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新型竹材是以天然竹子為原材料利用先進的復合重組技術和各種工業化工序將竹材加工成各種不同尺寸規格的建筑用材,使其具有更加穩定的物理特性和更廣泛的使用空間,以滿足現代建筑對材料的要求。現代竹材主要代表有竹材重組材、竹材層積材、竹材膠合板等。
1.1新型竹材常見類型(1)竹材重組材竹材重組材是將低質材(小徑級材等)加工為竹束,經干燥、施膠、組坯、熱壓而成的板狀或其他形狀的竹質人造復合材料。竹材重組材的生產工藝簡單,突破了傳統工藝中的切削加工方式,保持了天然竹材的紋理結構,合理利用了竹材纖維材料的固有特性,保留了竹材原有的物理性能,具有縱向強度高,加工性能好,材質利用率高(90%以上)等特點。現已應用于建筑結構用材領域。(2)竹材層積材竹層積材是當前比較適宜的竹質結構用材,主要分為板材和方材兩種類型。制作工藝一般是將天然竹材剖切成厚度為0.8~1.2mm、寬度為15~20mm的竹篾經氣干、浸膠、干燥后沿出成品的同一方向層疊組坯后膠合壓制而成[5]。我國生產竹材層積材已有幾十年的歷史,其原材料的加工、板材的制造技術、工藝設備配套方面均成熟穩定,致使其成材率高,生產成本低于竹集成材。同時該種材料其縱向強度和剛度很高,比較能夠適應現代建筑行業在結構材料方面的需求。(3)竹材膠合板以竹簾膠合板為代表的竹材膠合板主要以竹材或竹質廢料為主要原料,經現代工藝加工處理成不同幾何形態構成單元,再通過浸膠壓制成為各種人造板材。主要類型有:竹簾膠合板、竹編膠合板、竹席竹簾膠合板、竹材膠合板、竹材碎料板等。竹簾膠合板是以棉線、麻線或混紡線為經線將厚1~3mm、寬10~15mm[5]的竹篾連成長方形的竹簾,經干燥、涂膠或浸膠后的竹簾縱橫交錯組坯后熱壓膠合而成的人造板材。具有材質均勻、不易開裂、不霉變、不變形等特點。
1.2常見新型竹材力學性能與常規建材比較表1中給出了三種常用竹質工程材料與常規建材的力學性能比較。竹材重組材、竹材層積材、竹簾膠合板三者的密度均接近于水(1.00g/cm3),相較質軟浮水的一般木材要結構致密的多。在力學性能及其穩定性方面,竹材重組材最優,竹材層積材次之,竹簾膠合板較弱。竹材重組材與竹材層積材在靜彎曲強度和彈性模量方面、彈性模量三項均超過木材,三者的各項力學性能優于一般的木材。在同鋼材和混凝土的彈性模量比較中,雖無法達到與之相等的優異性能,但新型竹材的良好物理學性能和可塑性,能夠成為常規建材有益補充。通過現代工藝的改性手段使新型竹材在力學性能變化上較為明顯,在這三種竹質工程材料與原竹材料的比較中,密度均超過原生竹材,結構更為致密,強度更高,其中竹材重組材的綜合性能最為優秀,靜曲強度、彈性模量、順紋抗壓強度等值均超越原竹材料,且有不小提升。竹材層積材在提高密度和材料強度的同時,其他的三項性能基本未有損失,與原竹材料持平。而竹簾膠合板在提高密度和材料強度的過程中,也未見另三項力學性能有明顯減弱。三種新型竹質工程材料在力學綜合性能上表現良好,很好地解決了原竹材料聯接節點剛度過弱和不均勻的缺陷,且有利于統一材料規格,很好地適應了現代化的生產方式和建筑工程活動。
2新型竹材建筑案例分析
2.1“十字宅”(圖2~3)該項目由中國林科院木工所、華中科技大學建筑與城市規劃學院和福建和其昌竹業有限公司三方共同合作的一個建筑項目。主要目的是研究出模式化的膠合竹(竹材膠合板)建筑樣板房,開拓膠合竹材料的市場前景。“十字宅”項目定位于具有居住性質的高檔住宅,整個方案兼有展覽性質。其單元體外部形態為兩個相互交叉的長方形體塊,交叉處為室內公共空間,其四周空間相對獨立。可作為其他住宅的基本功能布局。值得一提的是膠合竹材料具有輕質高強,紋理自然的特點,因此建筑結構為完全外露式,使其與自然環境的融合度很高,極具美感。房屋整體采用膠合竹作為結構材料,主體結構為門式剛架體系,主要采用兩種規格的龍骨柱,分別為尺寸100mm×200mm、跨度3900mm和尺寸100mm×200、跨度4200mm。并間隔1100mm設置一條龍骨[3],通過金屬連接件與建筑龍骨柱進行連接,這樣便能夠形成完整的膠合竹框架結構。由于保溫隔熱的需要,各龍骨之間設置了厚200mm的絕緣材料,相應在轉角的處理上則布置200mm×200mm的方形膠合竹柱。在空間形態的設計方面,“十字宅”運用拓撲變換手法來衍生單元體的建筑空間。整個設計通過延伸、轉角、縮放、變形等手法強調了建筑造型上的連續性。而整個建筑的平面更像是一種有機生長的網格,各類的植被鑲嵌其中,良好地適應功能要求與周邊環境,可以看出在材料尺寸的選擇方面進行過大量的分析與實驗。
2.2石榴居(圖4~6)同樣出自華中科技大學建規學院穆威團隊的還有設計于2011年的“石榴居”項目,該房屋坐落于華中科技大學建筑與規劃學院前的空地,建設完成于2012年。該項目目前是我國國內預制化程度最高的膠合竹建筑,建造面積為60m2,設有客廳、書房、露臺、庭院等功能區,設計使用壽命為50年,而由于預制化程度極高,施工僅用時25天。在結構設計方面,“石榴居”使用整體預制的膠合竹作為結構材料,主體結構為30mm×600mm的門式鋼架體系,主體構件和次級構件均為工廠預制,房屋的裝配過程就好比是搭積木,建造速度非常快。整體寬6m,長10m,門式鋼架最高點6m,總體造價與混凝土結構持平[10]。膠合竹材料在其中扮演了結構用材的角色,由于它通過特殊工藝將原竹材料改性,使得力學性能大大增強。以上兩個膠合竹建筑的實例同樣也為現代膠合竹建造體系研究的探索做出了貢獻,設計者希望能將“宜家”裝配式建造的理念植入預制居住模式,渴望得到一類新的快速住宅體系。
3新型竹材的發展現狀
國外對于竹制膠合板的研究始于20世紀40年代,相繼建成了竹纖維板和單板的生產線。我國竹類材料的開始較晚,最近10年來取得了較快的發展。目前竹材不僅應用于室內裝飾,在室外應用頻率也大大提高,應用的方面也不再局限于建筑施工的模板、腳手架,而逐漸在向現代輕型住宅、大型高層建筑和橋梁的建設領域拓展。1995年頒布的《膠合竹模板JG/T3026-1995》已經不能滿足于當下竹材行業的發展,在2004年時被《膠合竹模板JG/T156-2004》所替代。同時,各大高校與研究機構積極參與竹質產品的研發與推廣引用,主要代表有中南林業科技大學、湖南大學、南京林業大學、中國林業科學研究院木材工業研究所等。在竹材工業發展良好勢頭的背后我們也存在許多局限。首先,新型竹材技術不夠成熟,例如竹材重組竹的制備中所使用的膠粘劑主要是酚醛樹脂膠粘劑,但其在可持續方面不利于環境保護。再如竹材重組竹本身具有一定的室外耐霉變和耐腐蝕的性能,但目前對其的應用大多限于室內的表面裝飾和部分類型的家具制作,在室外應用方面的研究仍處于起步階段。其次,結構用的竹材層積材產品,以我國現有的技術和設備所能生產出的竹材厚度較薄,難以滿足建筑結構用材對于該材料的需求,而且產品的質量穩定性不夠,耐久性不佳。再者,新型竹材從原竹到最后的成品要經過十多道工藝,這之中對于設備要求很高。如何在減少成本的同時保證較高的竹材利用率是該領域研究的一個重要方面。對于新型竹材的投入和研發力度仍舊不夠。最后,近10年來,國家和有關各級政府雖開始加強對竹業生產的資金扶持、行業管理以及科技推廣工作。但目前,由于業內相關技術規范標準與系統施工技術指導的匱乏,加之社會上對竹材認識的片面性與局限性,新型竹材推廣運用工作取得的成績還十分有限。
4結語
【Abstract】New building wall materials, building products to meet the industrial, construction mechanization, reducing the wet construction site operations, building functions to improve the development requirements of modern construction and production of wall materials, China's annual 10 billion square meters of civil operational, building energy consumption ratio of total energy consumption from 10% in 1978 to the current 30%. Vigorously develop energy-efficient buildings has become a consensus. And with energy conservation and environmental protection requirements continue to increase, building envelope insulation techniques have also been increasing, especially in exterior wall insulation technology has made rapid progress, and become an important building energy saving technology.【Key words】Development situation of new wall materials; Type of new construction wall materials, Characteristics and problems; Outside wall insulation technology and energy-saving materials
1. 新型墻體材料發展狀況 我國新型墻體材料發展較快,1987年新型墻體材料產量為184.5億塊標準磚,到1997年增長到1849.88億塊標準磚,增長了10倍,新型墻體材料在墻體材料總量中的比例由4.58%上升到25.2%。經過近20年來自我研制開發以及引進國外生產技術和設備,我國的墻體材料工業已經開始走上多品種發展的道路,初步形成了以塊板為主的墻材體系,如混凝土空心砌塊、紙面石膏板、纖維水泥夾心板等,但代表墻體材料現代水平的各種輕板、復合板所占比重仍很小,還不到整個墻體材料總量的1%,與工業發達國家相比,相對落后40~50年。
2. 新型建筑墻體材料的類型、特性和問題
2.1新型墻體材料的類型。新型墻體材料品種較多,粗略的統計主要包括以下20種,如燒結多孔磚(GB13544-2000)、燒結空心磚和空心砌塊(GB13545-92)、燒結普通磚(GB/T5101-1998)、蒸壓灰砂磚(GB11945-1999)、蒸壓粉煤灰磚(JC239-91)、蒸壓加氣混凝土砌塊(GB/T11968-1997)、普通混凝土小型空心砌塊(GB8239-1997)、輕集料混凝土小型空心砌塊(GB15229-94)、石膏砌塊(JC/T698-1998)、粉煤灰砌塊(JC238-91)、裝飾混凝土砌塊(JC/T641-1996)、住宅內隔墻輕質條板(JG/T3029-1995)玻璃纖維增強水泥輕質多孔隔墻條板(GRC)(JC666-1997)、鋼絲網架水泥聚苯乙烯夾芯板(JC623-1996)、纖維增強硅酸鈣板(JC/T564-94)、蒸壓加氣混凝土板(GB15762-1995)、石膏空心條板(JC/T829-1999)、金屬面聚苯乙烯夾芯板(JC689-1999)、維綸纖維增強水泥平板(JC/T671-1997)、紙面石膏板(GB/T9775-1999)等。 2.2新型墻體材料的性能。作為國家推廣的新型建筑墻體材料,與傳統粘土實心磚相比,在技術層面上很多性能具有很大的優勢。其特征主要有以下幾個方面:保溫隔熱性能好如加氣混凝土砌塊、鋼絲網架火芯板、龍骨石膏板等;防滲水性好如磚類和砌塊類墻體材料及石膏板材等;隔音性能較好如煤灰燒結磚、蒸壓灰砂磚等;能耗低,新型建筑墻體材料需要的原料和能耗都比傳統粘土實心磚要低很多;強度等級高;自重輕,有利于基處理和抗震。另外,新型建筑墻體材料可以縮短工期、節省砂漿、從而增加使用面積等。 2.3新型墻體材料目前存在的問題。目前我國新型建筑材料主要存在以下幾點問題:主要表現在:產品檔次低、企業規模小、工藝裝備落后、配套能力差。新型墻體材料發展緩慢的重要原因之一是對實心粘土磚限制的力度不夠,缺乏具體措施保護土地資源,以毀壞土地為代價制造粘土磚成本極低,使得任何一種新型墻體材料在價格上無法與之競爭。其次新型墻體材料應新型建筑材料科技含量高,往往價格高于目前使用的一般材料,對市場推廣起制約作用; 材料的施工工藝、技術、檢測手段等目前尚無規范限制, 部分產品質量不穩定;個體利益驅動影響了新型墻體材料的開發應用和推廣等等。針對這種情況,國家三部一局(建設部、農業部、國土資源部和國家建材局)墻材革新辦公室積極指導各地大力開展墻材革新工作,結合各地實際情況,出臺了多項墻改政策,有力地促進了新型墻體材料的發展。
3. 外墻保溫技術及節能材料我國每年有10億平方米的民用建筑投入使用,建筑能耗占總能耗的比例已從1978年的10%上升到目前的30%左右。大力發展節能型建筑已成為共識。
而伴隨對節約能源與保護環境的要求不斷提高,建筑圍護結構的保溫技術也在日益加強,尤其是外墻保溫技術得到長足發展,并成為我國一項重要的建筑節能技術。 3.1建筑中常使用的外墻外保溫技術。外墻外保溫技術建筑中常使用的外墻保溫主要有內保溫、外保溫、內外混合保溫等方法。外墻外保溫是將保溫隔熱體系置于外墻外側,以賦予建筑物良好保溫隔熱性能的建筑節能措施。除了保溫隔熱功能以外,由于將絕熱體系置于外墻外側,從而使主體結構所受溫差作用大幅度下降,溫度變形減小,因而外墻外保溫對結構墻體能起到保護作用并可有效阻斷冷橋(熱)橋,有利于結構壽命的延長。3.2外墻外保溫技術的優勢。外墻外保溫技術的優勢與外墻內保溫相比,外墻外保溫具有以下優勢。(1)提高主體結構的使用壽命,減少長期的維修費用。采用外保溫技術,由于保溫層置于建筑物圍護結構外側,緩沖了因溫度變化導致結構變形產生的應力,避免了雨、雪、凍、融、干、濕循環造成的結構破壞,減少了空氣中有害氣體和紫外線對圍護結構的侵蝕。因而只要墻體和屋面保溫隔熱材料選材適當,厚度合理,外保溫可以有效地防止和減少墻體和屋面的溫度變形,有效消除常見的斜裂縫或八字裂縫。(2)降低建筑造價,增加房屋使用面積。由于外保溫技術保溫材料貼在墻體的外側,其保溫、隔熱效果優于內保溫,故可使主體結構墻體減薄,從而增加每戶的使用面積。同時墻體的減輕又可減少建筑梁、柱的直徑和鋼筋用量,進一步降低造價。根據測算,在塔形建筑中平均每戶可增加使用面積1.3平方米~1.8平方米,按建筑面積計算售房面積,在商品房價格中等偏上的城市,外保溫所增加的使用面積的售價可基本抵沖外保溫的費用。(3)基本消除“熱橋”的影響。“熱橋”是指在內外墻交界處、構造柱、框架梁、門窗洞等部位形成散熱的主要渠道。對內保溫而言,“熱橋”是難以避免的,而外保溫既可防止“熱橋”部位產生結露,又可消除“熱橋”造成的熱損失。熱損失減少了,每個采暖季的支出自然就降了下來。(4)改善墻體熱工性能。采用外保溫時,由于蒸氣滲透性高的主體結構材料處于保溫層內側,只要保溫材料選材適當,在墻體內部一般不會發生冷凝現象,故無需設置隔氣層。同時外保溫墻體由于蓄熱能力較大的結構層在墻體內側,當室內受到不穩定熱作用時,室內的空氣溫度上升或下降,墻體結構層能夠吸引或釋放熱量,故有利于室溫保持穩定。(5)便于對建筑物進行裝修改造。在室內裝修中,內保溫層易遭破壞,外保溫則可避免發生這種問題。在對舊建筑物進行節能改造時,采用外保溫方式最大的優點是無需臨時搬遷,基本不影響用戶正常生活。3.3外墻外保溫技術的不足。(1)國內的外保溫施工與國外相比難度較大。這是因為我國地少人多,城市人口居住密度高,居住建筑結構以多層和高層建筑為主,而國外發達國家以低層別墅和少量多層建筑為主,很少見到目前在國內大量出現的現澆混凝土剪力墻結構的高層住宅建筑。這樣國內的外墻外保溫針對的對象,要比國外建筑結構的單體面積及高度都大得多,施工難度也更大。(2)有些外保溫產品技術不過關,刮大風時常常吹落保溫層,外保溫層裂縫處理較難,阻礙外保溫技術的推廣。因此,建議相關部門應該就外保溫產品技術及施工標準加以細化,嚴格審批制度,抬高準入門檻。3.4目前成熟的外墻外保溫技術。目前較成熟的外墻外保溫技術主要有以下幾種: (1)外掛式外保溫外掛的保溫材料有巖(礦)棉、玻璃棉氈、聚苯乙烯泡沫板(簡稱聚苯板,EPS、XPS)、陶粒混凝土復合聚苯仿石裝飾保溫板、鋼絲網架夾芯墻板等。其中聚苯板因具有優良的物理性能和價格低廉,已在世界范圍內的外墻保溫外掛技術中被廣泛應用。該外掛技術是采用粘接砂漿或是專用的固定件將保溫材料貼、掛在外墻上,然后抹抗裂砂漿,壓入玻璃纖維網格布形成保護層,最后加做裝飾面。
還有一種做法是用專用固定件將不易吸水的各種保溫板固定在外墻上,然后將鋁板、天然石材、彩色玻璃等外掛在預先制作的龍骨上,直接形成裝飾面。這種外掛式的外保溫安裝費時,施工難度大,且施工占用主導工期,待主體驗收完后方可進行施工。在進行高層施工時,施工人員的安全不易得到保障。(2)聚苯板與墻體一次澆注成型,該技術是在混凝土框-剪體系中將聚苯板內置于建筑模板內,在即將澆注的墻體外側澆注混凝土,混凝土與聚苯板一次澆注成型為復合墻體。該技術解決了外掛式外保溫的主要問題,其優勢很明顯。由于外墻主體與保溫層一次成活,工效提高,工期大大縮短,且施工人員的安全性得到保證。而且在冬季施工時,聚苯板起保溫作用,可減少外圍圍護保溫措施。但在澆注混凝土時要注意均勻、連續澆注,否則由于混凝土側壓力的影響會造成聚苯板在拆模后出現變形和錯茬,影響后續施工。(3)聚苯顆粒保溫料漿外墻外保溫將廢棄的聚苯乙烯塑料(簡稱為EPS)加工破碎為0.5毫米~4毫米的顆粒,作為輕集料來配制保溫砂漿。該技術包含保溫層、抗裂防護層和抗滲保護面層(或是面層防滲抗裂二合一砂漿層)。其中ZL膠粉聚苯顆粒保溫材料及技術是目前被廣泛認可的外墻保溫技術。該施工技術簡便,減少了勞動強度,提高了工作效率;不受結構質量差異的影響,對有缺陷的墻體施工時墻面不需修補找平,同時解決了外墻保溫工程中因使用條件惡劣造成界面層易脫粘空鼓、面層易開裂等問題。與別的外保溫相比較,在達到同樣保溫效果的情況下,可降低房屋建筑造價。如與聚苯板外保溫墻相比,每平方米可降低25元左右。
此外,節能保溫墻體技術中還有將墻體做成夾層,把珍珠巖、木屑、礦棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料(也可現場發泡)等填入夾層中,形成保溫層。3.5外墻外保溫發展展望。由于外墻外保溫的優越性越來越被各方面所認識和接受,我國的外墻外保溫工程正在快速增加,加上既有建筑的節能改造逐步提上日程,外墻外保溫必然是建筑節能改造的一項基本措施。由于未來的外墻外保溫技術將會更加多種多樣,豐富多彩,采用不同保溫材料、不同構造、不同工藝(手工的、半工業化的、工業化的)的做法并存,而中國經濟正處于蓬勃發展時期,建筑規模龐大,因此,我國的外墻外保溫市場有可能會成為世界上最廣大、最有活力的外保溫市場。
關鍵詞:新型材料,發展形勢,發展建議
1.發展形勢
新型墻體材料主要包括磚、塊、板,如粘土空心磚、摻廢料的粘土磚、非粘土磚、建筑砌塊、加氣混凝土、輕質板材、復合板材等,一般具有保溫、隔熱、輕質、高強、節土、節能、利廢、保護環境、改善建筑功能和增加房屋使用面積等一系列優點。
我國新型墻體材料發展較快,1987年新型墻體材料產量為184.5億塊標準磚,到1997年增長到1849.88億塊標準磚,增長了10倍,新型墻體材料在墻體材料總量中的比例由4.58%上升到25.2%。 經過近20年來自我研制開發的引進國外生產技術和設備,我國的墻體材料工業已經開始走上多品種發展的道路,初步形成了以塊板為主的墻材體系,如混凝土空心砌塊、紙面石膏板、纖維水泥夾心板等,但代表墻體材料現代水平的各種輕板、復合板所占比重仍很小,還不到整個墻體材料總量的1%,與工業發達國家相比,相對落后40-50年。主要表現在:產品檔次低、企業規模小、工藝裝備落后、配套能力差。科技論文。
2.分類
2.1建筑板材類
(1)纖維增強硅酸鈣板(簡稱硅酸鈣板):通常稱為“硅鈣板”,系由鈣質材料,硅質材料與纖維等作為主要原料,經制漿,成坯與蒸壓養護等工序而制成的輕質板材。按產品用途分,有建筑用與船用兩類,按產品所用纖維的品種分,有石棉硅酸鈣板與無石棉硅酸鈣板兩類。
(2)玻璃纖維增強水泥輕質多孔隔墻條板(簡稱GRC板):又名“GRC空心條板”,是以耐堿玻璃纖維為增強材料,以硫鋁酸鹽水泥輕質砂漿為基材制成的具有若干個圓孔的條形板。最初GRC多孔板只限用于用作非承重的內隔墻,現已開始用作公共建設,主宅建筑和工業建筑的外圍護墻體。
(3)蒸壓加氣混凝土板:蒸壓加氣混凝土板是由鈣質材料,硅制材料,石膏,鋁粉,水和鋼筋等制成的輕質板材,含有大量微小的,非連通的氣孔,孔隙率達70%~80%,因而具有自重輕,絕熱性好,隔聲吸音等特性。此種條板還具有較好的耐火性與一定的承載能力,可用作內墻板,外墻板,屋面板與樓板。
(4)鋼絲網架水泥夾芯板:鋼絲網架水泥夾芯板包括以阻燃型泡沫塑料板條或半硬質巖棉板做芯材的鋼絲網架夾心板。科技論文。主要用于房屋建筑的內隔板,圍護外墻,保溫復合外墻,樓面,屋面及建筑加層等,具有重量輕,保溫,隔熱性能好,安全方便等優點。
(5)石膏墻板:石膏空心條板包括石膏珍珠巖空心條板,石膏粉硅酸鹽空心條板和石膏空心條板,主要用作工業和民用建筑物的非承重內隔墻。
(6)金屬面夾芯板:金屬夾心板的主要特點為:重量輕,強度高,具有高效絕熱性;施工方便,快捷;可多次拆卸,可變換地點重復安裝是喲感,有較高的持久性;帶有防腐涂層的彩色金屬面夾心板有較高的耐久性。
2.2非黏土磚類:
(1)孔洞率大于25%非黏土燒結多孔磚和空心磚;
(2)燒結頁巖磚和符合國家、行業標準的非黏土磚;
(3)混凝土磚和混凝土多孔磚;
2.3建筑砌塊類:
(1)普通混凝土小型空心砌塊;
(2)輕集料混凝土小型空心砌塊;
(3)蒸壓加氣混凝土砌塊;
(4)粉煤灰小型空心砌塊;
(5)石膏砌塊;
(6)原料中摻有不少于30%的工業廢渣、農作物秸稈、垃圾、江河(湖、海)淤泥,以及由其他資源綜合利用目錄中的廢物所生產的墻體材料產品(不含實心黏土磚);
(7)預制及現澆混凝土墻體;
(8)鋼結構和玻璃幕墻;
3.重要意義
建筑物承擔的豎向荷載除活載之外,主要是承重結構的自重和非承重構件的自重及裝飾材料的自重。要想優化房屋結構設計,必須減輕這些構件的自重,選用新型建筑材料勢在必行。
首先,減輕承重結構自身重量。新型墻材的使用使得結構構件無論從斷面尺寸還是單位容重都大大減少了,不但減輕建筑物自重,而且優化了結構設計、提高了建筑經濟性,使其結構自重降低,且具有良好的經濟效果。
其次,減輕非承重構件及裝飾材料的自重。這些構件只起到保溫、隔熱、隔氣、隔聲的作用,所以對非承重構件更要大力推廣輕質材料。新型的石膏板、石棉板以及塑料板具有很多獨特的優良特性,重量輕、強度高、可塑性好、耐腐蝕性、絕緣性好等,因而在高層建筑上的使用越來越廣泛。
另外,隨著人們物質文化生活水平的提高,傳統的裝飾材料已不能滿足建筑裝修日益增長的需要。選用新型建筑裝飾材料,不但達到裝修效果,而且在一定程度上起到建筑節能的作用,減輕了建筑物的自重,優化了房屋結構設計和提高建筑經濟性。
4.發展建議
(1)新型墻材不能簡單地用水泥或白灰制品發展。我國水泥的總產量已連續多年居世界第一,占全球總產量的近一半。如以2004年我國水泥總產量9.7億噸消耗石灰質原料10億噸計,我國可開采的約250億噸石灰石資源則不需30年將消耗殆盡。為了更好地保護所有自然資源,發展新型墻體材料不能只想到非燒結的水泥和白灰制品。
(2)發展新型墻材要考慮到產品使用地的氣溫和濕度新型墻體材料中一些以白灰為膠結料的蒸壓產品,某些特殊氣溫濕度下其耐久性是不可靠的,使用者要承擔一定的建筑工程質量保證風險。
(3)粉煤灰等黏土質廢渣儲量大的地方,應盡量發展高摻量粉煤灰等廢渣燒結空心墻材。粉煤灰、煤矸石、鍋爐爐底渣等黏土質廢渣的化學成分與黏土的化學成分幾乎相同,只是有的廢渣沒有塑性,不能單獨成型制坯,如粉煤灰、爐底渣等。科技論文。在粉煤灰等黏土質廢渣儲量大的地方,只要配以適量塑性稍高的黏土質原料制坯,就可以發展燒結類墻材。
(4)缺乏黏土質原料地區發展新型墻材,應重點發展工業廢渣混凝土多孔磚和建筑空心墻板。承重墻材建議選擇發展工業廢渣混凝土多孔磚,非承重墻材建議選擇發展各種工業廢渣制成的建筑空心墻板。
(5)應全面提高新型墻材的質量水平,及時提升新型墻材的產品標準。一些雙免粉煤灰磚、廢渣砌塊、硅鎂加氣混凝土空心隔墻板等生產企業,采取簡易的工藝和裝備進行粗放式生產,不注意工藝技術及產品質量。有的生產企業為了降低成本低價搶占銷售市場,甚至降低粘結劑在原料中的比例,致使產品性能無法達到建筑功能要求,給建筑工程質量帶來諸多問題和隱患。
另外,一些產品標準由于指標低已經阻礙了新型墻材產品的技術進步,抑制了行業整體水平的提高,妨礙了先進技術的引進和采納以及新型墻材行業持續健康的發展。所以,部分墻體材料產品標準指標的提升刻不容緩。
參考文獻:
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[3]陳福廣.對墻材革新的戰路思考.《新型建筑材料》2010(1)
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N115 現代儀器
G963 現代預防醫學
N111 現代制造工程
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G486 現代中藥研究與實踐
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T953 消防科學與技術
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G083 心肺血管病雜志
E046 心理學報
G476 心腦血管病防治
G419 心血管病學進展
G578 心血管康復醫學雜志
G260 心臟雜志
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H908 新疆農業大學學報
H276 新疆農業科學
L007 新疆石油地質
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G328 新鄉醫學院學報
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G721 新醫學
R034 信號處理
* R052 信息安全與通信保密
R519 信息技術
R652 信息與電子工程
S002 信息與控制
A510 信陽師范學院學報自然科學版
G565 徐州醫學院學報
G346 血栓與止血學
通常傳統的涂料都存在懸浮穩定性差,耐老化、耐洗刷性差,光潔度不夠等缺陷。而納米涂料則能較好的解決這一問題,納米涂料具有下述優越的性能:(1)具有很好的伸縮性,能夠彌蓋墻體細小裂縫,具有對微裂縫的自修復作用。(2)具有很好的防水性,抗異物粘附、沾污性能,抗堿、耐沖刷性。(3)具有除臭、殺菌、防塵以及隔熱保溫性能。論文百事通(4)納米涂料的色澤鮮艷柔和,手感柔和,漆膜平整,改善建筑的外觀等。
雖然國內外對納米涂料的研究還處在初步階段,但是已在工程上得到了較廣泛的應用,如北京納美公司生產的納米系列涂料已大量應用于北京建欣苑、建東苑等住宅區的外墻粉刷,效果良好。在首體改造工程中,使用納米涂料1700噸,涂刷6萬平方米。復旦大學教育部先進涂料工程研究中心的專家已研發出了“透明隔熱玻璃涂料”。
2納米水泥的應用
普通水泥混凝土因其剛性較大而柔性較小,同時其自身也存在一些固有的缺陷,使其在使用過程中不可避免地產生開裂并破壞。為了解決這一問題就必須加速對具有特殊性能混凝土的研發,而納米混凝土就能有效的解決這樣問題,納米混凝土,與普通混凝土相比,納米混凝土的強度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有顯著提高,同時還具有防水、吸聲、吸收電磁波等性能,因而可用于一些特殊的建筑設施中(如國防設施)。通常在普通混凝土中加入納米礦粉(納米級SiO2、納米級CaCO3)或者納米金屬粉末已達到納米混凝土的性能,而且通過改變納米材料的摻量還能配置出防水砂漿等。目前開發研制的納米水泥材料包括納米防水復合水泥,納米敏感水泥、納米環保復合水泥以及納米隱身復合水泥。
納米防水水泥是通過在水泥中添加XPM水泥外加劑的納米材料而制成的,該納米外加劑摻入水泥后,可以加快水泥誘導期和加速期的水化反應,改善水泥凝固的三維結構,同時提高水泥石的密實度,增強了防水性能。
納米敏感水泥是在水泥中加入對周圍環境變化十分敏感的納米材料,從而達到改善水泥制品溫敏、濕敏、氣敏、力敏等性能。根據添加的敏感材料的不同可將納米敏感水泥用于化工廠的建設、高速路面的鋪設等。
納米環保復合水泥是利用納米材料的光催化功能,從而使水泥制品具有殺菌、除臭以及表面自清潔等功能。通常是選用TiO2作為納米添加劑。
納米隱身復合材料是通過使用具有吸收電磁波功能的納米材料(納米金屬粉居多),在電磁波照射時,納米材料的表面效應使得原子與電子運動加劇,促使電子能轉化為熱能,加強對電磁波的吸收,從何使材料能夠在很寬的頻帶范圍內避開雷達、紅外光的偵查,這一材料常用于軍事國防建筑等。
3納米玻璃的應用
普通玻璃在使用過程中會吸附空氣中的有機物,形成難以清洗的有機污垢,同時,水在玻璃上易形成水霧,影響可見度和反光度。而通過在平板玻璃的兩面鍍制一層TiO2納米薄膜形成的納米玻璃,則能有效的解決上述缺陷,同時TiO2光催化劑在陽光作用下,可以分解甲醛、氨氣等有害氣體。此外納米玻璃具有非常好的透光性以及機構強度。將這種玻璃用作屏幕玻璃、大廈玻璃、住宅玻璃等可免去麻煩的人工清洗過程。
4納米技術在陶瓷材料中的應用
陶瓷因其具有較好的耐高溫以及抗腐蝕性以及良好的外觀性能而在工程界得到了廣泛的應用(如鋪貼墻面的瓷磚),但是陶瓷易發生脆性破壞,因而在使用過程中也受到了一定的限制。使用納米材料開發研制的納米陶瓷則具有良好的塑性性能,能夠吸收一定量的外來能量。在陶瓷基中加入納米級的金屬碳化物纖維可以大大提高陶瓷的強度,同時具有良好的抗燒蝕性,火箭噴氣口的耐高溫材料就選用納米金屬陶瓷作為耐高溫材料。用納米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韌性、高強度、耐磨性、低溫超塑性、抗冷熱疲勞等性能優點。納米陶瓷將作為防腐、耐熱、耐磨的新材料在更大的范圍內改變材料的力學性質,具有非常廣闊的應用前景。
5納米技術在防護材料中的應用
通常是在膠料中加入炭黑等以提高材料的防水性能,但這種材料的耐腐蝕性以及耐侯性較差,易老化,研制具有高強、耐腐蝕、抗老化性能的防水材料也是工程界一直在積極研究的問題,納米防水材料能夠很好滿足上述要求,北京建筑科學研究院就成功的研制了具有較好耐老化性能的納米防水卷材,該類防水卷材具有很好的強度、韌性、抗老化性以及光穩定性、熱穩定性等。納米防水卷材具有叫廣泛的應用前景,如建筑頂面、地下室、衛生間、水利堤壩以及防潛工程等。
6納米保溫材料
隨著我國推行節能減排的方針,工程界也越來越注重建筑的保溫節能性能,我國目前使用的比較多的仍是聚氨酯、石棉等傳統隔熱保溫材料,這些材料在使用過程中容易產生一些對人體有害的物質,如石棉與纖維制品含有致癌物質,聚氨酯泡沫燃燒后釋放有毒氣體,而通過使用納米材料開發研制的保溫材料則能避免這些弊端,如以無機硅酸鹽為基料,經高溫高壓納米功能材料改性而成的保溫材料不僅具有很好的保溫效果,同時對人體也無損害,是一種綠色環保保溫材料。
7納米技術在其粘合劑以及密封材料和劑方面的應用
對于一些在深海中作業的結構以及其他特殊環境下工作的構件,它們對結構的密封性的要求非常高,已超過了普通粘合劑和密封劑所能滿足的范圍。國外通過在普通粘合劑和密封膠中添加納米SiO2等添加劑,使粘合劑的粘結效果和密封膠的密封性能都大大提高。其工作機理是在納米SiO2的表面包覆一層有機材料,使之具有永久性,將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結構,即納米SiO2形成網絡結構的膠體流動,提高粘接效果,由于顆粒尺寸小,更增加了膠的密封性。大型建材機械等主機工作時的噪聲達到上百分貝,用納米材料制成的劑,既能在物體表面形成半永久性的固態膜,產生根好的作用,大大降低噪聲,又能延長裝備使用壽命,具有非常好的應用前景。新晨
8結語
納米技術作為一門新興的學科,被譽為二十一世紀最具有發展前景的技術,是對未來經濟和社會發展產生重大影響的一種關鍵性前沿技術。納米技術在建筑材料方面的應用前景非常廣闊,納米技術不僅會推動建材新產品的開發,還將為改善人們的生活環境,提高生活質量做出不可估量的貢獻。納米功能材料已成為國內外研究的熱點,目前研究開發工作正處于剛剛起步階段,還有很多問題還未很好的解決,需要將進一步加速對納米材料的研究以及推廣應用。納米材料將成為21世紀新型建筑材料的發展新方向,相信在不久的將來,我們將跨入一個全新的材料時代—納米材料時代。
參考文獻
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論文摘要:對環保節能型建筑材料的研究現狀進行了綜述,對環保節能型建筑材料的發展、應用進行了展望,指出建筑材料的環保節能是當前世界上普遍關注的熱點問題,環保節能型建筑材料的發展離不開高新技術及新材料的應用。
建筑材料的生產和加工行業是一個典型的能源消耗型產業,其生產和加工過程中不僅耗費大量的能源,還會污染環境。據統計,2005年建材行業消耗各類能源占全國能源消耗總量的7%,其產生的粉塵和排放分別占全國工業粉塵和排放總量的63%和8. 5 %位居全國工業的第一位和第二位。由此可見,在全國節能減排工作中,建材工業具有舉足輕重的作用。因而,發展和推廣環保節能型建筑材料是勢在必行的。
建筑材料要做到環保節能,就必須綜合考慮建筑材料的生產和使用能耗,盡量采用工業廢渣做原料,在保證一定材料成本的條件下,選擇保溫效果好的建筑材料。環保節能建筑材料是以最少的資料,并盡量利用工農業廢棄物及再生材料制造出的高效能建筑材料。在生產過程中也盡量減少對大氣污染和能源消耗。
1環保節能型建筑材料的發展及應用現狀
1. 1環保節能型建筑材料的發展現狀
1 .1. 1廢棄植物纖維
廢棄植物纖維是一種具有多種用途的可再生生物資源,主要是指農作物秸稈、廢棄木質材料、廢棄竹子等。我國是一個農業大國,農作物秸稈等廢棄植物纖維資源十分豐富。
廢棄植物纖維具有很多良好的性能,在環保節能型建筑材料的開發與應用中具有很大的性能潛力。
相對于其他建筑材料而言,以秸稈等植物纖維為原材料制成的砌塊加工過程簡單快捷,沒有環境污染,可以稱得上是綠色環保節能性材料,用它來建造的建筑更可稱得上是百分之百的生態建筑。但是由于材料本身的特性,適用于的建筑也有一定的局限性,目前無法用于兩層以上的建筑承重構件的需要,不過對于目前廣泛需求的私人住宅及小型的公共建筑,秸稈砌塊是非常適合的,同時也迎合了當前人們崇尚自然的心態。
1. 1.2石膏建材
石膏類建材具有的優點:1)石膏的鍛燒能耗比較低(僅為水泥的1 /4、石灰的1/3),因而用石膏做建材可大大節約能源;2)石膏建材比實心磚、混凝土均節約材料;3)石膏建材具有可循環使用性,不產生建筑垃圾;4)石膏無毒無害,具有良好的耐熱、耐火性。1 .1.3粉煤灰
粉煤灰是火力發電廠燃煤粉鍋爐排出的一種工業廢渣。我國2000年粉煤灰排放量1.6億t,且每年不斷遞增,粉煤灰堆放占地面積大,且威脅生態環境,處置粉煤灰的一個有效辦法是將粉煤灰應用于建材。利用粉煤灰代替部分赫土制作燒結磚、空心磚、墻地磚以及粉煤灰燒結陶粒等,而摻加粉煤灰生產的陶質制品是很有發展前途的新型環保節能建筑材料。
1 .1 .4泡沫玻璃
泡沫玻璃是集環保、保溫、阻燃、隔潮、吸聲于一體的新型建筑材料。其原料是廢棄的各種顏色平板或瓶罐玻璃碎塊,屬于廢物利用;生產的產品具有顯著的環保效益;生產過程不產生“三廢”。
泡沫玻璃具有自重輕、抗壓強度高、導熱率低、耐火性好、抗滲防水能力強、化學穩定性高等特點,是一種既保溫又保冷的建筑材料。目前,泡沫玻璃廣泛適用于各種場所,如代替磚和砌塊,作為屋面、墻體、天棚材料和保溫隔熱構件。
1 .1 .5膜材料
建筑用復合膜材料具有透光性好、密度小、機械強度高、耐久、防火、保溫和抗紫外線等優良特性,因而成為新一代的環保節能型建筑材料。用于建筑中的膜材料種類繁多,按材質的不同可分為兩大類:1) ptfe類膜材料,其樹脂的含量大于90%;2)pvc類膜材料。
膜材對自然光的透光率可達20,即使對保溫隔熱性能要求較高的雙層膜建筑,其透光率也達4%一8%,透射光在膜結構建筑內部產生均勻的漫射光,無陰影、無眩光,白天可滿足各種室內活動的需要,因而可節省大量的照明用電。膜材有較高的反射率和較低的光吸收率,并且熱傳導性較低,這在很大程度上阻止了太陽能輻射進人室內,減少了熱量的傳遞,具有良好的保溫隔熱性能。膜材化學性能穩定,不會對環境造成污染和人體造成傷害,膜材作為一種綠色建材在發達國家得到了大力的推廣和應用。
1 .1 .6其他環保節能型建材
一種納米微膠囊相變材料可作為新型的環保節能型建筑材料,其主要成分為納米和微膠囊化的相變材料。納米在光催化作用下,能殺死病毒,消除voc和無機有害氣體,能在不通人室外新風的情況下有效提高室內空氣品質,減少空調系統的能耗;同時,微膠囊相變材料通過相變,物質的分子結構迅速地發生轉變,在恒溫狀態下進行吸熱或放熱,在外界溫度變化時能有效地保持室內熱環境的穩定性,減少了能量的損耗,達到建筑節能的目的。
1.2環保節能型建筑材料的應用現狀
1.2.1用于墻體及圍護結構的環保節能型建材
節能型外墻所用建材必須兼顧合適的儲熱能力和好的保溫隔熱性能,復合型墻體是首選。
空心砌塊和多孔磚是常用的、節能良好的墻體建材。在空心砌塊的墻體中,可向空隙中填加膨脹珍珠巖、散狀玻璃棉或散狀礦物棉等松散填充絕熱保溫材料,降低墻體導熱系數及砌塊之間的對流換熱作用。另外,用高壓縮空氣把絮狀的或塊狀的玻璃棉吹到墻體空腔中,填充密實,同樣能起到很好的保溫作用。
節能型墻體建材應用較多的還有加氣混凝土。加氣混凝土是優良的低能耗新型墻體保溫節能材料,是目前所有墻體材料中唯一能夠滿足節能標準65%要求的單一材料。它已廣泛用于內外墻體、屋面、樓層和平坡屋面,不僅可以用于民用居住建筑,而且可以廣泛地用于工業建筑和4層以下混合結構建筑的承重墻體。
對于建筑的圍護結構,則可采用輕質高效的玻璃棉、巖棉、泡沫塑料等保溫材料,以減輕建筑能耗。
1.2.2用于屋頂、地板及門窗的環保節能型建材
用于屋頂的環保節能型建材有玻璃棉或礦物棉氈(墊),這些保溫材料與裝飾貼面復合而成的天花板,能減少閣樓空間與屋頂天花板之間的傳熱系數,起到隔熱保溫的作用。
門窗能耗占我國高能耗建筑中總能耗約40%因而門窗的環保節能顯得尤為重要。塑料門窗的隔熱性能比常用的鋼、木、鋁合金門窗要好得多;同時塑料門窗生產過程中采用清潔的生產技術,少用天然能源,生產出的門窗無毒害、無污染、無放射性,有利于環境保護和人體健康,符合人們提出的“綠色建材”的概念,因而塑料門窗屬于環保節能型建材。
2環保節能型建材未來發展策略探討
開發環保節能型建材,從根本上改變我國建材工業發展中存在的高投人低產出、高消耗、高污染、低效益的粗放式生產方式,選擇資源節約型、污染最低型、質量效益型、科技先導型的發展方式,把建材的發展和資源利用、生態保護、污染治理有機地結合起來,這是21世紀我國建筑材料發展的戰略目標。
我國建材行業未來發展戰略方向應該是:大力發展環保節能型建材,采用低能耗制造工藝和不污染環境的生產技術,盡量不使用含有對人體有害的、有機化學物質,兼顧可回收利用和循環生產,堅持走資源節約型和環境友好型的可持續發展道路。
隨著環保型消費逐步占據主流,住宅建筑的生產商和消費者都對建材提出了安全、健康、環保的要求。采用清潔衛生技術生產,減少對天然資源和能源的使用,大量使用無公害、無污染、無放射性、有利于環境保護和人體健康的環保型建筑材料,是住宅建筑發展的必然趨勢。所謂環保型建材,即考慮了地球資源與環境的因素,在材料的生產與使用過程中,盡量節省資源和能源,對環境保護和生態平衡具有一定積極作用,并能為人類構造舒適環境的建筑材料。
環保型建材應具有以下特性:一是滿足建筑物的力學性能、使用功能以及耐久性的要求。二是對自然環境具有親和性、符合可持續發展的原則。即節省資源和能源,不產生或不排放污染環境、破壞生態的有害物質,減輕對地球和生態系統的負荷,實現非再生性資源的可循環使用。三是能夠為人類構筑溫馨、舒適、健康、便捷的生存環境。
1、住宅建筑裝飾材料的污染及其原因
隨著人們生活水平的提高,逐漸對住宅建筑的環境設計重視起來,力求創造一個舒適、高雅的生活和工作環境。但是室內裝修使用不少材料大都是由化工材料制成的,有的本身含有有毒物質,它們不斷地向室內空氣中揮發有毒成分,給人體帶來不良影響。據報道,美國環境保護局的專家們曾經對數個城市的10幢新建房屋建筑作抽樣檢查證實,在現代化房屋建筑內空氣含有多達500余種的化學物質,比室外要高出許多倍。又據美國微生物學會年會有關論文報道,現代房屋建筑的2%~3%有石棉和氡,10%左右有病毒、細菌等微生物。含有這些有害物質的建筑被稱為“病態建筑”,這些有“病”的建筑常常會把自身的“病”傳染給房屋的使用者[1].
事實證明,建筑材料問題是非常重要的,所釋放的各種氣體如氨、甲醛、苯、氡等對人體的健康非常不利。封閉的室內環境由于溫度、濕度較大,有些材料會為霉菌和細菌生長提供養料,對人體的危害更大。具體來說,住宅建筑裝修的污染物主要來自以下幾個方面:
(1)板材類。不符合環保標準的人造裝修板材,內含超標的甲醛,如大芯板(細木工板)、膠合板、纖維板、刨花板,以及用這些板材制作的復合地板、家具等。甲醛主要來自于制作復合板材所使用的脲醛樹脂膠,這種膠具有膠接強度高、不易開膠的特點,是目前生產各種復合板材普遍使用的粘合劑。脲醛樹脂膠含有甲醛,會形成游離甲醛氣體釋放到空氣中,而甲醛為高毒性物質。
(2)石材類。石材類裝修材料如花崗巖、大理石、石膏、瓷磚等,含有一種叫做氡的有害物質。氡是世界衛生組織公布的19種環境致癌物之一,它是僅次于吸煙的第二個肺癌致病因。
(3)涂料類。房屋裝修使用的油漆、涂料、防水材料,以及各種油漆涂料的添加劑和稀釋劑含有有害物質苯。
(4)水泥等。水泥等建材主要含有有害物質氨,它是一種無色、有強烈刺激性氣味的氣體。裝修設計的環保,最主要取決于材料的環保程度。現在的建筑材料打出了很多環保的賣點,如節水、節能、防霉、防蟲、防菌等,這給了設計師更大的發揮空間。不過,設計師一般是按照客戶的要求,以及開出的價格來選擇用料的,環保材料價格相對較高。
我國目前室內裝修的環境污染問題相當嚴重,但在重視和治理方面還存在較大差距。原因如下:首先,隨著生活水平的提高,人們對居住條件要求越來越高,但很多消費者的室內環保意識并不強,在裝修時注重的往往是居室的豪華與氣派,而忽視了裝修后的室內環境污染。其次,從我國裝修材料市場上看,大多數生產企業和經銷商并不了解自己生產或銷售的產品是否符合國家標準。因而不能按照國家標準生產或銷售裝修材料,使污染室內環境的建材源源不斷產出并流入市場。再次,裝修材料生產企業資質低生產技術水平落后,沒有采用無污染技術(清潔生產)。
2、住宅建筑應合理選擇和使用環保型建筑材料
2.1注重采用新型環保建材
作為現代建筑工程重要物質基礎的新型建材,國際上稱之為健康建材、綠色建材、環境建材、生態建材等。環保型建材及制品主要包括:新型墻體材料、新型防水密封材料、新型保溫隔熱材料、裝飾裝修材料和無機非金屬新材料等。按照世界衛生組織的建議,健康住宅應能使居住者在身體上、精神上和社會上完全處于良好的狀態,應達到的具體指標最重要的一條,就是盡可能不使用有毒、有害的建筑裝飾材料,如含高揮發性有機物的涂料;含高甲醛等過敏性化學物質的膠合板、纖維板、膠粘劑;含放射性高的花崗石、大理石、陶瓷面磚、煤矸石磚;含微細石棉纖維的石棉纖維水泥制品等[2].
因此,應該仔細地選擇和恰當地運用環保型建材,將建筑材料對環境和人體健康的不利影響限制在最小范圍內。避免使用那些產生放射性污染的材料,溶劑型油漆、化纖毛毯、復合木板和其他建筑產品都可能在空氣里釋放出甲醛等揮發性的有機混合物(VOC),這些化學制品不僅影響建筑工人和建筑使用者的健康,同時,也會增加環境中的粉塵和有機物污染。
2.2遵循國家的環保法規
《民用建筑工程室內環境污染控制規范》于2002-01-01正式實施。室內裝修的環境污染問題已引起國家的重視,最近,國家質監局等部門公布實施了《室內裝飾裝修材料人造板及其制品中有害物質限量》等一系列環保法規,應努力執行。應選用已通過環保管理認證的材料;減少設計中色彩鮮艷石材的運用;多采用優質聚酯漆和環保型硝基漆,減少或杜絕在空氣流通較差的房間使用醇酸油漆的數量。當然,不同的建筑類型有不同的設計標準,但健康和無害化應該是普遍的原則。
2.3加強宣傳工作,提高環保意識
利用各種宣傳媒體進行環保意識、環保知識、環保建材知識的教育,使全民樹立起強烈的生態意識和環保意識,樹立加快發展環保型建材的責任感,自覺地參與保護生態環境、發展環保型建材的工作中。室外的綠色營造了美麗的環境,室內設計方面同樣需要環保意識,嚴格控制住宅建筑的裝修污染:
(1)要嚴格選材。首先,要看裝飾材料是否是正規生產廠家的產品,要查看生產廠的商標、生產地址、防偽標志等。然后,要看產品檢測報告中的甲醛、苯等有害物體釋放量是否合乎標準。
(2)要在裝修后找有資質、正規的室內環境監測部門進行檢測,聽取專家的意見,選擇合適的入住時間。最好空閑一段時間,使室內有害物質消釋到安全系數內再入住。
(3)在入往后常開窗戶加強通風,加速室內不良物質和氣體的排放。
(4)如果在入住后有不良反映,要及時到醫院檢查身體,并請檢測部門來檢測,及時清除致病的污染源。
(5)要學習、掌握一些裝修環保標準和法規,在遇到因裝修污染引起的糾紛時,要按照國家的環保法規依法調解或經訴訟解決。
3、住宅建筑可持續發展的途徑
3.1提倡綠色住宅建筑
20世紀90年代開始,“可持續發展”成為世界上許多國家的發展戰略,專家們提出了“綠色建筑”的概念。綠色建筑就是“資源有效利用的建筑”,亦即節能、環保、舒適、健康、有效的建筑,簡言之為低能耗、低污染的建筑。對于材料的選用遵循以下原則:一是提倡使用3R材料(可重復使用、可循環使用、可再生使用)。二是選用無毒、無害、不污染環境,有益人體健康的材料和產品,宜采用取得國家環境保護標志的材料、產品。
與傳統建材相比,制造新型建材不僅可以降低自然資源的消耗和能耗,而且能使大量的工業廢棄物得合理的開發與利用;新型建材不僅不會對人類的生存環境造成污染,而是有益于人體的健康,有助于改善建筑功能,起到防霉、隔音、隔熱、殺菌、調溫、調濕、調光、阻燃、除臭、防射線、抗靜電、抗震等作用;制造新型建材不僅可以采用不對環境造成污染的生產技術,而且在產品結束其使用壽命后,還可以作為再生資源加以利用,不會形成新的廢異物。
3.2提倡清潔生產(無污染技術)
減少建材生產對地球環境和生態平衡的負面影響。現代社會經濟發達、基礎設施建設規模龐大,建筑材料的大量生產和使用一方面為人類構筑了豐富多彩、便捷的生活設施,但同時其發展是以能源的過度消耗和環境污染為代價的。筆者認為,忽視原材料的“環境價值”是建筑對環境產生不利影響的原因之一。因此,要保護環境,實現可持續的建筑設計,就必須把原材料對環境造成的影響,加入衡量建筑的價值體系中去。建筑是取之自然又回歸自然的創造性工程,所使用的材料不應對人體及周邊環境產生危害,如墻體采用粘土磚即是對自然的破壞。并盡量采用低蘊能材料,避免有毒污染材料。建材生產避免以破壞、占有土地林木為代價的,在我國每年的建材資源消耗達50億t,毀壞農田6700萬公頃。就可持續發展建筑而言,對木材的選擇需要慎重進行。樹木的砍伐可能帶來相當多的可持續發展問題,如運輸能耗、生物差異多樣性的損失、可能發生的局部經濟環境被破壞等問題。
環境親和的建筑材料應該耐久性好、易于維護管理、不散發或很少散發有害物質,當然,同時也得兼顧其他方面的特性,如藝術效果等。為了實現可持續發展的目標,將建筑材料對環境造成的負面影響控制在最小限度之內,需要開發研究無污染技術,清潔生產環保型建筑材料。例如,利用工業廢料(粉煤灰、礦渣、煤矸石等)可生產水泥、砌塊等材料;利用廢棄的泡沫塑料生產保溫墻體板材;利用廢棄的玻璃生產貼面材料等。既可以減少固體廢渣的堆存量,減輕環境污染,又可節省自然界中的原材料,對環保和地球資源的保護具有積極的作用。免燒水泥可以節省水泥生產所消耗的能量;高流態、自密實免震混凝土,在施工工程中不需振搗,既可節省施工能耗,又能減輕施工噪音。
3.3節約資源,降低能耗
按廣義生命周期的觀點,建材能耗包括:建材生產、建筑物營運、建筑物的日常使用、建筑物的拆除解體、建材再利用等方面能耗。加工越細致和制造過程越復雜的產品和材料,通常要在生產過程中消耗更多的能源。一般來說,耐久性越好的材料,導致室內污染越少。綠色建筑師們往往就地取材,減少使用金屬、混凝土之類加工程度高、能耗大的建材;就地加工,減少使用金屬、混凝土之類加工程度高、能耗大的建材,重新開發短壽易耗廢舊材料。選擇再處理(如油漆、再加工、防水防火處理等)較少的建筑材料,或者選用那些對其維護只產生最小環境影響的材料。另外,功能要求的變化,使用期限的限制,城市發展的需要等等都可能需要建筑被拆除或改造。如果在設計時就考慮了其拆除時的問題,則可對材料的再生和循環使用起到相當的幫助。積極利用可循環使用的建筑材料,可以減少垃圾掩埋的壓力和節省自然資源。建筑物到達使用期限后,其材料應能自然降解或轉換。
3.4借鑒國外成功的經驗
發達國家在對環保型建材的研究、開發、實施上起步較早,制訂了一些有機揮發物散發量的試驗方法,規定了一些環保型建材的性能標準,并且開始推行低散發量標志認證,同時,開發了一些環保型建材新產品。國外消費者對建筑裝飾材料的環保程度要求很高,西歐各國和美國等發達國家的建材目前達環保標準的已超過90%,日本還推出了無化學住宅。在倡議和發展環保型建材的基礎上,一些國家已經建成了居住或辦公用的樣板建筑,取得了良好的社會和經濟效益。充分利用老舊建筑的材料,盡可能使用由再生原料制成的材料。由再生原料制成的建材產品可以減少固態垃圾,以及制造的能量消耗,而且節省自然資源,這也是具有環保意識的做法,在世界上逐漸流行起來[3].比如,在西班牙塞維利亞1992年世界博覽會上紙制建筑曾大量登場,展覽會的入口標志塔就是由預制紙構件來建成的,它的直徑為13m,高達33m.由于這座塔是可完全分解的,所以,在展覽結束后其材料不會浪費。再比如,美國弗里斯特兒童商店總部的地毯是使用處理過的塑料瓶,入口門廊則使用回收的玻璃燈泡制成的瓷磚。許多國家還致力于研究建筑廢材(包括工業廢材)的改造再生技術,及其與成本的關系,以更廣泛地節約資源、減少地球垃圾。
4、結束語
環保型建材是一個內涵深邃、外延廣袤的概念,它是生態建筑賴以發展的基礎。材料的革新往往引起技術上的革命。近年來,各種各樣的有利于節能和環保新材料的問世,如透明泡熱材料、高強輕質材料、高保溫玻璃等,大大推動了生態建筑的發展。
我國環保型建材的發展已開始起步,目前,我國已開發的裝飾材料有壁紙、涂料、地毯、復合地板、管材、玻璃、陶瓷、纖維強化石膏板等。如防霉壁紙,經過化學處理,排除了壁紙在空氣潮濕或室內外溫差較大的情況下易出現的發霉、起泡、滋生霉菌的現象;環保型內外墻乳膠漆,不僅無味無污染,還能散發香味,可以洗滌、復刷等。應該積極注意新型建材的信息,新型建筑材料在環境保護和能源節約方面扮演著重要角色,這些材料將能積極主動地應付自然環境的挑戰。可以相信,大力推廣環保型建材,運用現代高科技手段進行設計,實現住宅建筑可持續發展會逐步變為現實。
參考文獻:
[1]許亞文,魯坤元,楊慧。設計面向21世紀的綠色住宅[J].四川建筑,1999(2):56-57.
Wang Haibin;Tan Liangbin
(①Weihai Municipal Urban Construction Design Institute Co.,Ltd.,Weihai 264500,China;
②Kunming University of Science and Technology College of Civil Engineering and Architecture,Kunming 650224,China)
摘要: 隨著城市化進程的加快,農村的居住環境和能源消耗問題都發生了巨大的變化。通過對西部農村室內環境及能源消耗情況的分析,提出一系列改善農村居住條件、節約能源的方法和途徑,使新建農房盡量減少對現有自然系統的干擾,減少常規能源的利用,達到保護與促進生態環境的目的,從根本上改善人居環境條件。
Abstract: With the acceleration of urbanization, the rural living environment and energy consumption experience great changes. Through the analysis of the western rural indoor environment and energy consumption, the author puts forward a series of methods and ways of improving the rural living conditions and energy saving so that new farmhouse decrease interference of existing natural system as far as possible, reduce the utilize of conventional energy sources, to achieve the purpose of protecting and promoting ecological environment, fundamentally improve the living environment.
關鍵詞: 城市化 居住環境 節能
Key words: urbanization;living environment;energy saving
中圖分類號:TU24 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2011)27-0077-02
0引言
我們已經跨入一個可持續發展的新世紀,各項事業都在飛速向前發展。數億村鎮人口的住宅建設也發生著巨大的變化,已進入更新換代的高峰時期。村鎮住宅建設量大面廣,每年以6~7億m2的速度遞增。根據“十五”發展規劃,預計全國城鄉新建房屋55億m2,其中村鎮住宅近30億m2,占全國住宅新建總面積的55%。因此,飛速發展的村鎮建房與無限膨脹的資源消耗及相關問題:節地、節能、節水、環保、利廢和新能源的應用等,必須引起人們的高度重視,而且過去村鎮住宅冬天寒冷,夏天炎熱的傳統居住條件已經不能滿足農民生活的需要,人們迫切希望改善居住環境和生活條件,盼望住上那種冬天不冷,夏天不熱,既省柴節能,又干凈衛生的住房。因此村鎮住宅的可持續發展應與城市住宅的可持續發展擺在同等重要的位置。
西部農村隨著經濟的發展,農民也在改變著他們的生活習慣,傳統的“見煙不見房、聞聲不見人”的窯洞和生土建筑正在逐步消失,經濟條件變好的農民盲目模仿城市住宅,修建起了簡易的磚混住房,然而其建筑室內環境卻沒有發生根本的改變,還帶來了新的環境問題。
1西部農村居住環境情況分析
西部農村建筑材料類型大概有以下幾種,混凝土、磚、土等,建筑材料的應用和經濟條件之間存在著必然聯系。以下是調查各地的建筑材料和經濟狀況對照表(圖1,圖2)。
從圖中我們不難看出,經濟水平好的地區的圍護結構多是混凝土或者磚石結構,經濟水平差的地區則仍是泥土和木料,而且這種差別隨著經濟水平的高低呈現出一定的規律性。
我們知道泥土和木料建成的房子室內環境甚至比簡易的磚混房要好一些(圖3,圖4),夏季土房的室內平均溫度要低于磚房2.2℃,即所謂的“夏涼”;冬季土房的室內平均溫度要比磚房高1.9℃,即所謂的“冬暖”。但是在當地居民的思想意識中,土房子就代表著落后和貧窮,特別是在年輕人眼中。很多土房子由于年代久遠和缺乏維護,室內光線較差,視覺感受確實不是很好,因此有錢的年輕人大都選擇“冬冷夏熱”看起來窗明幾凈的磚房。
2西部農村能源消耗情況分析
隨著經濟的不斷發展、生活水平的不斷提高,農村的生活方式也在不斷的改善,家庭燃料的變化是最顯著的特征之一。從總體來看,煤和農作物殘留物的消耗較多(圖5)。經濟水平較低的地區,仍然以農作物殘留物為主要燃料,煤只用作冬季取暖;經濟水平高的地區則以煤和液化氣為主要燃料(圖6)。可以看出農村能源消耗的趨勢是由生物質能源向化石能源轉化。
鄉村居住建筑能耗是指鄉村居民炊事、取暖、照明以及文化生活用能。長期以來,我國鄉村居住建筑能源消耗主要以農作物殘留物為主,冬季的取暖方式主要是火炕,農作物殘留物占有的儲存空間大,燃燒時常常煙熏火燎,嚴重影響室內生活環境。隨著生活水平的提高,農村能源消耗主要轉向煤和液化氣,這兩種燃料雖然克服了上述缺點,室內環境有所改善,但由于煤和液化氣都屬于常規能源,隨著城市化進程的加快和農民生活水平的提高,其消耗量將會急劇上升,而且加速了農村的大氣污染。因此,在全球化重視生態環境建設,扼制化石能源浪費,渴求人類和社會經濟可持續發展的當今,如何因勢利導,尋求緩解我國廣大鄉村建筑耗能尤其是常規能源消耗勢頭猛增的技術途徑,改善鄉村居住建筑環境,將關系到我國鄉村居住環境的可持續發展。
3節約能源、改善居住環境的措施
3.1 充分利用太陽能西部地區是我國太陽能資源最富有地區,在西北民居中,充分利用太陽能采暖不僅可以相對減少供暖用能,而且可以改善室內環境(濕度、溫度等)和生活條件。為了能充分利用冬季太陽輻射并有利于夏季通風,農村住宅有必要將南面的窗戶設計得適當大一些,而北面的窗戶可適當小一些,應充分借鑒被動式太陽房的門窗設計。但是這里有一個問題,就是雖然大面積的南窗接受的太陽能可使冬季供暖負荷減少,但卻使夏季供冷負荷增大。為此,可將南窗設計為兩層或三層,即窗戶內層為單層或雙層玻璃,外層為活動百葉窗。這樣,夏季用百葉窗遮陽,冬季則開啟百葉窗,以利于對太陽能的接收和采光。此外,也可在住宅的南側種植一些落葉樹或藤蔓植物,以達到夏季遮陽,冬季透光的效果。
3.2 建筑上的措施
3.2.1 平面設計中國農村傳統的室內房間是按功能分隔的,一般分為臥室、儲藏間、廚房、堂屋等,新型的房屋中可能會增加餐室、浴室、壁櫥等,所有房間都應以起居、活動方便,兼顧節能為原則,一般應將人們活動的主要房間和臥室安排在南側,儲藏室、過道等安排在北側,這樣,堂屋、臥室可以采光采暖,減少能量的消耗。
3.2.2 外門加設門斗村鎮住宅的戶門直接面對室外,門的縫隙及開啟將導致冷風向室內侵入,因此,減少通過門的冷風滲透非常重要。外門朝向應盡量避開冬季主導風向,以平行于主導風向為最佳。戶門也應采用中空填充保溫材料的保溫外門。
3.2.3 控制開窗面積以往的鄉村住宅,圍護結構多為土筑,由于夯土承重差等因素的影響,開窗面積較小。但近年來,農村新建住房多為磚混,年輕人盲目模仿城市住宅的做法,開窗面積較大,這樣室內確實比以前亮堂很多,但由于窗戶的保溫性能差,造成大量的熱損失,增加了室內的采暖能耗。因此應適當控制開窗面積,同時,應加強窗戶的氣密性,防止冷風滲透。
3.3 改革墻體材料在農村大力推廣物美價廉的保溫墻體材料以改變目前農村住宅大多采用普通粘土磚的現狀。必須根據當地的條件積極推廣粘土空心磚、混凝土空心小砌塊,提高墻體的保溫隔熱性能。
4結語
人與環境間的關系建立在反物化、反消耗的價值觀上,以取代“消費”環境資源,與自然環境維持共生關系。結合西部當地地理、氣候、生態環境等,規劃設計新的農村住宅區。應考慮地理緯度與微觀氣候因素,盡量減少對現有自然系統的干擾。采用適宜技術措施,減少常規能源的利用,達到保護與促進生態環境的目的,從根本上改善人居環境條件。
參考文獻:
[1]涂逢祥.21世紀初建筑節能展望,新型建筑材料,2001,(1):32-35.
[2]劉加平主編.建筑物理(第三版),2000,(12).
關鍵詞:地下建筑專業;地下建筑結構;教學內容;教材
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)48-0089-02
一、引言
隨著我國經濟的不斷發展,城市房地產、交通、市政、礦業、水利水電和國防等行業的基礎設施建設規模也不斷擴大,地下工程行業也迎來了前所未有的發展機遇。大量的地鐵隧道、公路隧道、地下礦山、地下電站和地下洞庫及城市地下空間亟待修建,因此,行業的發展也亟需大量的專業人才。如何培養一大批合格的能適應行業發展要求的專業人才成為高等學校面臨的重要挑戰。
作為土木工程行業的重要分支,地下建筑專業雖然具有很長的發展歷史,但由于其所處地質環境的復雜性,其基本理論相對于其他學科發展較為緩慢。近年來,隨著其他相關行業新理論、新材料、新工藝和新技術的發展,地下建筑專業理論也有新的發展。然而,高等學校本科教學的相關教材卻難以滿足行業發展的要求,導致出現了教材內容與工程實踐脫節、畢業生實踐能力差等突出問題。為此,通過對比研究國內高校地下建筑、隧道工程等專業開設的《隧道工程》、《地下建筑結構》和《地下工程》等專業教材,對適應行業發展的《地下建筑結構設計》教學內容進行了研究。
二、目前《地下建筑結構設計》課程內容存在的問題
隨著地下建筑工程方面人才需求量的日益增大,國內開設土木工程類專業的許多高校均開設了地下建筑或隧道方面的必修或選修課程[1-5],采用的教材大致有十余個版本,且許多版本的教學內容體系相似,隨著行業的發展,教材中的相關理論稍顯陳舊,部分內容與工程實踐脫節,已難以滿足學生的工程實踐需要。
(一)地下建筑結構的新材料
隨著新奧法的發展和建筑材料的發展,地下建筑結構的材料逐漸由傳統的鋼筋和混凝土向新型材料發展。如傳統的整體式襯砌逐漸被復合式襯砌所代替,而復合式襯砌的材料演變發展迅速,如隧道支護結構可包括:素噴混凝土、鋼纖維噴射混凝土、樹脂纖維噴射混凝土、鋼錨桿、樹脂錨桿、機械錨桿、超前管棚、超前小導管、模筑混凝土、預制混凝土管片、鋼管片、各類防水卷材、內裝材料和注漿材料等。而傳統地下建筑結構課程內容中涉及的新型建筑材料方面的內容較少。
(二)地下建筑結構計算的新方法
地下建筑結構不同于地面建筑,其結構與地層緊密聯系,傳統的地下建筑體系計算方法是以結構力學為基本理論的荷載結構法,但該方法一方面力學簡化不科學,另一方面計算過程較為復雜。隨著計算機科學的發展,傳統的荷載結構法與有限元理論相互結合已經形成了新的結構計算方法。另外,地層結構法也隨著巖土力學的發展得到廣泛的應用,已經成為復雜地下結構的首先計算方法。目前國內發行的大學教材中,仍以介紹傳統的計算方法為主,新的方法的基本思路、原理和方法,學生難以接觸和掌握。
(三)地下建筑結構的新形式
隨著地下建筑結構專業的發展,許多新型地下建筑結構形式逐漸發展起來。傳統常見的地下建筑結構主要是隧道,而近年來其他形式的地下建筑結構也日趨增多,如沉管隧道、管幕法隧道、TBM法隧道、頂管法隧道、沉箱結構、大型地下廠房、地下貯藏庫等。目前交通類的大專院校主要學習的是隧道工程,其他地下建筑結構涉及較少,而講授地下建筑結構的院校則對各種結構的涉及面也較窄,且關于隧道結構方面的內容也不全面。
三、《地下建筑結構設計》課程內容改革
隨著地下工程專業人才需求量的增加和新技術的不斷發展,面向工程實踐,以培養實際工作水平和能力為核心,適時的調整《地下建筑結構設計》的課程內容設置十分必要,是以“教學”為主高校相關專業的重要工作內容。
地下建筑結構形式多樣,同時地下建筑結構設計與工程地質、結構力學、巖體力學、土力學、鋼筋混凝土學、現代土木工程數值模擬技術等專業課程密切相關,如何將其獨立同時又不割裂與其他課程間的密切關系是教學內容和教學方法改革中的難點。因此,考慮該課程與其他課程的關聯性和地下建筑形式的多樣性,可將內容分為以下三部分。
(一)基本理論與基本概念
地下建筑結構基本理論與基本概念的講授是培養工程師專業素養的關鍵環節,主要講授內容應包括:地下建筑結構的基本概念、地下建筑結構設計的基本方法、地下工程的圍巖分級方法以及地下工程與圍巖的相互關系、地下建筑結構的荷載、地下建筑結構的材料和地下建筑結構的計算理論等內容。這部分內容充分考慮了該課程與其他課程的交叉融合,可讓學生清晰認識到課程與其他課程的區別和聯系,同時在整體上把握復雜多樣的地下建筑結構形式的共性以及結構設計的核心原則和思想,同時應向學生介紹最新的地下建筑結構設計思維和技術。
隨著建筑材料學科的發展,地下建筑結構支護所采用的新材料越來越多,因此認識了解新材料的類型、應用范圍和性能等是提高學生實踐水平的重要方面,因此地下建筑結構基本理論與基本概念應介紹常用和新型的建筑材料,如素噴混凝土、鋼纖維噴射混凝土、樹脂纖維噴射混凝土、鋼錨桿、樹脂錨桿、機械錨桿、超前管棚、超前小導管、預制混凝土管片、各類防水卷材、內裝材料和注漿材料等。
由于地下結構與地層關系密切,理解結構與地層的相互作用是后續內容的重要前提,因此,應獨立重點闡述,這部分內容也是與傳統教材差別較大的部分。同時,新的地下建筑設計理論更側重于“圍巖控制”,因此該核心原則和思想也是重點教授的內容,因而教材內容還應涵蓋地下工程圍巖分級方法以及地下建筑工程地質分析方法等方面的內容。
(二)隧道結構設計
隧道是地下建筑結構的最常見的形式,也是畢業生工作后主要的工作對象,因此這部分是課程的核心內容。同時,隧道結構形式多樣,其結構形式差別較大,設計方法也有所不同,因此課程內容設置應以隧道結構形式進行安排,該部分內容應包括:隧道工程的勘察、隧道結構的總體設計、洞門與明洞設計、新奧法隧道支護結構設計、盾構法/TBM法隧道管片式襯砌結構設計、沉管法隧道結構設計和其他隧道結構形式等內容。在課程講授過程中,應重點介紹結構的特征、工作原理、結構構造和設計計算方法,同時也應介紹實踐中工程師常要面對的隧道設計的基礎工作。其中,在隧道結構設計計算方法內容中,傳統教材中主要介紹的是結構力學的計算方法,而在實際生產中用于彈性地基理論和有限元技術的發展目前基于“荷載―結構”模式的有限元計算方法已成為主流的計算方法,因此在此內容中應介紹傳統的計算方法,并掌握新的計算理論。
(三)其他地下建筑結構
除了隧道以外,還有多種地下建筑結構形式,而隨著土木建筑專業各領域的交叉滲透,畢業生面向的工作對象往往不只局限于隧道結構,因此學生掌握和了解其他地下建筑結構形式的設計也是十分必要的。該部分內容包括:基坑支護結構、地下商業街、停車場和附建式地下結構、沉井和沉箱結構、大型地下洞庫和其他地下建筑結構形式。此類地下結構形式結構復雜,形式各異,主要應以介紹結構構造為主。在計算理論方面,目前復雜結構的設計主要以“荷載―結構”計算模式的有限元計算方法為主,對于大型地下洞庫和地層條件復雜的地下結構則應介紹目前流行的“地層―結構”計算模式的有限元計算方法。
四、結語
隨著地下工程行業的發展和人才水平需求的提高,《地下建筑結構設計》課程內容亟需根據專業和行業的發展進行適當的調整,同時隨著土木建筑專業各領域的交叉滲透,畢業生面向的工作對象多種多樣,因此讓學生掌握結構設計的核心思維和最新的方法和技術,認識和熟悉常見的地下建筑結構形式,掌握其設計方法是十分重要的。以面向工程實踐需求和畢業生實踐能力提高為核心教學目標,對《地下建筑結構設計》課程內容進行了探討,構建了面向工程實踐的新的地下建筑結構課程內容體系,希望對地下建筑學科的發展具有積極的意義。
參考文獻:
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