几种低碳环保材料在建筑中的应用①

摘 要：本文首先阐述了低碳环保的新型建筑理念,其次对钢结构、木结构和竹结构材料在新型宜居城市建设中的应用进行了说明.最后阐明随着低碳环保理念的逐步深入人心,对材料的强度、外观等要求越来越高,特别是节能型材料在建筑中的应用越来越广.

关 键 词 ：低碳环保 建筑材料 钢结构材料

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0088-01

低碳环保将会是未来城市住宅的一大发展趋势,所以要从自然生态和低碳生活两方面着手规划.要创造这样一个空间,它充分融合低碳技术,拥有优美自然的环境,给予人类一个可以诱发创造力和生产力的的活动空间.它可以提供一个更高层次的物质文化生活水平,具有可在持续发展能力的节约资源,保护环境的居住环境.低碳、节能、环保是低碳经济型城市住宅应具有的三个特点.而低碳环保建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建造过程和建筑物使用的整个生命周期内,减少化石能源的使用、提高能效、节省能源和水、降低二氧化碳排放量的新型环保建筑.在在地球环境破坏、全球气候变暖、提倡人与社会和谐、人与自然和谐的时代大背景下,提出了低碳环保建筑的研究,目的是为了在人类生活得到改善的同时能够使建筑施工和使用给环境带来的压力得到缓解,促进社会的全面协调可持续发展.

人们对低碳环保的关注随着国内外低碳环保观念的深入人心而越发密切.发达国家在近几年建立健全了建筑结构,包括木结构,竹结构、钢结构等.不仅用工厂化、机械化施工逐步替代了过去的全手工施工,还对建筑结构的防火防震防腐防水防虫等进行了一系列的成效显著的科学研究.

本文通过对现阶段应用较广的几种低碳环保材料在建筑中的应用,阐述了低碳环保的概念,并对各种材料在今后环保理念的指导下的应用提出了自己的观点.

1.轻结构钢在住宅中的应用

目前,我国住宅的设计与施工存在很多不尽如人意的地方,如：墙体开裂,房屋结构设计不合理,建造不牢固,发生房屋倾斜甚至坍塌事故,给居民生活带来较大影响.而钢结构住宅以其结构体系的优越性,所使用的高性能钢材,其重量轻、强度高、抗震性好,结构安全度高,应用在钢结构住宅中,提高了住宅的抗震性,延长了住宅使用寿命.另外,墙体材料可配合选用节能、环保的新型材料,提升了墙体的隔声性能[5]；墙体结构也有多种墙板供选择,可根据不同地区气候,选择不同墙体来保证室内温度适宜.有效改善了住宅质量,可满足居民要求.

高性能结构钢应用在钢结构住宅中,因其结构自重轻,强度高用料省,可减少结构内力,降低基础造价.可实现工厂标准化生产,现场安装,质量更易保证,工业化程度高,施工速度快,大大缩短了施工周期.

钢结构住宅可采用现场组装部件,干式施工,减少混凝土浇灌等湿作业所造成的环境污染.由于所需构件的截面小,增加了相同建筑面积下的建筑空间利用率,与砖混结构建筑相比,减少了粘土资源的消耗,钢结构住宅的发展成了保护土地的需要[2].另外钢材可以回收,再生利用率高,节能指标达50%以上,属于绿色环保建筑,钢结构住宅的产业化,符合可持续发展战略要求.

建筑钢结构现场焊接环境复杂、易出现焊接缺陷,且钢结构梁柱节点间采用焊接,在焊接节点处会形成残余应力,出现焊接裂纹等问题,使钢结构住宅的质量得不到保证[3].钢结构梁柱节点连接成了推行高性能结构钢在钢结构住宅中的应用产业化需要解决的问题.

为避免该问题的产生,采取从焊接工艺及连接节点减少焊缝两方面进行研究,可解决焊接出现的问题,从而保证钢结构住宅的质量[4].

2.竹结构在住宅中的应用

现代竹结构住宅主要结构构件一般采用工厂预制再搬运至现场拼装,可以利用下层楼层平面作为上层结构的施工平台.竹结构房屋一般彩用浅埋基础,除了基础采用湿作业,其他都为干作业.另外,建造竹结构房屋施工时间短,且不受雨雪等恶劣天气影响,结构构件可以现场制作也可以在工厂预制好再搬运至现场安装即可,施工就像搭积木.

竹结构良好的韧性具有很强的抵抗瞬间冲击负荷和周期性疲劳破坏的能力,并且竹结构住宅因为自重轻,所有有良好的抗震性.如果使用竹结构内外墙将传统的转和混凝土内外墙替换掉,可以大程度减少建筑物自重,这样可以通过减少自重产生的地震力.同时,在地震发生建筑物震动摇摆时,减少由于砖石填充墙的坠落造成的人员伤亡.

竹材是天然有机高分子聚合体,其组织结构主要由维管束和薄壁细胞组成.竹材内部空腔使得竹材的热传导速度慢,竹材人造板导热系数为0.14～0.18W/（m·k）,远低于钢筋混凝土和黏土砖瓦另外,竹结构住宅墙体和楼盖的空腔填充有保温棉.因此,竹结构的保温隔热性能要好于砖混结构或混凝土结构,从而可以降低住宅使用能耗[7].

3.木结构在住宅中的应用

与传统木结构建筑不同的是,现代木结构建筑已经大量使用木质纤维板、刨花板、细木工板和强化木为原木的代用木,与传统木结构相比木材的利用率更高.此外,现代木结构建筑不再只是从建筑尺度、屋面做法和建筑装饰等方面进行建筑设计与施工的思考[5].而更多的考虑建筑使用寿命、建造施工过程的低碳、建造材料的环保性、节能性以及使用时的抗震性和防火性等问题[6].保证了现代木结构建筑在使用过程中保温、隔热及减噪,从而减少了相应的取暖、制冷等使用过程中的能源投入,保证了使用中的低碳环保.这些技术在西方发达国家应用的较为好些.

4.结语

通过对常见结构建筑材料的研究分析尤其是钢结构建筑和其他结构建筑的比较,说明现代钢结构建筑在低碳环保方面要强于其他结构建筑.在全球气候变化的大背景下,各国政府提倡绿色建筑、促进低碳经济发展,人们注重低碳、环保.从长远来看,低碳环保型钢结构建筑顺应时代的需要,必将获得长足的发展.

致谢：本文受西安石油大学大学生科研训练计划项目资助完成.