通過上述數據可知，新型建筑材料明顯降低建筑熱量損失，遮陽、采光效果顯著，值得推廣應用。

5.5 屋頂結構設計的材料應用

在建筑工程構造中，屋頂屬于重要關注部位，由于氣候環境變化對屋頂構造影響大，還會增加日常生活不便性。屋頂防水保溫工程中，具備良好的抗拉性能、抗老化能力的防水材料，隔熱性能顯著的保溫材料。通過相關試驗可知，防水卷材能夠避免屋面滲漏，聚苯乙烯板、珍珠巖能夠加強建筑工程隔熱保溫效果，所以在建筑結構設計中的應用較多。

5.6 建筑常用節能材料性能分析

石膏類建筑材料，具備耐火性能、耐熱性能，可以實現重復應用，不會產生建筑垃圾。粉煤灰材料能夠燒制空心磚、燒結磚，屬于工程垃圾再利用材料。膜材料具備耐久性、耐火性、透光性優勢，同時可以阻止太陽能輻射，不會危害生態環境，屬于使用效果顯著的建筑材料，發展前景廣闊。

6 新型建筑材料的未來發展趨勢

資源節約型建材，要求建筑企業合理規劃現有產品，實行節約型措施。比如，降低產品原材料消耗，提升產品成品率。我國建筑垃圾、生活垃圾產生量非常大，回收利用垃圾資源，通過垃圾再處理技術，可以代替原材料，生產節約型建筑材料，以促進環境、經濟的長久穩定發展。

城市規模持續擴大，新型城市建設速度加快，人們開始認識到傳統建筑材料的弊端，需要推廣應用新型建筑材料，并且成為社會發展共識。新型建筑材料未來發展，不再圍繞單一功能發展，逐漸出現大量多功能新型建筑材料，并且廣泛應用到建筑工程結構設計中。比如，應用納米技術研發建筑材料，能夠發揮出隔音、消毒、抗菌效果，顯著加強居住生活質量。

7 結語

綜上所述，建筑結構設計開始廣泛應用新型材料，能夠改善建筑工程性能與質量。新型材料的種類比較多，盡管是由傳統材料、金屬材料改造而成，然而卻能夠為建筑工程提供便利。新型建筑材料，可以降低工程能源消耗，控制建筑垃圾排放，以促進生態環境與能源的長久穩定發展，值得推廣研發與應用。

參考文獻

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