浅谈材料—构件—结构的相关性.pdf

《浅谈材料—构件—结构的相关性.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅谈材料—构件—结构的相关性.pdf（9页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、浅谈材料构件结构的相关性浅谈材料构件结构的相关性浙江大学建筑工程学院土木工程系内容摘要内容摘要：建筑材料构件结构是建筑物赖以生存的基本要素，它们对于建筑的意义就好比细胞、组织、器官对于人体的重要性一样，材料是构成构件的基础，而若干种构件共同协调作用就形成了一定的建筑结构形式。与此同时，新的构件形式与结构布置，将呼唤新的建筑材料，促进建筑材料的发展进步，它们三者之间是相互促进、相互依存的密切关系。下文将主要从材料的角度出发，简要分析材料、构件、结构的关系。关键词：关键词：建筑材料、构件、结构、相关性1 建筑材料与构件1.1 建筑构件建筑构件是指构成建筑物各个要素。 如果把建筑物看成是一个产品，那

2、建筑构件就是指这个产品当中的零件。建筑的基本构件常见为 9 种：（1） 板：覆盖一个具有较大平面尺寸但却有较小厚度的平面形构件，通常在水平方向设置，承受垂直于板面方向的荷载，以受弯曲为主。（2） 梁：承受垂直于其纵轴方向荷载的直线形构件，其截面尺寸小于其长向跨度，以受弯曲、受剪切为主。（3） 柱： 承受平行于其纵轴方向荷载的直线形构件， 其截面尺寸小于其高度，以受压缩、受弯曲为主（4） 墙：承受平行于及垂直于墙面方向荷载的竖向平面构件，其厚度小于墙面尺寸，以受压缩为主，有时也受弯曲、受剪切。（5） 杆：截面尺寸小于其长度的直线形杆件，承受与其长度方向一致的轴力（拉伸或压缩） ，多用于组成桁架或

3、网架或用于单独承受拉力的杆件。（6） 拱：承受沿其纵轴平面内荷载的曲线形构件，其截面尺寸小于其弧长，以受压缩为主，也受弯曲和剪切。（7） 壳：一种曲面形且具有很好空间传力性能的构件，能以极小厚度覆盖大跨度空间，以受压缩为主。（8） 索：一种以柔性受力的钢索组成的构件，具有直线形或曲线形。（9） 膜：一种用薄膜材料（如玻璃纤维布、塑料薄膜）制成的构件，能受拉不难看出，按照构件的受力状态进行分类，可以主要分成四大类，即：（1） 受弯、受剪构件：梁、板（2） 受压构件（含压弯） ：柱、墙、拱、壳、压杆、桁架（3） 受拉构件（含拉弯） ：桁架、拉杆、索、膜（4） 受扭构件：雨篷梁1.2 建筑材料与构件

4、建筑材料与构件的相关性主要体现在各种材料的某些性质满足构件承受荷载的要求或该构件的使用条件。比如抗压强度高的材料可以用于受压构件，用来做受压柱、桁架杆等；或是构件要求受力后形变在一定范围内，就要应用符合要求规范的材料。总之，材料的性质对应于构件的需求。对于构件来说，材料主要指结构材料，它要具备所需的力学性能和耐久性能以满足构件的应用。1.2.1 材料的部分基本性质一材料的物理性质（一）材料的密度、表观密度、堆积密度三个密度表示材料在特定状态下，单位体积的质量。通常情况下，两种材料其它性质均满足工程需求时，人们更倾向密度小的，这样可以减少构件的自重。（二）材料的孔隙率与密实度两种性质反映的是材料

5、包涵孔隙的程度。孔隙率常常影响着材料的强度、保温性能、耐久性能等，在一定工程需求下，要使用孔隙率大或小的材料。例如，需求隔音效果好的房间，可以适当增加墙体的孔隙率。（三）抗渗性诸如楼盖、墙体等的构件对抗渗性有要求。（四）抗冻性在北方地区，构件使用的材料都要求抗冻性较好。二材料的力学性质（一）强度材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。影响材料强度的因素有很多，包括材料组成、材料结构、含水状态、温度等等。构件的强度要求是结构安全的保障，构成构件的材料必须达到计算要求。（二）弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力撤除后变形即刻消失并能完全恢复原始形状的性质称为弹性；不能恢复形变的性质称为塑性。

6、（三）脆性与韧性工程上，基本不采用脆性较高的材料，因为这种材料制成的构件破坏时缺少预兆，对安全不利。三材料的耐久性材料的耐久性是在环境的多种因素作用下，能经久不变质、不破坏，长久地保持其性能的性质。它是材料的综合性质，在设计选用建筑工程材料时，必须考虑材料的耐久性问题。采用耐久性良好的建筑工程材料，对充分发挥构件服役性能、保证建筑结构长期使用、延长建筑物使用寿命、减少维修费用都有着十分重要的意义。1.2.2 常见材料与构件相关性举例一混凝土混凝土是指由胶结料(有机的、无机的或有机无机复合的)、颗粒状集料以及必需加入的化学外加剂和矿物掺合料组分合理组成的混合料， 或经硬化后形成具有堆聚结构的复合

7、材料。 混凝土具有原料丰富， 价格低廉， 生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。 由于它的便利及优点， 混凝土在现代建筑工程中得到了广泛的应用，虽然材料本身存在自重大、抗拉强度低、抗裂性差、收缩变形大的缺点，但配以钢筋后极大的弥补了混凝土本身的缺陷。 混凝土也是成为了现代建筑工程中用量最多的材料。二建筑钢材建筑钢材通常可分为钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢筋。钢结构用钢主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢。 钢筋混凝土结构用钢筋， 按加工方法可分为：热轧钢筋、热处理钢筋、冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝和钢绞线管；按表面形状可分为光面钢筋和螺纹

8、；按钢材品种可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢和合金钢等。抗拉性能是钢材最重要的技术性质。工程使用的钢材不仅应具有高的屈服强度，还应具有一定的屈强比。由于钢材强度高，重量轻，质地均匀，各向同性，密闭性好的特点，钢结构在重型工业厂房、高层房屋钢结构、大跨度结构等建筑结构中。在钢筋混凝土中，混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低；而钢筋则具有较高的抗拉强度。钢筋与混凝土两种材料优势互补结合在一起，钢筋主要用于受拉， 混凝土主要用于受压，有效的利用了钢筋较高的抗拉强度弥补了混凝土抗拉强度的不足。因此钢筋混凝土不仅能够有效的承受压力荷载，还可以用于制作梁板等受弯、受剪的构件。三建筑木材木材有很好的力学性质

9、，但木材是有机各向异性材料，顺纹方向与横纹方向的力学性质有很大差别。木材的顺纹抗拉和抗压强度均较高，但横纹抗拉和抗压强度较低。木材强度还因树种而异，并受木材缺陷、荷载作用时间、含水率及温度等因素的影响，其中以木材缺陷及荷载作用时间两者的影响最大。因木节尺寸和位置不同、受力性质（拉或压）不同，有节木材的强度比无节木材可降低 3060%。在荷载长期作用下木材的长期强度几乎只有瞬时强度的一半。尽管当今世界已发展生产了多种新型建筑结构材料和装饰材料，但由于木材具有其独特的优良特性，木质饰面给人以一种特殊的优美观感，这是其他装饰材料无法与之相比的。所以，木材在建筑工程尤其是装饰领域中，始终保持着重要的地

10、位。木材是传统的建筑材料，在古建筑和现代建筑中都得到了广泛应用。在结构上，木材主要用于构架和屋顶，如梁、柱、橼、望板、斗拱等。我国许多建筑物均为木结构， 它们在建筑技术和艺术上均有很高的水平， 并具独特的风格。 另外，木材在建筑工程中还常用作混凝土模板及木桩等。1.2.3 新型建筑材料与构件新型建筑材料是在传统建筑材料基础上，随着科学技术的进步而产生的新一代建筑材料。 新型建筑材料实际上就是新品种的房间材料，既包括新出现的原料和制品， 也包括原有材料的新制品。新型建筑材料相较传统建筑材料具有技术含量高、功能多样化、利于环境保护、适应先进施工技术、改善建筑功能、降低成本等优势，具有很大的发展前景

11、。通过前文，不难发现材料与构件息息相关的关系，故而每出现一次新型建筑材料，都将促进构件的发展与施工工艺的进步。一混凝土透水膜板布混凝土透水模板布是一种应用于建筑工程的新型建筑材料，它不仅能消除混凝土表面的气泡、砂线、砂斑等混凝土质量通病，从而使混凝土形成致密表面，提高混凝土表观质量；而且能进一步提高混凝土性能，改善混凝土耐久性(防止碳化、减少氯离子渗透)，提高混凝土耐磨性、抗冻性、和表面抗拉强度。混凝土透水模板布的应用无疑为提高工程质量提供了一种新工艺。 混凝土透水模板布主要应用于码头、防波堤、沉箱、船坞、滑道等海工混凝土结构；跨海桥梁、隧道、道路、沉井等交通工程混凝土结构；堤坝、输水涵洞、溢

12、流堰等小利混凝土结构，以及核电站、铁路等重要混凝土结构。二纤维增强聚合物（FRP）根据土木工程中 FRP 纤维种类的不同，它可分为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维以及 PBO-FRP 复合材料和 DFRP 等复合材料。它们具有自重轻、强度高、耐腐蚀、耐疲劳、低能耗、非磁性等优异性能，用来制成缆索材料具有很大前途。它们可以广泛用于桥梁、大跨度空间结构等建筑中。三泡沫混凝土泡沫混凝土是采用机械方法将含有泡沫剂的水溶液制成泡沫，再将泡沫加入到含有硅质材料、钙质材料、水及外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的一种多孔材料，当然也可用粉煤灰、石灰、石膏和泡沫剂制成粉煤灰泡沫混凝土；

13、用轻骨料代替细砂生产轻质保温制品。泡沫混凝土因其含有大量的微小封闭的气泡，而孔隙率较高，故具有质轻、保温隔热、隔声耐水等特点，而且其施工的性能较好，可泵性好，是可用于墙体和屋面的保温绝热材料，同时也具有吸声隔声的功能。当然也可用于软土地基处理、补偿地基、挡土墙等地下工程，同时也可制作夹芯构件复合墙板。泡沫混凝土由于其不需进行蒸压养护，成本较低，同时由于泡沫混凝土的可塑性，可制成各种形状，因而广泛应用于我国中小型企业。2 构件与结构2.1 建筑结构建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结

14、构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。2.2 构件与结构建筑结构是由众多基本结构单元共同组成，而基本结构单元是若干个建筑构件形成的。2.2.1 基本结构单元一.板梁结构单元楼盖屋盖结构的基本结构单元，由楼板、梁组成，梁是板的支承，梁支承在墙或柱上，承受楼盖屋盖竖向荷载。示意图见图 1.图 1图 2二.板墙结构单元板直接搁置在墙上，可以按单向或双向铺设。但空间跨度不能过大，所用墙体较多。示意图见图 2.三.板柱结构单元板直接支承在立柱上，若采用柱帽，板跨可以加大，形成宽敞的无梁使用空间。见图 3.图 3图 4四梁柱结构单元横梁搁置在立柱上的基本竖向结构单元， 梁柱间为铰接， 只能

15、承受竖向荷载，同时必须有能支承侧向力的支撑构件来保证其侧向稳定， 或将柱端连接在支承结构上。见图 4.五.梁墙结构单元梁直接搁置在墙上的基本竖向结构单元，梁墙间一般有梁垫，为铰连接，若将梁端整体放大，与墙粘结成一体，则可将梁墙间视作刚结点。见图 5.图 5六.框架结构单元布置方式与梁柱结构单元相似，但梁柱间为刚性连接。它既可以承受竖向重力荷载又能承受侧向水平荷载，不需另设支撑构件。它组成的空间宽敞，可以灵活进行建筑布置。见图 6.图 6图 7七.桁架结构单元将短直线杆件组成为几何形状不变的三角形图形的集合。上、下弦和斜、直腹杆，杆件间为铰连接，利用柱或墙支承。见图 7.八.网架结构单元桁架结构

16、的演变纵横两个方向的桁架等高，上、下弦为交错的网格，腹杆均做成斜向，对两个方向的上下弦都起腹杆作用。见图 8.图 8图 9九.拱结构单元曲线形构件， 拱底有水平推力， 与能够承受水平推力的拉杆或墩座连在一起。见图 9.十.壳体结构单元曲面形构件，由壳壁、边缘构件（直梁、曲梁、拱）组成。见图 10.图 102.2.2 建筑结构组成示意总之，建筑材料、构件、结构是息息相关的，性质多元的材料组成了满足建筑设计要求的各类构件，各个构件相互搭配组合形成各式各样的建筑结构单元与体系， 筑造出琳琅满目的建筑艺术世界。 伴随着各式新型建筑材料的不断研发革新，构件性能也将不断完善，结构性能将更加优异。【参考文献】1舒士霖.钢筋混凝土结构M.第三版.浙江大学出版社.2011.112钱晓倩.新型建筑材料M.中国建材工业出版社.2005.13钱晓倩.建筑工程材料M.浙江大学出版社.2009.24徐陈.浅谈新型建筑材料的应用J.应用技术与设计.2011 年第 6 期.1315尤平若. 新型建筑材料在桥梁建设中的应用J.山东交通科技.2011 年 04 期.58-60