现代建筑材料（精选12篇）
现代建筑材料 篇1
19世纪末期, 钢材和钢筋混凝土材料的推广引起了建筑科学技术的革命。现代建筑材料主要包括钢材、钢筋混凝土以及塑料建筑材料。
1 钢材
建筑钢材多为低碳钢, 后来出现了高强度钢。近年来, 工程上开始推广使用综合性能优良的低合金钢, 还大力发展各种高效钢材, 如热强化钢材、冷加工钢材, 以及镀层、涂层、复合处理钢材等。
建筑钢材分为型材、板材、管材以及金属制品。
型材主要有角钢、槽钢、工字钢、方钢等热轧型钢和冷弯型材。
建筑中常用钢板及钢带, 主要为普通碳素钢。
管材按截面形状分为圆管和异形钢管。钢管按生产工艺分为无缝钢管和焊接钢管。
建筑用金属制品主要有钢筋、钢丝、钢丝绳和脚手架。
2 钢筋混凝土
2.1 普通钢筋混凝土
钢筋混凝土结构在1900年之后在工程界方得到了大规模的使用。1928年, 一种新型钢筋混凝土结构形式——预应力钢筋混凝土出现, 并于第二次世界大战后被广泛地应用于工程实践。钢筋混凝土的发明以及19世纪中叶钢材在建筑业中的应用使高层建筑的建造成为可能。目前在中国, 钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式, 占绝大多数, 同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。
1) 材料特性。
通常混凝土结构拥有较强的抗压强度。但是混凝土的抗拉强度较低, 通常只有抗压强度的1/10左右, 任何显著的拉弯作用都会使其微观晶格结构开裂和分离从而导致结构的破坏。相较混凝土而言, 钢筋抗拉强度非常高, 一般在200 MPa以上, 故通常人们在混凝土中加入钢筋等加劲材料与之共同工作, 由钢筋承担其中的拉力, 混凝土承担压应力部分。
2) 钢筋混凝土的分类。
按施工方法不同分为现浇式、装配式、装配整体式、现浇钢筋混凝土楼板。
现浇钢筋混凝土楼板:在施工现场通过支模, 绑扎钢筋, 浇筑混凝土, 养护等工序而成型的楼板。
预制装配式钢筋混凝土楼板:在预制厂或施工现场预制。
装配整体式钢筋混凝土楼板:部分构件预制→现场安装→整体现浇。
2.2 轻骨料混凝土
在第一次世界大战期间美国领先使用人造轻骨料混凝土结构, 二次世界大战后在世界范围内得到了发展。
1) 轻骨料混凝土的组成。
轻骨料混凝土是以天然多孔轻骨料或人造陶粒作粗骨料, 天然砂或轻砂作细骨料, 用硅酸盐水泥、水和外加剂 (或不掺外加剂) 按配合比要求配制而成的混凝土。
2) 轻骨料混凝土的特点。
首先是比普通混凝土容重小, 此外, 还可以举出抗热性能好等特点。从强度上来说, 抗压强度与普通混凝土相同, 但在其他方面的强度仅为普通混凝土的60%～80%。
2.3 高强混凝土
二十世纪三四十年代以来, 随着水泥品种的改善和化学外加剂的使用, 混凝土强度一直在稳步提高, 1967年, 在芝加哥Lake Point塔楼中首次采用了C65高强混凝土。但只有高效减水剂的问世才诞生了真正的高强混凝土, 开辟了混凝土技术的新时代。
1) 高强混凝土的组成。
一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土。它是用水泥、砂、石原材料、外加减水剂或同时外加粉煤灰、矿粉、矿渣、硅粉等混合料, 经常规工艺生产而获得高强的混凝土。
2) 高强混凝土的特点及应用。
高强混凝土作为一种新的建筑材料, 以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性, 在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。
高强混凝土最大的特点是抗压强度高, 一般为普通强度混疑土的4倍～6倍, 故可减小构件的截面, 因此最适宜用于高层建筑。试验表明, 在一定的轴压比和合适的配箍率情况下, 高强混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小, 减轻自重, 避免短柱, 对结构抗震也有利, 而且提高了经济效益。
高强混凝土材料为预应力技术提供了有利条件, 可采用高强度钢材和人为控制应力, 从而大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。因此世界范围内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构, 应用于大跨度房屋和桥梁中。
此外, 利用高强混凝土密度大的特点, 可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建 (构) 筑物, 如原子能反应堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点, 建造具有高抗渗和高抗腐要求的工业用水池等。
2.4 型钢混凝土
1) 型钢混凝土的组成。
型钢混凝土结构是以型钢为钢骨并在型钢周围配置钢筋和浇筑混凝土而成。这种混凝土在日本称为钢骨混凝土。在英、美等西方国家称之为混凝土包钢结构, 在前苏联则称为劲性钢筋混凝土。
2) 型钢混凝土的特点及应用。
由于型钢混凝土结构中的型钢与其外包混凝土结构共同工作, 两种材料的强度都得到充分利用。与钢筋混凝土结构相比, 由于内埋了型钢而使构件承载力大为提高, 而且具有较大的延性, 抗震性能好, 此外, 型钢在施工阶段可作为支架结构。与钢结构相比, 由于外包混凝土的约束, 可以防止钢构件的局部失稳并提高构件的整体刚度, 从而使钢材的强度得以充分利用, 节省钢材;外包混凝土还能提高钢构件的耐火性及耐久性。由于型钢混凝土结构具有许多优点, 因此在中高层建筑及大型建筑物广泛采用。
3塑料建筑材料
第二次世界大战以后, 高分子合成工业的迅速发展使塑料在工业和民用建筑上的应用日益广泛, 成为高层建筑、地下建筑、高级建筑和大型建筑等现代化建筑所不可缺少的建筑材料。
塑料建筑材料具有如下优异性能:防水、防腐、耐磨、抗震、质轻、高强、隔音消声、绝热保温、绝缘性好、鲜艳美观等。目前世界上用于建筑的塑料约占塑料总消耗量的20%。
按用途, 塑料建筑材料可分为装饰、装修、结构和特种功能四大类, 目前, 主要用于铺设管道、地面、墙面、窗框以及泡沫塑料保[温材料等等。
4结语
建筑工程的快速发展, 不断地对建筑材料提出新的要求, 这必将促进新的建筑材料的出现, 而新的建筑材料又将促进结构设计及施工技术的革新。因此, 建筑材料对于社会主义现代化建设具有重要作用。
摘要：结合现代建筑材料的广泛应用, 重点介绍几种常用的建筑材料, 并对其组成、特点及其适用范围进行了阐述, 以提高人们对现代建筑材料的认识, 推广现代建筑材料的应用。
关键词：建筑材料,组成,特点,适用范围
参考文献
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现代建筑材料 篇2
——**小学现代教育技术装备工作汇报材料
**小学始建于1906年，是一所百年老校，位于***，距**城区10㎞，主要负责***辖区1.5万人的农村义务教育小学阶段普及任务。学校占地10600㎡，建筑面积6400㎡。现有一至六年级**个教学班，在校学生***余人，教职工**人。多年来，我们始终认为运用现代化教育技术是信息社会发展对教育的必然要求，是农村孩子共享优质教育资源的重要途径。我校坚持以现代教育技术为载体，构建素质教育的广阔平台，以“实施农村远程教育，优质资源人人共享”为现代教育技术工作奋斗目标，结合***2007年开始实施的农村学校“四改一加强” 工程（改水、改厨、改厕、改不良卫生习惯，加强学校卫生安全管理）和灾后重建，加快教育装备的建设，使此项工作在我校有了长足的进展。5.12地震后，在各级党委、政府和教育主管部门的亲切关怀下，在社会各界爱心人士的大力支持下，我校努力创造条件，因地制宜地实施现代教育技术灾后重建工程，确保现代教育技术工作 “认识到位、完善到位、管理到位、使用到位”，全面改善了我校的办学条件，基本满足了我校教育教学对现代教育技术装备的要求。
一、领导重视，认识到位，工作处处落实
现代社会，是信息化社会。多年来，学校历届班子都非常重视现代教育技术装备，把教育信息化作为学校办学特色、提高教育教学效率的重要途径，强调培养高素质创新人才，就必须要有现代教育技术的支持。学校领导从思想和行动上真正重视了这一工作，一是在灾后重建中，功能用房与其他教学用房做到同规划、同设计、同施工、同使用，确保了学校教学设备功能的完
善。所以，我校的现代教育技术装备工作开展得比较顺利，并取得了较好的成绩。
二、抢抓机遇，完善到位，充分发挥现代教育技术教学功能 “5.12”地震后灾后重建，我校树立超前意识，科学制定《现代教育技术装备灾后重建规划》，力求布局合理、功能完善。一是利用灾后重建资金100余万元，建设了标准的多媒体教室、科学实验室、科学准备室、计算机教室、图书室、阅览室、电子备课室、音乐室、美术室等，所有功能教室设备齐全、功能完善，均达到国家农村学校标准。全校所有班级的音乐、美术、科学、阅读等学科都能在专用功能教室上课。二是我校通过“四改一加强”工程，筹集资金近20万元，建起了教师“读吧”、学生书画苑，阳光书屋、智慧屋和童心屋，让校园处处弥漫着书的芳香。三是依托***现代生态农业园区，我校将科学实验扩展到了田间地头，在校园内建立了1000余平方米的学生生态农业和生态花卉实践园地。四是充分利用社会资源，多方联手，打造数字化校园。农村远程教育项目，实现了师生同步共享发达地区的优质教育资源。中国移动家校通，让教师与家长的交流更贴心；中国电信超级信使，学校与教师的沟通畅通……随着学校现代教育技术装备的不断充实，我校还逐步加强了校园安全建设，部署了校园监控系统，保障了我校教学设备的使用安全。经过两年多的灾后重建规划和装备，我校现代教育技术装备基本完善。
三、落实责任，管理到位，确保现代教育技术装备有效利用
为充分发挥装备效益，确保现代教育技术工作健康有序进行，我校加大了对信息技术教育工作的管理力度。学校一是成立有由校长牵头，副校长具体负责的现代教育技术装备工作领导小组，有专业的人员管理和实施各项工作。每期均做到了有计划、有检查、有总结，处处抓落实。二是学校专设有现代教育技术管理办公室，负责人纳入学校中层干部管理，负责规划设计学校现代教育技术工作蓝图及具体实施。同时与教科室密切配合，做好教师现
代教育技术培训工作及教师教育技术使用情况检查，组织实施教育技术工作在教育教学中的应用、实践及研究等。三是所有功能教室均落实专人管理，负责设备的维护保养及为教学提供教育技术服务，确保所有功能教室随时都能保证教学使用。四是建立健全了考核制度，将现代教育装备的维护保养、使用情况纳入教师效绩考核，逗硬奖惩。
为切实做好现代教育技术装备的管理、维护与使用，我校还完善了现代教育技术装备管理制度和职责，如《教学设备管理制度》、《计算机教室管理制度》、《多媒体教室管理制度》、《电子备课室管理制度》、《电教员岗位职责》、《多媒体使用手册》、《实验室管理制度》、《教学仪器采购与报损制度》等。所有制度、职责均上墙、入脑入心，保证和促进了现代教育技术工作的顺利健康发展，使我校现代教育技术工作走上科学化、规范化之路。
四、全员参与，使用到位，充分发挥现代教育技术装备效益
我校始终认为，在学校的发展过程中，教师的发展是第一位的，没有教师的专业发展，学校的发展和学生的发展都无从谈起，而要推动学校的信息化建设，培养教师的信息素养是关键。因此，学校将教师信息素养的培养作为学校信息化工作的重中之重。
为了提高教师信息技术素养，推动网络教育教学研究，充分激活硬件设备，提升、展示我校办学品位和实力，使全体教师应用网络和多媒体技术的水平再上一个新台阶，我校坚持对教师进行全员培训。针对我校地处农村，教师年龄结构老化、现代教育观念落实的现状，由教科室制定了科学的培训计划，做到“全员参与、分层管理”。要求老教师懂简单的多媒体知识，能制作简单的课件，会利用多媒体课件进行授课，年轻教师则要能进行教学图像数字化处理、互联网系统功能操作、进行媒体素材和网络课程资源开发应用。
通过近两年的培训，我校全体教师初步具备了信息化素养，每一位教师都会使用电脑，会自制课件，会整合资源。能够主动应用现代教育技术，指导、辅助教育教学工作。在每个教研组中，都有一批能够制作课件的技术骨干，每位教师都能使用常见的软件。这些培训，为现代教育技术在我校的广泛应用和普及提供了坚实的保障。
我们深知设备只有使用了，才会发挥它的效益，使用率越高，发挥的效益就越大。我校一边加强设备投入的同时，一边加强管理，让每一件设备都发挥它最大效益。一是保证计算机教学。全校三至六年级都开设了一节计算机课，每个年级每学期有统一教材。学校每期统一对学生进行电脑操作考核和理论考核。学生学习兴趣浓厚，掌握了基本的系统操作技能，对文字处理、绘画、动画制作、上网等各方面的知识都达到甚至超过了国家统一要求。二是充分利用电子备课室和多媒体教室，开展计算机辅助教学。我校目前虽然只有一个多媒体教室，但教师使用多媒体教学的热情极大，但因教室数量有限，经常出现教师争教室上课的现象，学校教科室不得不就教师使用多媒体教室排出课表，确保全校任何一门学科任何一个教师每周都有一堂课使用多媒体上课。本学年不完全统计，每套多媒体平均使用率至少在90%以上。我们并不以此为满足，力争在近两年内让多媒体辅助教学的课时占全部课时的比率上升30个百分点，成为我校办学的一个亮点。三是充分利用互联网，实现资源共享。地震前，教师在网上查资料，下课件，做课件，看远程课堂实录等只能在电子备课室进行。地震后学校为每个办公室都配置了高档次电脑，它们与教师同时上下班，高效率工作。教师用计算机备课（查资料、下载课件、做课件、看课堂实录等）已成为全校的靓丽风景线。四是积极实施农村远程教育项目，教科室组织教师每周观摩课堂实录，撰写课后反思。每个班一周安排2节以上远程教育课，包括课堂实录、知识串讲、专家讲座等。学生还可以利用上机时间在网上看“有声课堂”，下载练习题等。本学年，教师
观摩课堂实录60余节，撰写课后反思40余万字，学生上远程教育课500余节。现代教育技术教育资源共享的优势，给我校师生的工作带来极大变化，学校观念在转变，教师视野在扩大，学生思维在开阔，教育教学质量明显提高。
随着校园的逐步数字信息化，“一块黑板、一支笔、一本教案、一张嘴”的教学模式因为有了现代教育技术而发生了彻底的改变。现代教育技术已成为我校教师教学，学生学习，学校管理的重要手段，促进了教师成长，学生成才，教育教学质量不断提高，学校声誉日益彰显。近几年，我校利用现代教育技术辅助教学参加市、区赛课有30人次，其中获市级奖13人，区级奖33人。在市教研活动中上展示课7人次，在推进有效教学研讨活动中做讲座6人次。同时，全校教师共撰写教育教学研究论文400余篇，先后发表在国家、省、市、区教学刊物上的就有200余篇，其中不泛现代教育技术方面的文章。通过这些活动的培养和锻炼，一批优秀教师脱颖而出。目前，我校有省级骨干教师1人，市级骨干教师、学科带头人4人，区级骨干教师9人。学校先后获得与此有关的荣誉有**省农村现代远程教育项目学校、**市教师职业技能示范学校、**市中小学科技节先进学校、**市教育科研实验学校、**区教师职业道德示范学校、**区德育工作先进学校。
虽然我校在现代教育技术装备的建设和运用上已有了长足的发展，已基本上能满足教育教学的需要，但学校离教育发展形势及上级的要求还有一定的距离，在提高装备的使用率等方面还需进一步加强，特别是在做好现代教育技术与学科教学的整合、切实提高教师的现代教育观念和技能、进一步完善校园网站，整合学校数字资源，发挥网络在学校教育教学管理中的作用等方面还需进一步努力。总之，我校将以新课程改革和新教育实验为契机、结
合教师专业发展的需要，让农村的孩子也都能享受到优质教育资源，从而为学生生命成长奠基。
行走现代建筑 篇3
水晶宫神话
为了展示工业革命取得的成果，英国决定于1851年举办第一次世界博览会(即2010年在上海举行的世博会前身)，伦敦的园艺师帕克斯顿，试探性地向世博会投了一份主展馆设计方案，试图造出一幢与以往毫不相同的建筑。但这份方案有着极大风险，一是概念太过前卫，二是技术难度系数大，当时委员会很多人都持怀疑态度，幸运的是其中一位委员的坚持，最后采用了帕克斯顿的方案。
当四个月后，这个名为“水晶宫”的建筑出现在人们面前时，所有人都被征服了。它摆脱了以往的建筑设计原理和材料(石头和木头)，纯粹由钢铁和玻璃组成，开阔的空间，明媚的光线，树木、喷泉等户外的东西也被搬进了建筑，如此奇幻的情景在以往的建筑中根本不可能实现。有人感叹到：“当我们面对这座不是用砖石结构建造的第一座伟大建筑物沉思时，我们会很快意识到，迄今为止用来衡量建筑物的准则在这儿已不再适用了。”
“水晶宫”开创了现代建筑的历史，是工业革命所取得的成果的展现——新材料、新技术、新思维，同时为伴随工业革命的城市化运动提供建筑探索o1889年，第二次世界博览会在巴黎举办，这次世博会同样催生了一座伟大的现代建筑——埃菲尔铁塔，如今它仍然傲立在巴黎。
欧洲许多建筑师们在那个时期都在实验现代建筑，特别是德国，这里诞生了一所著名设计学校——包豪斯。包豪斯由一些大师级的艺术家和匠人组成，他们创新设计概念，融艺术、实用、大众化为一体，影响着工业设计的发展。包豪斯有些设计作品至今仍常见，比如钢管结构的椅子、国际主义风格建筑(强调功能性、实用性，去繁杂，外形质朴)。
二战爆发后，以包豪斯师生为主的建筑师们纷纷远渡美国，躲避战乱，这对美国现代建筑设计的发展起到决定性作用。在纽约和芝加哥，建筑师们创造出新的建筑形式——摩天大楼，在拥挤的城市中让建筑空间向上发展，并形成了影响世界的现代主义风格。
二十世纪六十年代由美籍日裔山崎实设计的世贸双子塔，便是摩天大楼中的代表作，“9.11”事件中被撞毁。本·拉登选择美国这一标志性建筑作为袭击目标，也表明建筑不但是人们使用的物品，更蕴含着艺术、文化和政治等很多元素，恐怖分子希望借助这一破坏行为击溃美国人的心理。
二十世纪后半期，建筑由现代主义风格向着多元化方向发展，更多的新技术、新概念融入建筑设计中，建筑形式纷繁多样，出现了有机功能主义、高科技派、后现代主义、解构主义、新现代主义、新都市主义等。弗兰克·盖瑞是其中一例，他所设计的解构主义建筑极富个性，如西班牙毕尔巴鄂古根海姆艺术馆，整个建筑像一堆扭曲的铁皮罐头，以传递一种后工业文明时期的人文理念。
中国现代建筑突围
近30年中国经济的发展，特别是1998年至今的城市化运动为中国现代建筑设计的崛起提供了基础和空间，据统计，目前全世界工程总量中有接近三分之二是在中国。在关于成长的回忆中，“90后”也能体会到这种城市的变化和急速扩张，曾经熟悉的房子、街巷再也找不到了，城市周围的农田变成一个个新区，一幢幢高楼如雨后春笋般拔地而起。
2008年奥运会的举办为一系列大型公共建筑设计提供了契机，如鸟巢、水立方、国家大剧院、CCTV大楼、首都机场三号楼等。有趣的是，这些建筑的设计者清一色为外国人，为此美国《新闻周刊》在一篇报道中称中国已成为了世界现代建筑的实验场，各种潮流、主义的建筑家们迫不及待地来到这里，把想象中的图景变成现实。
对此设计批评家王受之感叹：“说中国成了国际建筑试验场，我感觉有点心酸，全球的设计，为什么不在自己国内试验成功了，再拿来推广，而非要把一个历史深厚、文化积淀丰富的中国拿来做试验呢?”
其中一些建筑也没有取得大众的认可，还遭到恶搞，就像CCTV大楼，网友们为这个建筑取名为“大裤衩”，称“新央视大楼穿上网格丝袜，像叉开的腿，这是史上最牛的一双腿”。
一方面是国外建筑家蜂拥而至，争夺大型建筑设计，另一方面是中国普通商业和民宅建筑设计水平堪忧。有人指出，虽然十年来房地产飞速发展，建造了无数房子，但真正有建筑文化和美学意义的，凤毛麟角。呆板的造型、不合理的空间布局、文化和环保的缺失，拥有这些“特点”的垃圾建筑充斥在城市的各个角落。
王受之指出造成这种现象和中国的教育有关，目前中国人普遍缺乏艺术素养，并且在大学里建筑专业属于理科，这让学生容易把建筑纯粹理解为一门科学，而忘了其艺术性和人文性。
现代建筑与建筑堪舆 篇4
而在这种反思与回顾的背景下, 中西方学者不约而同必然要溯源于在现代中国蒙尘已久的中国传统文化和中国古代风水学理论。
什么是人类理想中的生态居住社区及生态建筑呢?
一些西方学者认为, 生态居住社区及生态建筑是在特殊地域内、特殊条件下, 创造出的一种新型的聚落形式, 它“因地制宜”, 利用当地有利自然条件, 用最经济、最天然的手段达到抵御各种不利因素并获得舒适居住生活空间的目的, 进而, 形成“生态建筑”, 它不会与自然宣战, 企图征服之, 而是顺应自然, 融于自然的“文明建筑”。
而在我看来, 中国古代曾盛行的风水学实际上就是地理学、气象学、生态学、景观学、规划学和建筑学的一种综合的自然科学, 虽然并没有如今天上述各个学科的精准表述, 但作为综合学科的集合, 它依旧影响着人们的生活, 譬如一些大学已经开设了“建筑风水学”这门选修课。
建筑是门艺术, 它这样安排和装饰人们所建造的大厦:不管它是什么用途, 它给人美的视觉形象, 应该带来心理健康、力量和愉快。
在中国建筑中, 五千年来始终贯彻着一种精神, 那就是“天地人和合”。中国人的习俗讲求一个“顺其自然”, 这也可谓中国建筑文化上一传统。
中国建筑所讲求的“天人合一”究竟是什么呢?综合起来有三点:
(1) 天人皆物。天与人都是物, 形态相殊, 本质则一, “物物则太极”。
(2) 人效法天。“夫大人者, 与天地合其德”。天变, 人亦效法天而变, 以顺应自然, 并通过模拟自然来改造自然。
(3) 天人调谐。要求在采取“财成天地之道”、“辅相天地之宜”、“范围天地之化”等手段时, 不要破坏自然, 而尽量求得人与自然的和谐统一, 用现代的话来说就是求得“生态平衡”。
生态建筑学在保护自然生态环境, 追求人与自然的和谐统一的思潮背景下, 二十世纪六十年代末产生了生态建筑学。
生态建筑学, 是建立在研究自然界生物与其环境共生关系的生态学理论基础上的建筑规划设计理论与方法;或者换过来说, 是探索地球上生命活动功能均衡发展的生态学延伸于建筑学领域的一个分支, 反映出现代建筑思潮的价值取向。
生态建筑学认为建筑是生态系统中人的元素组群的外延, 而人具有非凡能动性, 人是从自然生态系统其它元素组群中解脱出来的元素, 在人的元素组群外延构成了一个新的组群。这个组群在人的观念下实施建立, 用以满足人的活动之场所或空间的需要, 被称之为建筑。
生态建筑学的研究对象, 是由人、建筑、自然环境和社会环境组成的人工生态系统。在这一人工系统中, 人的建筑活动, 引起了周围环境有社会意义的变化。所以, 该系统也称建筑 (空间) 环境, 其中包括村镇、城市等各种聚落形态。
生态建筑学在追求自然生态学系统的稳定与平衡的一般原理的同时, 认为自然环境不仅要满足人乃至整个生物界的生理本性需要, 而且更具有心理的审美愉悦的功能作用, 构成人类精神需求的风景环境, 从而成为建筑环境所不能缺少的一种“文化资源”。
由此, 生态建筑学确定了其基本取向, 是运用生态学的原理和方法, 以人、建筑、自然和社会谐调发展为目标, 在现有条件下, 争取对自然的最优关系, 利用并有节制地改造自然, 顺应并保护自然生态的平衡与和谐, 寻求创造适宜于人类生存与行为发展的各种生态建筑环境的有效途径与设计方法。
生态建筑学在现代科学的意义上, 关注人与建筑自然的关系, 同中国风水学的“天人合一”宇宙观, 有着根本的一致。当代生态建筑学是从整体有机联系上以生态规律来揭示并协调人、建筑与自然环境和社会环境的相互关系。
建筑环境追求生态建筑的根本目的是改善人类住区环境质量。风水学是中国古代的关于建筑环境设计的理论, 其概括性地描述人与宇宙及地球表面自然环境相互依存及感化是“气”的媒介。可以认为有关“气”的学说是古代风水学理论的核心内容, 目的在于人与外界的和合统一, 而非人定胜天。
毋庸讳言, “风水”有迷信成分, 但谁又能否认“风水”之学也确实蕴含着合理的科学因子?买房者“亲近山水”似乎不仅仅与个人喜好相关罢, 这期间的“迷信”——风水理念——其实也吻合了现代“与自然和谐相处”的观念, 且有异曲同工之妙。
人居环境根据现代建筑理论, 人类居住环境的影响因素主要来自两个方面:一是诸如空气、水、食物、住房、室内外装饰等这一类生命的保障体系;二是对人类产生刺激甚至袭击的力量。诸如:人的感觉 (热觉、视觉、听觉及嗅觉等) 刺激和动力学刺激 (来自辐射、声音等的冲击和振动) 。从人的感觉来说, 风水的目的至少是追求人的内心的安宁。
现代建筑设计要点现代建筑设计, 一靠方法, 二靠素养。懂得一定的方法, 则易于掌握要领, 增加主动性, 减少盲目性, 避免绕不必要的弯路。但欲使设计能力达到较高的水平, 还需要在不断进行设计实践的磨练中, 逐步提高素养。
现代建筑材料 篇5
1.X射线光电效应：当X射线的波长足够短时，起光子的能量就很大，以至能把原子中处于某一能级
上的电子打出来，而它本身则被吸收。它的能量就传递给该电子了，使之成为具有一定能量的光电子，并使原子处于高能的激发态。这种过程我们称之为光电吸收或光电效应
2.衍射角：入射线与衍射线的交角。
3.背散射电子：电子射入试样后，受到原子的弹性和非弹性散射，有一部分电子的总散射角大于90o,重
新从试样表面逸出，称为背散射电子。
4.磁透镜：产生旋转对称磁场的线圈装置称为磁透镜。
5.差热分析：把试样和参比物置于相等的加热条件下，测定两者的温度差对温度或时间作图的方法。记录曲线称为差热曲线。
二、填空（每题2分，共10分）
1.X射线管中，焦点形状可分为 点焦点和线焦点，适合于衍射仪工作的是 线焦点。
2.X射线衍射方法有 劳厄法、转动晶体法、粉晶法和衍射仪法。
3.TEM的分辨率是 0.104—0.25 nm，放大倍数是100—80万倍；SEM的分辨率是 3—6 nm，放大倍数是 15—30万 倍。
4.解释扫描电子显微像镜的衬度有 形貌衬度、原子序数衬度 和 电压衬度 三种衬度。
5.XRD是X 射线衍射分析，TEM 是透射电子显微分析，SEM 是扫描电子显微分析。EPMA 是电子探针分析
6.光电子能谱是在近十多年才发展起来的一种研究物质表面的 性质和状态的新型物理方法。
三、问答题（42分）
1.X射线衍射的几何条件是d、θ、λ必须满足什么公式？写出数学表达式，并说明d、θ、λ 的意义。（5分）
答：X射线衍射的几何条件是d、θ、λ必须满足布拉格公式。其数学表达式：2dsinθ=λ（2dsinθ=nλ）
其中d是晶体的晶面间距。θ是布拉格角，即入射线与晶面间的交角。λ是入射X射线的波长。
2.画图说明半高宽中点法确定衍射峰位的方法（5分）
答： 先连接衍射峰两边的背底ab，从强度极大点P作PP’，交ab于P’点，PP’的中点O’即是峰高一半点。过O’
作ab的平行线与衍射峰交于M和N点，MN中点O的角位置即定作峰位。
3.扫描电镜的特点？（7分）
答：（1）可以观察直径为10—30mm的大块试样，制样方法简单。（1分）
（2）场深大，适用于粗糙表面和断口的分析观察，图像富有立体感真实感。（1分）
（3）放大倍数变化范围大，15~300000倍。（1分）
（4）分辨率3~6nm。透射电镜的分辨率虽然高，但对样品厚度的要求十分苛刻，且观察的区域小。
（5）可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质量。（1分）
（6）可进行多种功能的分析。观察阴极荧光图像和进行阴极荧光光谱分析。（1分）
（7）可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验，观察各种环境条件下的项变及形态变化等。
4.在透射电子显微分析中，电子图像的衬度有哪几种？分别适用于哪种试样和成像方法？
答：质厚衬度、衍射衬度和相位衬度（1分）
质厚衬度：适用于非晶体薄膜和复形膜试样所成图象的解释（1分）
衍射衬度和相位衬度：适用于晶体薄膜试样所成图象的解释（1分）
5.差热分析中对参比物有哪些要求？常用什么物质作参比物？（5分）
答；掺比物的要求：
（1）.在整个测温范围内无热效应。（1分）
（2）.比热和导热性能与试样接近。（1分）
（3）.粒度与试样相近（约50～150µm）。（1分）
掺比物常用物质：α-Al2O3(1720K煅烧过的高纯Al2O3粉)（2分）
6.红外光谱分析主要用于哪几方面、哪些领域的研究和分析？红外光谱法有什么特点？（5分）答：红外光谱主要用于（1）.化学组成和物相分析，（2）.分子结构研究。（2分）
应用领域：较多的应用于有机化学领域，对于无机化合物和矿物的鉴定开始较晚。（1分）
红外光谱法的特点：（1）.特征性高；（2）.不受物质的物理状态限制；（3）.测定所需样品数量少，几克甚至几毫克；（4）.操作方便，测定速度快，重复性好；（5）.已有的标准图谱较多，便于查阅。
四、论述题（10分）
你认为“电子显微分析只能观察显微形貌”这种说法对吗？论述电子显微分析可对无机非金属材料进行哪些方面的分
析？电子显微分析有什么特点？
答：(答题要点)
“电子显微分析只能观察显微形貌”这种说法是不对的。（1分）
电子显微分析还可对无机非金属材料进行以下方面的分析：（4分）
（1）.形貌观察：颗粒（晶粒）形貌、表面形貌。
（2）.晶界、位错及其它缺陷的观察。
（3）.物相分析：选区、微区物相分析，与形貌观察相结合，得到物相大小、形态和分布信息。
（4）.晶体结构和取向分析。
电子显微分析有以下特点：（5分）
（1）分辨率高：0.2~0.3nm
（2）放大倍数高：20倍~80万倍
（3）是选区、微区分析方法：可进行纳米尺度的晶体结构和化学成分分析
（4）多功能、综合性分析：形貌、成分和结构分析
五、应用题（共10分）
TiO2有金红石和锐钛矿两种晶型，用溶胶-凝胶法制备TiO2纳米晶，经600℃煅烧后得到白色粉体。现要分析粉体的物相和粒度大小，请说明用什么分析方法？并简要说明分析过程。
答：物相分析：1.用X射线衍射进行物相分析2.用电子衍射进行物相分析
现代建筑的生态设计 篇6
所谓生态建筑，是根据当地的自然生态环境，运用生态学、建筑技术科学的基本原理和现代科学技术手段等，合理安排并组织建筑与其他相关因素之间的关系，使建筑和环境之间成为一个有机的结合体，同时具有良好的室内气候条件和较强的生物气候调节能力，以满足人们居住生活的环境舒适，使人、建筑与自然生态环境之间形成一个良性循环系统。可以预见，生态建筑已经成了未来建筑发展不可逆转的趋势。而在生态建筑的发展中，设计是至关重要的。下面就谈谈生态建筑的设计。
1.利用外部环境中的因素
改变原来无视建筑周围环境的做法，把建筑的外部环境所起的效用放在重点考虑的地位，尽可能多地利用自然环境中的资源和要素，以及周围其他建筑和设施所能提供的技术性可能。由土壤、绿化、水及空气组成的外部环境，其他建筑组合成的现实环境为建筑设计提供了多种可能性，这样可以减少建筑中设备的数量和功率，节省能源和运行的费用。建造于1992年8月的马来西亚米那亚大厦，就充分融入生态设计的理念，其主要生态设计特征有：1）空中花园从一个三层高的植物绿化护堤开始，沿建筑表面螺旋上升。（平面中每三层凹进一次，设置空中花园，直至建筑屋顶）。2）中庭使凉空气能通过建筑的过度空间。3）绿化种植为建筑提供阴影和富氧环境空间。4）曲面玻璃墙在南北两面为建筑调整日辐射得热量。构造细部使浅绿色的玻璃成为通风滤过器，从而使室内不至于完全被封闭。5）每层办公室都设有外阳台和通高的推拉玻璃门以便控制自然通风的程度。6）所有楼电梯和卫生间都是自然采光和通风。7）屋顶露台由钢和铝的支架结构所覆盖，它同时为屋顶游泳池及顶层体育馆的曲屋顶（远期有安装太阳能电池的可能性）提供遮阳和自然采光。8）被围和的房间形成一个核心桶，通过交流空间的设置消除了黑暗空间。9）一套自动检测系统被用于减少设备和空调系统的能耗。
2.挖掘新材料和新技术的潜力
随着科技的发展，建筑技术不断进步，新型建筑材料层出不穷，设计师们的设计有了更广阔的天地，除了为艺术形象上的突破和创新提供了更为坚实的物质基础外，也为充分利用自然环境、节约能源、保护生态环境提供了可能。
然而，当一种新的建筑技术和建筑材料面世的时候，人们往往对它还不是很熟悉，总要用它去借鉴甚至模仿常见的形式。随着人们对新技术和新材料性能的掌握，就会逐渐抛弃旧有的形式和风格，创造出与之相适应的新的形式和风格，充分挖掘出新材料和新技术的潜力。即使是同一种技术和材料，到了不同设计师的手中，也会有不同的性格和表情，以及不同的使用方式。
例如：最近美国资源保护委员会（NRDC）的总部所在地利用废旧回收物品的再生材料建造了一个“绿色办公室”。NRDC 兴建的这个“绿色办公室”，以利于节能、保护环境和对人体不造成危害为原则。新办公室从外表看与其他办公室几乎没有区别。然而它在很多方面却与众不同，比如，它的墙壁是由麦秆压成的，办公室的地板是由废玻璃制成的，办公桌是由废旧报纸和黄豆渣制成的。另外，它还设有很大的窗户，这样，办公室内非常明亮，从而可节约电力30%。绿色办公室比通常建造的办公室可节省开支10%以上，NRDC官员指出，绿色办公室属节能型建筑，它不需投入太多的资金就可以建成一个明亮、漂亮而且有利于健康的办公室，它没有那些来自普通办公室的各种有害物质的污染。
3.应充分利用自然通风、太阳能等可再生资源
太阳能、风能等都是取之不尽、用之不竭的能源，有着其他能源不可媲美的“可再生，无污染”的优点，因此太阳和风对未来的建筑设计必然会产生很大的影响，尤其是建筑的外观和通风系统的设计。这使人们对建筑外立面和建筑的自然通风有了新的理解；视觉的联系、引进日光照明、自然通风、保温隔热、遮阳、充分预防眩光、合理运用太阳能、合理运用风能。
上海生态建筑示范楼位于上海市建筑科学研究院莘庄科技发展园区内，建筑面积1900平方米。钢混主体结构，南面两层、北面三层。一楼东半部约350平方米大斤用于生态建筑集成技术展示，并成为生态建筑关键技术和产品研发的实验平台。从经济性的角度来看，该示范楼每平方米的建筑造价（不含土地费）4000多元，远低于普通写字楼的造价；从能源的角度来看，该楼的综合能耗为普通建筑的1／4；再生能源利用率占建筑使用能耗的20％；室内综合环境达到健康、舒适指标；再生资源利用率达到60％。根据上海地区利用太阳能存在的问题，该楼创新地实验了与建筑结构集成的一体化太阳能集热器件和新的太阳能能量利用系统。办公楼设置了150平方米。太阳能集热器，可供充足热水，并部分用于冬季约300平方米地板采暖，以及夏季15kW的干盘管空调制冷。制冷通过太阳能热水型吸附制冷机组实现，其需要80～85℃热水驱动。在示范办公楼应用中，吸附制冷机和干盘管技术结合用于处理空气显热负荷，制冷机组完全由太阳能集热器加热。除湿热泵的低温端可以在夏天做制冷用。空调、采暖、热水供应及地热的应用在该太阳能系统内都能和建筑结构很好地结合．实现了一体化。
4.结语
生态建筑作为一个新兴事物，值得探讨之处尚多，今后的研究与探索之路也漫长而艰辛，但是随着工业时代向信息时代的迈进，随着机器文明向生态文明的转变，可持续发展将成为21世纪的主旋律。
参考文献
[1] 杨钦中. 浅谈城市生态建筑设计[J]. 内江科技，2009（10）.
[2] 方俊，叶炯，朱达莎. 基于可持续发展的生态建筑设计方法[J]. 武汉理工大学学报，2009（12）.
现代建筑表皮的构成材料探析 篇7
随着现代建筑技术与材料的发展, 建筑表皮正逐渐从建筑主体结构上分离出来。不同轻型材料组成的建筑表皮造就了建筑的千姿百态, 同时也体现了建筑师各自的设计理念, 改善了建筑、人、环境三者之间的相互关系。从现代建筑表皮的概念界定入手, 对玻璃、金属板、木板与高分子膜材等常见的表皮材料进行构成与应用分析研究将有助于我们认知现代建筑表皮材料的种类特性及使用状况。
现代建筑的成果已经突破了常规建筑设计的固有形式。随着现代建筑技术与材料的发展, 建筑表皮正逐渐从建筑主体结构上分离出来。不同轻型材料组成的建筑表皮造就了建筑的千姿百态, 同时也体现了建筑师各自的设计理念, 改善了建筑、人、环境三者之间的相互关系。本文从现代建筑表皮的概念界定入手, 对玻璃、金属板、木板与高分子膜材等常见的表皮材料进行了构成与应用分析研究, 将有助于我们认知现代建筑表皮材料的种类特性及使用状况。
一、建筑表皮概念
(一) 表皮的概念
表皮在《现代汉语辞海》中的定义是:“人和动物皮肤的外层……它是植物体和外界环境接触的最外层细胞, 其结构特征与其功能密切相关……有防止水分失散、微生物侵染和机械或化学损伤的作用……为体内外气体交换的孔道, 调节水分蒸腾的结构……”[1]
(二) 建筑表皮
建筑的表皮性研究是当代的一个重点, 所谓建筑表皮, 广义而言是指人们通过触觉、视觉直接感受到的建筑表层;狭义而言是指与建筑主体分离并相对独立的建筑外部围护结构, 多以较轻型的材料饰面, 如金属框架, 玻璃幕墙, 铝格栅挡板等, 其功能主要有保温、隔热、通风、采光、遮阳、隔音等。在建筑表皮中根据材料的构成和与建筑结构的关系, 表皮可以分为与结构结合一起的重表皮和与结构分离的轻表皮。
虽然建筑表皮也有类似生物表皮的某些功能, 但是那些生物表皮的功能与概念还是很难直接套用到建筑表皮领域的, 因为即便最智能化的建筑, 目前也达不到生物表皮所具有的全部功能, 建筑表皮只是不同空间的分隔物。对建筑而言, 将表皮理解为“有厚度的外界面”或“交界面”是比较贴切的, 它包括建筑外立面、屋顶、内部立面乃至门窗等建筑构件, 是连接室内外空间的界面。而本文分析的重点是狭义概念下建筑表皮的材料构成问题。
二、现代建筑表皮的主要材料构成
由于在现代建筑营造中, 许多新型承重结构替代了传统建筑的墙体承重, 使得建筑表皮从中分离出来从而变得更加灵活, 因此更多的、新的轻型材料可以更自由地成为建筑表皮。不同的材料构成造就出不同的表皮风格, 不同的材料结构展现出不同的表皮功能。根据现代轻型表皮材料的物质构成, 大致可分为玻璃材料、金属材料、木质材料和塑料材料。
(一) 透明的表皮——玻璃材料
玻璃是种相对均质的人工材料, 种类繁多, 作为建筑物的要素之一, 它的使用打破了原始的封闭盒子空间, 把室外自然光线引入室内空间, 为使用者提供了良好的视野。1851年, 英国工程师约瑟夫.帕克斯顿建造了人类历史上第一座完全玻璃建筑物“水晶宫” (图1) , 创造了在短时间内完成大工程建设的壮举, 在纯玻璃表皮建筑史的发展中具有划时代的意义。现代技术的发展使玻璃呈现出丰富多彩的表现面貌, 为建筑师进行建筑创作提供了更为宽广的选择余地。玻璃已经不再是仅仅满足基本采光与通风要求的材料, 而是进一步演化成了一种现代技术的象征;一种有着纯净审美标准的精神化要素;一种能创造特殊气氛的元素或者创造室内外均匀光环境的物质材料。
玻璃作为建筑的表皮, 充分展示了它特有的透明、半透明、不透明和反射、折射等审美价值, 以及经济、适用、加工优良等工业产品特性。玻璃的反射性、锐利性和明确性符合了时代本身的特质, 我们通过应用玻璃的视觉特性表达材料的现代感, 也通过其“虚无”的存在做到建筑与环境的和谐共生。如PRADA东京旗舰店是一个高达六层的玻璃体大楼, 设计理念源自剔透的水晶。新店的外墙设计颇具革命性, 幕墙由数以百计的菱形玻璃组成, 犹如伫立着的一块巨大水晶, 产生虚幻却透彻的特别视觉效果, 简直就是一个奇妙的魔法世界。 (图2)
总之, 玻璃材料在建筑表皮设计中正经历着一个不断发展与创新的过程, 作为建筑不可或缺的表现手段之一, 其自身的表现力随着材料的变化与探索不断增强[2]。
(二) 多变的表皮——金属材料
美国当代著名的解构主义建筑师弗兰克·盖里曾经这样说道:“对我来说, 金属就是这个时代的材料, 它们可以使建筑成为雕塑。”[3]
金属材料常指工业上各种构造物制造时所使用的金属或合金而言。目前存在自然界中大约有70种, 其中常见的金属有铁、铜、锌、铅、铝、锡、镁、铬、钻、镍、铝、钛、钨、金、银等。合金常指两种以上的金属或金属与非金属结合而成, 且具有金属特性之材料。建筑工程用的金属材料按色彩可以分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属是指钢铁材料, 包括铁、碳素钢和合金钢。有色金属是指除钢铁材料外的其他金属材料, 包括铝及铝合金、钛及钛合金、铜及铜合金、锌及锌合金、镁及镁合金等。事实上, 建筑用的金属板材的绝大部分金属都是合金。
表皮的独立让金属材料有了更为自由的发挥, 金属材料不仅可以作为建筑表皮内部的支撑与连接构件, 还可以变成附在建筑外观上的表皮材料, 而且利用金属材料的弹性、光泽、易加工的特点将建筑的表皮变得更加灵活丰富。如西班牙毕尔巴鄂古根海姆博物馆 (如图3) , 它在1997年正式落成启用, 以奇美的造型、特异的结构和崭新的材料立刻博得了世人瞩目。它的成功离不开金属材料的功劳, 首先建筑内部由金属钢架搭建起自由多变的“建筑骨骼”, 其次建筑主要外表皮直接附上了一层钛金属板片, 闪闪发光的钛金属板结合内部复杂的龙骨系统, 包裹出了一个与传统建筑截然不同的新奇建筑。
金属的质感和富于时代特点的表现力, 以及其独有的力学性能可以让建筑师充分发挥创造力去表达自己的构思, 这是建筑师热衷选择它作为建筑表皮的重要原因。
(三) 自然的表皮——木质材料
木质材料是建筑材料中最传统的一种, 在中国和日本, 几乎所有有价值的建筑物都是以木材为主要的建筑材料。像我们熟悉的中国山西应县的佛宫寺释迦塔 (图4) , 日本的伊势神宫等等。
木材的特点就是重量轻、强度高、保温隔热、吸音、隔声、吸收紫外线, 无论是观感还是触觉给人的感觉都比较亲切、自然、温和, 不同的表皮纹理可以表现出丰富的自然性。但天然木材的特点又决定了其耐寒性较差, 抗老化差, 易损易燃易变形、维护保养较为复杂, 因此直接将未经防腐处理的木材用于室外条件是不太适宜的。但工业革命后发明了新的复合木材——胶合板、高密度板等合成木质材料, 彻底改进了木材的性能和使用范围。同时, 除了有经过防腐处理的木板材作为建筑外表皮材料外, 国外还有采用各种经过防水防腐处理的饰面胶合板及饰面。如2010年在上海世博会中的万科馆就是用了木屑与麦秆组成高密度合成材料作为建筑外表皮, 经过处理, 隔热、防火防水都很好, 搭建也方便, 既体现了节能环保的理念, 也拓展了建筑表皮材料的应用前景。 (图5)
木材是世界上唯一可再生建筑资源。在注重环保的今天, 木材被广泛地用于各种工业生产和生活中, 为人们营造了更为贴近自然的居住和休闲环境。
(四) “吹拉”的表皮——膜结构材料
膜结构材料是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式, 是由多种高强薄膜材料 (PVC或Teflon) 及加强构件 (钢架、钢柱或钢索) 通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状, 作为覆盖结构, 并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。膜结构可分为张拉膜结构和充气膜结构两大类。
图片来源:甘立娅建筑外表皮材料艺术表现研究
张拉膜结构则通过柱及钢架支撑或钢索张拉成型, 其造型非常优美灵活.张拉形式膜结构的先行者是德国的奥托, 他在1955年设计的张拉膜结构跨度在25m左右, 用于联合公园多功能展厅。由于张拉膜结构是通过边界条件给膜材施加一定的预张应力, 以抵抗外部荷载的作用, 因此在一定初始条件 (边界条件和应力条件) 下, 其初始形状的确定、在外荷载作用下膜中应力分布与变形以及怎样用二维的膜材料来模拟三维的空间曲面等一系列复杂的问题, 都需要由计算来确定, 所以张拉膜结构的发展离不开计算机技术的进步和新算法的提出。如汉诺威的日式展馆, 外壳是由木龙骨与钢支架张拉起来的膜结构 (图6-8) 。
此外比较著名的有沙特阿拉伯吉达国际航空港、沙特阿拉伯利雅得体育馆、加拿大林德塞公园水族馆、英国温布尔登室内网球馆、美国新丹佛国际机场等。
充气膜结构靠室内不断充气, 使室内外产生一定压力差 (一般在10mm-30mm汞柱之间) , 室内外的压力差使屋盖膜受到一定的向上的浮力, 从而实现较大的跨度。充气的建筑膜材料一般分玻纤PVC建筑膜材、PTFE建筑膜材和ETFE建筑膜材三大类。PVC膜是以聚酯纤维作基材, 覆以PVC形成的;PTFE膜材的基材是玻璃纤维;而ETFE膜则没有基材, 直接成膜。
充气膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式, 它以性能优良的织物为材料, 或是向膜内充气, 由空气压力支撑膜面, 或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧, 从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。自从1970年代以来, 膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案。如英国建筑师Nicholas Grimshaw&Parthers, London为康沃尔郡设计的圣奥斯特尔附近的伊甸园, 建筑表皮的原型如同水中升起的“气泡”。外表皮采用轻质的膜结构, 这使得整个建筑结构跨度达到124m, 成为了世界同类建筑规模中最大的跨度结构。覆盖层有轻质的ETFE软垫组成, 并由压缩机对其充气, 整个建筑构造的重量还不到其包含空气质量的一半 (图9-10) 。
图片来源:自拍
图6-10来源:克里斯汀《建筑表皮》
除此之外, 充气膜结构的经典建筑还有密歇根州庞蒂亚克“银色穹顶”、日本东京体育馆、慕尼黑安联体育场、中国的“水立方”等。
三、建筑表皮材料的小结与思考
从以上对现代建筑表皮常用材料构成、特点和应用构成的分析中, 我们可以看出建筑表皮材料使用与材料科学的发展密切相关。因为随着建筑科技的发展, 会有更多、更新材料出现, 而建筑师要想掌握所有的材料也不太现实, 如何在广泛的基础上熟识几种材料的使用与设计可能会更加的切实可行。
值得我们思考的是, 在现代工业材料盛行的今天, 许多传统材料、地域性材料以及原生态材料正逐步被弱化, 建筑形态被严重“简化”。这样的变化是否正确, 那些自然的、传统的材料能否被再利用, 或用一些技术的革新使其焕发新的生命, 这些都值得我们不断地努力与探索。
参考文献
[1]克里斯汀·史蒂西著.贾子光、张磊、姜琦译.建筑表皮[M].大连:大连理工出版社, 2009
[2]李保峰、李刚著.建筑表皮——夏热冬冷地区建筑表皮设计研究[M].北京:建筑工业出版社, 2010
[3]刘少婷.金属作为建筑表皮的表现力研究[D].同济大学建筑设计及其理论专业硕士学位论文, 2008 (02) :69页
[4]甘立娅.建筑外表皮材料艺术表现研究[D].重庆大学硕士学位论文, 2007 (4) :39-42页
[5]膜结构.百度百科.http://baike.baidu.com/
浅析现代建筑施工材料管理 篇8
在建筑施工之前, 对建筑项目施工材料进行预算和规划的步骤是必不可少的。如果工程已经开工, 工程所需材料还没有到位, 不仅会使工程施工带来混乱的场面, 还会使工期后移, 给项目造成不必要的浪费。
施工单位的材料部门应根据制定的工程材料计划对工程用料进行灵活的主观考虑, 通过对工程进度的把握组织施工材料。
1.1 掌握材料市场动向, 对所需材料进行透彻的调查研究。
1.2 综合各步骤环节, 制定周密的采购计划书, 既能保证施工用量又不造成堆积浪费。
1.3 在材料的采买上遵循先近后远、择优批发、质量同等比价格等规则, 对建筑工程材料的成本投入把好关, 当好家。
2 施工材料的储存堆放管理
建筑工程的材料存放问题是材料管理中至关重要的一个环节。如果储存环节出现了管理漏洞或是工程材料存放混乱等问题, 会给整个材料管理工作带来损失, 甚至会直接影响到建筑工程的施工工期和施工质量。首先要注意材料的防潮、防盗、防火问题;其次是要对材料的入库、出库建立详细的台帐和完善以月、季为单位的材料收支报表;再次要注意材料摆放的顺序和位置, 对各种类材料进行有序的信息标识贴加, 包括材料名称、出产日期、出产单位、规格型号等;再次就是材料管理人员的职业素质问题, 要对严防仓库管理人员和材料采买人员合谋对施工材料进行盗取倒卖的现象;最后还有一点就是加强库管人员的素质培训, 杜绝库管人员对供货厂家进行勒索。
3 施工过程中的材料管理
严格的执行材料验收、发放等相关制度的要求。并完成与之相关的记录信息, 不断的完善相关制度体系, 做好业务核算, 并按时进行盘点, 同时完善全员记录。在施工过程中, 仔细的完成材料的现场的验收以及台帐记录, 针对不一样的材料和运输上, 运用不一样的的方法进行验收。在验收过程中, 要是碰到数量不够, 质量不合标准的情况, 要立即进行退回处理, 实行索赔方案。要认真的实施限额领料制度, 节省材料的无用消耗。在施工过程中, 施工人员要依据缩减工程, 制订相应的材料定额的使用量计划, 并对班组下的料进行有效利用, 实行相应的指导措施, 针对超出定额的使用料现象, 要通过合理的分析, 给予审批才能出库。并依据当日的材料, 估测本月的材料消耗, 进而把握整个工程的实际工程量, 并综合的分析整体的材料消耗情况, 以及是否有节约材料和超出材料的情况发生, 对其进行原由分析, 根据分析出的结果, 实施相应的改进措施, 进而掌控材料的消耗程度, 实现节约材料的目的。对可回收重复利用的涂料, 进行相应的回收处理, 减少成本投入的同时也减少了对环境的破坏, 也为考核工程实际所用的材料数量, 提供了精准的数据。
在对现场进行平面规划时, 要以当地的地形、坏境等因素进行综合而全面的考虑, 运用合理科学的方法, 对当地适合做什么样的工程, 怎样避免相关事故的出现的问题, 要做到心中有数, 工程放料的场所要尽量的接近施工地点, 使用设备的停放地点也是如此, 但不能将其放在影响施工作业的地方, 以免造成不必要的二次搬运, 引起人力和设备的重复投入, 尽量的避免材料的搬家。对现场的要求是, 保持畅通的运输道路, 装料卸料的方便, 并对下雨等环境天气等做好应急的准备, 以及不断的完善管理机制。
对建筑工程进行施工的过程中, 要极力的做好材料的收、发、存等相关工作, 从而节约材料, 减少建筑工程的成本。如:在施工过程中, 把已发了的油灰铲、电焊条等, 以旧的换取新的, 实现对废料的充分利用, 达到减少环境污染的目的, 做到既经济又环保, 在经济效益和社会效益上实现双赢。
4 材料进、出仓的管理
及时准确提供材料的进出仓数量, 以提高材料计划采购的准确性。首先是编制单位工程材料计划, 要根据工程进度计划, 需要哪些材料, 材料的数量必须由技术员、统计员、材料员、班长共同计算核对, 层层把关, 并根据施工进度及时进场, 确保生产顺利开展。
材料在点收入库时, 验收人员应清点数量是否与发货单相符, 检验质量是否符合合同规定的标准, 核对规格型号及计量单位是否符合规定的要求, 并向供货商索取有关技术证书、产品合格证。对残次等不合格材料或因施工方案变更不需用的材料应及时通知供货商, 按规定办理退货手续。
原材料进仓, 仓管员除按要求进行记录、验证外, 还应按有关规定做好防护措施, 并按材料的名称、规格、型号、进货日期等打上标识。对出仓的原材料要登记, 并详细记录材料使用的部位, 做到使用的可追溯性。
5 作好周转材料的护养和维修工作
5.1 钢管、扣件、U型卡等周转材料要安规格、型号摆放整齐, 并
且在上次使用后要及时对其进行除锈、上油等维护工作, 扣件还要检查上面的螺丝是否还能使用, 不能使用的要及时更换螺丝以不影响下次的使用。方木、模板等周转材料要在使用后要按其大小、长短堆放整齐成型, 从而便于统计数量。
5.2 在使用时, 相应的负责人员要认真盘点数量, 材料员办理相应的出库手续, 并由施工队负责人员在出库手续上签字确认。
当工程结算后, 应要求施工队把周转材料堆放整齐便于统计数量;如果归还数量小于前面应归还数量。要对施工队做出相应的处罚措施。
6 工程收尾材料管理
搞好工程收尾, 可以将主要力量和精力迅速地向新的施工项目转移。当工程接近收尾, 材料使用已超过70%, 要认真检查现场存料, 估计未完工程的用料情况, 在平衡的基础上, 调整原用料计划, 消减多余, 补充不足, 以防止工程完工后出现剩料的情况, 为工程完、场地清创造条件。将拆除的临建材料尽可能考虑利用, 尽量避免二次搬运。对施工中发生的垃圾、钢筋头、废料等。要尽可能的再利用。对于设计变更造成的多余材料, 以及不再使用的料具等要随时组织退库, 妥善保管。及时提出竣工工程用料情况分析资料。如果忽视收尾的管理, 不仅影响转移, 分散精力, 而且会造成人力、物力、财力的浪费。
7 结束语
在建筑项目施工过程中, 做好上述一系列材料管理工作, 对提高工程质量、降低材料损耗和节约工程成本将起到事半功倍的作用。
参考文献
[1]吴云良.施工材料管理中存在问题及对策[J].安装, 2009 (12) .[1]吴云良.施工材料管理中存在问题及对策[J].安装, 2009 (12) .
[2]薛粤山.加强材料管理降低工程成本管理[J].黑龙江交通科技, 2007 (8) .[2]薛粤山.加强材料管理降低工程成本管理[J].黑龙江交通科技, 2007 (8) .
现代防弹材料 篇9
从古代战争中抵御刀剑伤害的盔甲到现代兼具防弹、防腐和伪装等功能的高性能防弹衣,从近身防御的防弹盾牌到远程作战的防弹战车,防弹装甲的蓬勃发展为配备者的生命财产安全提供了有力的保证。传统的防弹材料多为金属板和陶瓷板等单一材料,该类防弹材料需利用增加材料厚度或叠层使用等手段保证其防护效果,这给配备对象造成较大的质量负担,制约了战术战略的有效发挥。高性能防弹材料的出现解决了这一问题,20世纪六七十年代由美国杜邦公司推出的凯芙拉(Kevlar)纤维,是标志着防弹材料由硬质向软质转变的里程碑,也开启了现代防弹材料发展的大门。高性能纤维的发展改变了人们对材料防弹机理的认识,极大地拓展了防弹材料轻量化、舒适化发展的空间。现今,利用多种材料配合使用或添加功能性填料等手段,制成高性能的组合防弹材料,并通过材料组成与配比的调节、结构的最优化设计、界面性能的改善或成型工艺的选择等途径,实现材料的结构化、轻量化并提高其防弹性能,是现代防弹材料研究的重要内容。
国内外有许多综述文章,从不同角度对防弹材料及其发展状况进行了介绍,如对比介绍几种防弹材料的性能[1,2]、高性能防弹材料的发展[3,4]、防弹材料的设计选材影响因素[5]或分析材料的抗冲击过程[6,7]等方面。本文就国内外的发展趋势和研究现状,从防弹材料的分类、防弹性能的测试研究和防弹性能的改善途径3个方面,全面综述了现代防弹材料的研究进展。
1 防弹材料的主要类型
防弹材料有多种分类方法,按照原材料的种类分,已有的防弹材料主要有金属板防弹材料、陶瓷板防弹材料、高性能纤维复合防弹材料和组合防弹材料等。金属和陶瓷类的防弹材料主要是利用自身的强度、硬度使弹体受挫、毁坏并将碎裂后的弹体碎片弹开以达到防弹的目的;以高性能纤维为主的软体防弹材料的防弹机理主要是在弹头对纤维进行拉伸和剪切时,通过改变织物结构和纤维断裂等方式,使冲击能吸收消释或沿纤维向冲击点以外的区域传播分散,从而达到防护效果;通过多种材料层叠设计配合,可以制备各组分优势互补的组合防弹材料,该类防弹材料不仅可以吸收或分散掉全部的冲击能量,还可以避免由于弹头的猛烈撞击使得材料变形而导致的配备人员的内脏损伤或者装甲的内部结构损伤,最大限度地降低弹体造成的伤害。
1.1 金属板防弹材料
金属板防弹材料强度高、韧性好,主要应用于防爆车和装甲战车等特种车辆。当遇到高速冲击侵彻时,金属板防弹材料具有较高塑性变形能力且形变均匀,既能吸收高速子弹的动能,又可以避免材料的塑性变形局部集中而引起的开裂。但是,金属防弹材料质量大、易锈蚀、制造及处理工艺复杂、难于制作异型结构件,且在减轻负重与增强防护性能两者之间很难取得平衡[8]。因此,在保证金属材料强度和防弹性能的前提下,通过改善材料结构减轻质量及改善加工性能是该类材料研究的重点,如He等[9]的研究证明,将金属板制成蜂窝三明治结构用作航空器热防护体系的面板,既降低了其质量,又具有较好的抗拉强度和耐热性能,可以有效抵御高频动态震动的冲击。
1.2 陶瓷板防弹材料
陶瓷板材料具有极高的强硬度、弹性模量和相对金属较低的密度,化学稳定性良好,耐高温、耐冲蚀和耐磨损[10],能在减轻装甲质量的基础上很好地抵御高速穿甲弹的侵蚀,用陶瓷材料作夹层板与钢板组合使用,其防弹性能甚至超过同等厚度下均质钢装甲的2倍,该复合防弹材料已广泛应用于轻型装甲车辆中[1]。从1962年Goodyear公司研制出具有高硬度表面材料的复合装甲至今,已有许多先进的陶瓷防弹材料如Al2O3、B4C、SiC等相继问世,并以其高硬度、低密度的优越性能成为军事空间领域的理想材料。许多研究人员致力于改变制造条件以得到性能更加完善的陶瓷防弹材料,如在B4C陶瓷材料中添加适量的B、Si等可以改善B4C材料的烧结性能,且采用热等静压烧结工艺可以生产轻质高强且产品致密性较好的陶瓷防弹材料[11]。然而由于陶瓷板材断裂韧性低、常温下热膨胀系数小、对加工工艺要求较高和抗多发弹打击能力差等缺点,均质陶瓷材料还不能单独用于防弹装甲的制造,常用的方法是将陶瓷材料与纤维复合材料组合使用来改善其韧性、提高材料的防弹性能。
1.3 高性能纤维复合板防弹材料
高性能纤维复合板防弹材料是采用一种或多种高性能纤维织物或其铺层,在一定的工艺条件下与树脂基体复合而制得的具有一定防弹性能的材料。高性能纤维具有优异的物理化学性能,如低密度、高的比强度和比模量、适当的断裂伸长率和良好的耐腐蚀性等。用高性能纤维复合板材制成的防弹制品不仅质量轻、柔韧性好,而且可设计性强、成型工艺简单,主要应用于防弹衣和防弹头盔等软体防弹领域[12]。目前广泛使用的高性能纤维主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维和聚对亚苯基苯并双噁唑(PBO)纤维等,这些纤维与一种或多种树脂基体复合可以制成性能很好的防弹产品。
二次世界大战期间出现的高强玻璃纤维复合材料是第一代复合装甲材料,虽然相比其他纤维玻璃纤维装甲相对密度较大,但由于其抗拉强度高、易于改性和廉价耐用的优势,玻璃纤维目前依然是装甲生产中不可缺少的材料。改性玻璃纤维增强乙烯基树脂复合材料的刚度可与装甲钢相当,其抗冲击性较佳且具有优异的耐化学腐蚀性能、力学性能及生产加工性能[13];通过液体成型技术制得的新型玻璃纤维增强改性环氧树脂的复合材料,可以制造以装甲车辆车体为代表的大型构件[14]。之后发展起来的碳纤维复合材料具有耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、能导电等优异性能,既能用作结构材料,又能用作功能材料,目前碳纤维已普遍应用于航空航天、工业民生的各领域之中,人们对其进行性能改善的研究也不断加深,如用碳纤维增强环氧/聚醚混合树脂,可得到具有很高拉伸强度、挠曲强度和断裂伸长率且熔融加工性能优良的复合材料[15];用羧基化碳纳米管对碳纤维/环氧树脂复合材料进行改性,可以明显提高材料的力学性能和耐热性能[16]。以Kevlar纤维为代表的芳纶纤维复合材料,具有在相同条件下强度高、韧性好、耐冲击、可设计性强、易于加工成型等优势[17],不仅大量应用于柔软轻便、舒适耐用的防弹衣的生产,还可以用于制作武装直升机和装甲战车的内壁衬层,防护效果极佳。UHMWPE纤维具有突出的抗弹丸冲击性能和耐环境腐蚀性能,如用溶液纺丝法制得的商品化Dyneema纤维密度较低、耐气候性好,其纵向拉伸强度、拉伸模量、断裂能和传播声速都很高,由此种纤维制成的个人防护用品质量轻、具有较好的钝伤防护性能且穿着舒适,该纤维与合适的基体材料复合后还可作为轻型装甲的结构材料[2],具有广阔的应用前景。PBO纤维是20世纪90年代由东洋纺织公司研制的高性能纤维,PBO纤维的强度、模量、耐热性、阻燃性和耐冲击性等都强于之前的高性能纤维,如今在实验室用非水型冷凝剂和常规的热处理方法已经得到了拉伸模量高达320~360 GPa的PBO纤维[18],而且PBO纤维在高温高湿下的强度保持率高、耐化学性优良、绝缘性好,因而被视为理想的装甲防弹纤维材料[19]。但是PBO纤维制备工艺要求高、价格昂贵,与其有关的应用研究大多处于起步阶段,还未真正应用于实际防弹产品的生产之中。
高性能纤维因其优良的物理化学性能在防弹领域的研究应用十分广泛,为满足抵抗不同冲击侵彻方式对于防弹材料的性能要求,除了选择合适的纤维外,还可以配合使用高性能树脂材料并通过变换其种类与用量对性能参数进行调节,以达到最终防护目的。在高性能纤维复合材料中,常常由于纤维表面光滑或缺少极性基团等原因导致与树脂基体之间的界面结合较弱,影响了复合材料的综合性能。因此,若要提高复合材料的性能指标,改善其界面结构以增强两相间的界面结合尤为关键。
1.4 组合防弹材料
目前对防弹材料高抗冲击、低负重、舒适耐用及其他特殊防护性能的要求不断升级,单一材料已经不能完全满足使用要求,将以上材料中的两种或多种组合在一起制成多层组合防弹材料是研究的突破点。组合防弹材料各组分在性能上相互取长补短,产生协同效应,可使其综合性能相对于单一均质材料大大提高,如在船用钢装甲上附加一层陶瓷面板,可以显著降低弹体的侵彻、钝化及碎裂能,并在将其结构质量降低1/4的基础上还可以将抗冲击板的单位面密度吸能量提高35%以上[20];将陶瓷板材料作为高性能纤维复合防弹材料的抗冲击前板,可以代替笨重的合金材料应用在防弹装甲上[21];在玻璃钢中间夹入增韧聚丙烯制备的复合板材,其防弹效果明显比单一板材或以其他顺序组合的复合板材更加优越[22];在烧结合金颗粒的钢板基体上覆盖混合均匀的塑料粉末,然后通过模压成型获得的金属塑料组合材料,既具有金属材料的力学性能,又具有较好的阻尼减振性能,且使用寿命较长[23]。
目前对组合防弹材料的研究多集中于材料层的选择、结构的组合设计和层间粘合的改善等方面。S.A.Tekalur等[24]将聚脲(PU)与E-玻纤/乙烯酯(EVE)复合材料制成不同顺序组合的层叠板材料或夹心板材料,通过肉眼观察、显微镜观测和实时观测3种手段对板材抗冲击实验后的破坏形式、破坏程度和实时弯曲形变量进行了研究,结果表明相同厚度下PU层面向冲击管时层叠板的抗冲击性能比单独的EVE板要好,而抗冲击性能最好的组合顺序是EVE/PU/EVE的夹层结构,这为防弹材料的设计制造提供了新的依据。李爽等[25]对比研究了模压工艺制备的3种相同厚度的多层复合板材的抗冲击性能,这些复合材料分别由陶瓷板、纤维增强树脂基复合板(FRP)和金属板组合而成,实验中发现陶瓷/钢/FRP形式的复合板材在陶瓷层发生破坏时,作为背板的钢板和纤维增强树脂层发生了明显的体积变形和脱粘分层,吸收了大量高动能破片的冲击动能,其单位面密度吸能高达99.6 J/(kg·m2),证明按此种结构设计的复合板材具有极佳的侵彻防护性能。
现代防弹材料种类繁多、发展迅速,已逐渐从单纯的防御性能向功能性、灵活性和经济性并存的方向发展。现今发展的主要目标是实现防弹材料的“质量轻、成本低、功能强且使用寿命长”的性能统一,伴随着制造工艺的进步与新材料的研制,未来必将会有更多实用耐用且功能强大的防弹材料出现。
2 防弹性能的测试研究
防弹性能是衡量材料防护作用的关键指标,防弹性能主要是指防弹材料吸收或消释弹体的冲击能量、抵御其部分穿进或完全贯穿并防止其冲击波造成损伤的能力,材料的防弹能力随其韧性和弹性模量的提高而增大。为评价防弹材料的防弹能力,针对种类繁多的防弹材料建立统一的性能评价体系是至关重要的,这也有助于使用者根据不同的防弹要求选择合适的防弹材料。此外,在保证材料可靠性的前提下尽量降低设计生产成本,是指导防弹材料工业化生产的根本,目前主要是通过数值模拟的方法建立模型来实现结构设计和性能预测。利用计算机数值模拟的手段,可以将材料的防弹性能与材料的微观结构、防弹机理、作用规律和极限设计厚度等进行关联,不仅能够提高人们对防弹材料的认识、为新型防弹材料的开发拓宽思路,也可以为防弹材料的设计生产节省大量的人力物力。
2.1 防弹性能测试
对于材料防弹性能的测试,主要包括针对不同原料或结构的防弹靶板的性能分析研究[26]、靶板变形与破坏过程的研究[27]和靶板对冲击弹能量吸收与传播规律的总结[28]等方面,还包括研究材料的破坏与冲击弹的形貌材质、弹体结构、冲击弹速和着靶角度等参数之间的关系[29,30],并常与材料本身的力学性能相关联[31],进而对材料防弹的性能规律进行总结。
材料防弹性能的测量方法主要有弹道极限速度法和背板残余穿深法(DOP)等,测试方法的差异会对材料防弹性能等级的评价产生很大的影响,因此不同材料防弹性能的比较需依据相同测试条件下的结果。对于弹道极限速度法的定义,现今较为统一的说法是将其分为极限穿透速度法和V50弹道极限法两种,在弹体材质形貌和冲击角度等条件一定时,极限穿透速度为侵彻结束时剩余速度等于零时的破片的着靶速度或弹丸能穿透给定靶板的最低着靶速度[32,33,34],而V50弹道极限是指弹丸穿透给定靶板的概率为50%时的模拟破片或特定弹丸的平均着靶速度[33,35]。一般来说,极限穿透速度法常用于金属装甲防弹性能的评价,而V50弹道极限法对于以非金属材料为主的复合材料的防弹性能测试较为适用[35]。贾光辉等[32]采用钨球侵彻装甲板的极限穿透速度试验,计算了不同靶板材料的动态屈服强度,证明该强度与靶板厚度有直接关系,并对极限穿透速度的计算公式进行了修正;高润芳等[34]研究3种不同形状钨破片垂直侵彻装甲钢板体系后发现,破片形状或破片着靶姿态不同,实验测得的V50值与理论计算值间的大小关系会发生改变。弹道极限速度法因其符合实战环境的优势而得到了广泛的应用,但是该法工作量大、数据精度差且费时费力,所以仍需结合理论分析的方法缩小其测试范围。DOP法是指以一系列初速度一定的冲击弹对均质参照靶的极限穿深和对目标靶背后的均质鉴证靶(与参照靶材料相同)的剩余穿深的差作为对比参量,比较目标靶板材料的抗弹性能的方法[36,37,38]。孙宇新等[36]利用DOP法证明相同质量时A95型陶瓷板比A3型钢板的抗杆弹侵彻能力要强得多;黄良钊等[37]用DOP法测定陶瓷抗弹能力,发现增加约束条件可使防护系数提高16%~20%;胡丽萍等[38]采用DOP法评估穿孔结构装甲的抗弹性能,结果表明着弹点在不同位置时,所测得的穿孔结构装甲抗穿甲弹能力差别极大。DOP法常用于表征冲击弹初速度大于极限弹道速度的情况下,防弹材料被穿透时的材料毁伤情况,简便而准确。
对于不同应用领域的防弹材料,由于其防护的侧重点不同,对其各自的防弹性能也有不同的要求,并且需要兼顾材料在实际环境中的使用性能,如军用防弹玻璃要求保证材料的抗冲击性且具有较好的透明度;对于防弹头盔和防弹衣等软质防弹材料,既要测试其抗冲击侵彻性能,也要测试其冲击变形度,较小的变形可以避免对配备对象内部结构的非贯穿性钝伤;防弹车要求在保持强度的基础上尽量减轻负载。面对实际应用对于防弹产品多方面的要求,单一的测试标准并不能完全将其兼顾。因此,针对材料应用环境所需防弹的等级和特殊性能都有相应的测试标准。如防弹玻璃的防弹性能测试标准,按防弹等级分有我国国家标准GB 17840-1999、公安部防弹玻璃标准GA 165-1997、军队防弹玻璃标准GJB/Z 9001A-2001和美国防弹玻璃标准NIJ STANDARD-0108.01等;按材料的应用领域分又有航空防弹玻璃标准GJB 501-1988和GJB 503-1988等,车辆船舶的防弹玻璃标准GJB 3030-1997、GB 9695-1996和GB 18045-2000等,还有银行用防弹玻璃标准ASTM F1642-96和GB 9963-1998等。针对不同级别和应用领域的防弹产品,分类建立更加规范完善的测试评价体系,是目前亟待解决的问题。
2.2 防弹性能的数值模拟
要准确评价防弹材料的防弹性能,单纯的实验测试表征方法需要进行大量的试验,成本高、随机性大。为简化测试程序,改善表征的准确性,国内外学者普遍采用数值模拟手段与实验结论相结合的方法,对防弹材料的防弹性能和破坏机理进行研究。目前该方法的研究已经取得了一定的成果,在相应测试标准的基础上建立了二维的或三维的模型及其评价体系,简化了对防弹材料的综合性能研究及性能预测,并可以指导材料的设计与加工。数值模拟方法操作简单、参数可调、省时省力、不受客观条件的限制,可以在一定范围内对板材的性能给出评价,主要用于解读防弹材料的作用规律[39]、模拟材料的变形方式、预测材料的极限设计参量[40]、对结果进行验证分析[41]或得到改进材料结构性能的途径[42]等。常用的数值模拟方法是应用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,选择性采用三维实体单元建立模型[43,44],设置恰当的参数、变量和状态方程,模拟防弹板材的动态破坏过程,模拟计算材料的抗冲击能力、极限设计厚度,或分析冲击弹型、弹速及弹的长径比对不同铺层混杂结构靶板的侵彻影响。另外,复合防弹板材的分层问题可通过CODAC损伤代码或分层极限载荷法进行预测分析[45];对于防弹材料变形方式的模拟,可以利用Impetus有限元软件进行,它是专门用于模拟材料结构在高速冲击载荷下变形方式的软件。
针对在实验中不能够说明的某些复杂问题,选用可靠的模型模拟得到合理的结论,可以指导实验的改进与设计参数的选择,为防弹材料的最优化设计、防护水平的提高提供依据。M.Grujicic等[21]建立了一种以正交排列的定向超高分子量聚乙烯纤维基防弹复合材料板材为原型的简单的单元连续损伤基材模型,该模型可对弹药侵彻装甲的过程进行准确的分段,他们分别采用两种型号的冲击弹、4种弹速,对5个厚度的装甲板进行实际侵彻,并利用一系列的非线性动态有限元对该过程进行计算模拟,证明试验与模拟结果基本相符。常敬臻等[46,47]利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件分析发现,采用Johnson-Cook本构模型能够较好地模拟金属类延性材料在强动载荷作用下的物理力学特性,且能够应用到防弹钢板的塑性强化特性的分析、极限设计厚度的预测和弹型弹速等对防弹钢板侵彻能力影响的考察上。杜忠华等[48]根据实验现象、复合材料的本构关系和失效准则以及动量和能量守恒原理,建立了复合材料层合板抗弹性的工程分析模型,给出了此类层合板弹道极限速度V50的预测公式,并用实验证明该模型可以较好地模拟复合材料层合板的弹道极限速度、预测材料的抗弹性能,为工程技术人员进行防弹设计提供参考数据。
高水平的防护装甲产品源于性能优良的防弹材料,研究材料防弹机理和性能参数的最终目的是提供防弹材料最优化设计的方案。将数值模拟手段与表征防弹材料性能的测试方法结合使用,可以迅速地得到材料的防弹性能参数,避免大量的重复实验,节约成本。
3 防弹材料的性能改善
现今在防弹材料的发展领域中复合材料已占有不可替代的重要地位,尤其是质优价廉的高性能纤维增强树脂基复合材料也逐渐从个体防护领域的局限中走出来,大量应用在战车坦克、航空军舰等军事领域,极大地推动了整个国防军事产业的进步。复合材料具有轻质高强、可设计性强、多部件一体化、制造成本低、开发周期短等多种优势,因此成为防弹材料设计中的必备选项,防弹复合材料性能的提高程度决定了防弹材料发展的步伐。针对此类材料的增强改性研究主要集中于以下几个方面:合适的组分与配比、结构最优化设计、界面的结构与性能以及材料成型工艺的选择等,但是,仅采用一种方法往往并不能达到性能最优化的目的,多种手段并用是研究者们实现产品设计的策略。
3.1 材料的组成与配比
防弹复合材料组分的选择与配比的优化是制备性能完善的防弹材料的基础。基体材料既应具有良好的韧性,又要满足制备工艺和使用环境的特殊要求;增强材料应具有足够的强度和模量,与基体材料的性能相匹配且两者间应具有良好的界面结合。如将高模量的纤维与高模量的基体树脂配合,其纤维增强防弹复合材料的抗冲击强度将提高,而与低模量的树脂配合时,冲击强度则会下降。酚醛/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)树脂板的准静态侵彻刚度随着纤维织物层的加入而显著提高,并且层压板的准静态侵彻阻力、穿孔能量也随着混杂体积分数的提高而增加[49];当聚酯纤维含量在30%时,利用针刺热压法制得的复合非织造布可以替代原始的尼龙平纹织物垫材,在防弹衣中起到更好的抗变形防护作用[50]。
设计材料有时也会加入多种填料,通过调节添加物种类和添加量来达到最佳增强效果。如在玻璃纤维增强环氧树脂体系中加入35%~40%的活性稀释剂甲基丙烯酸甲酯时该体系具有低粘度、低成本、高性能的特点[14];通过向木纤维增强聚丙烯复合材料体系中加入增容剂PP-g-MAH或增韧剂可对材料的拉伸强度、弯曲强度和韧性进行调节[51]。
3.2 结构最优化设计
材料的结构设计一般是指多层结构材料的混杂铺层设计、三维立体结构设计和特殊性结构的设计等,包括材料层厚度的控制、材料组成次序和连接方式的设计等。
混杂铺层的材料同时具有功能和价格上的优势,增大了设计的自由度,简化了材料性能的控制条件,且采用不同的混杂比、层厚和混杂结构,都会影响复合材料的最终性能。如酚醛/PVB树脂板与纤维织物层混杂铺层时,织物层在两侧的靶板具有较大的侵彻阻力[52];在有表面载荷或三维载荷作用时,纤维含量较低的多层平纹纬编针织玻璃纤维/聚丙烯(GF/PP)复合材料的能量吸收能力明显高于机织和无皱褶织造的GF/PP复合材料[53];在环氧玻璃钢体系中沿受力方向的纤维对垂直于纤维方向裂纹的扩展有很好的阻止作用,所以0°/45°/90°/-45°铺设的层压板的冲击强度明显高于0°/90°的铺层设计[22]。在原料及其配比、制造工艺都相同时,不同编织方式的纤维织物复合材料由于纤维传播冲击能的方式不同,在相同的面密度下其抗弹性能也有很大的不同,如芳纶复合材料的抗弹性能为:正交铺层>方格布>平纹布[54];在含有PBO纤维、UHMWPE纤维或芳纶纤维的体系中,一般其抗弹性能的顺序为:无纬布>机织布>针织布[55]。
目前也有许多研究致力于开发结构-功能一体化的新型材料,如多孔结构、仿生结构等。多孔结构材料一般具有大幅度降低质量、吸收冲击能、隔热降噪减震等特点[56],是目前应用领域迅速扩大的一类材料。多孔结构现有多种结构形态,如泡沫型结构、格栅结构、点阵结构等[57]。点阵结构由于具有可设计性强、材料性能易控制等优势,成为多孔结构中研究最多的一类,点阵结构又有四面体型、金字塔型、3D-Kagome型、菱型等多种拓扑结构。Wadley小组对于多孔结构材料的研究十分深入,从结构设计[58]到材料组装[59]、从理论分析[60]到实验操作[61]都有大量的研究成果,为多孔材料的实际应用提供了依据。许多天然生物体结构(如蜘蛛丝、贝壳、骨骼等)是多功能复合材料高度有序结构化的典范,也是防弹材料的仿生制备目标[62]。其中生物体的牙齿、骨骼等类骨组织集质轻、最优化强度、坚韧稳定和多层次结构等近乎完美的优秀特质于一身,为纳米尺度下仿生复合防弹材料的研究开发提供了一条新思路。仿生技术的优点在于:通过有机物分子与无机粒子的相互作用,能在温和的条件下合成出结构多级、形貌特殊、性能优异的无机/有机复合材料[63]。但由于影响生物矿化的微环境相当复杂,尽管通过各种方法已经合成了许多不同形态的仿生材料,但至今还未能真正通过化学方法获得与自然界中微观结构和功能相似的仿生材料。仿生技术是多学科交叉的前沿技术,对于防弹材料的发展也具有重要的引领意义。
3.3 界面性能的改善
防弹复合材料中各组分间的界面是完成各相间应力传递的重要组成部分,只有通过恰当的界面结构,增强相才能实现增强基体材料性能的目的,在界面处材料的组成状态[64]、结晶形态[65,66,67]和力学行为等[68]都会随着材料表面的化学性质和处理条件的不同发生很大的变化,一般通过界面性能的改善能够大幅度地提高材料的性能。
改善界面性能的方法主要有基体树脂改性、增强材料表面改性和第三组分的加入等。Zhang等[69]利用氧化石墨烯片层表面涂层改性的碳纤维制成碳纤维增强树脂基复合材料,测试证明片状氧化石墨烯在碳纤维表面分散良好、分布均匀时,能有效地阻止基体中裂纹的扩展,最终使得材料的界面剪切力、层间剪切强度、界面张力、拉伸强度和拉伸模量等均有所增加。张玲等[70]利用静电相互作用在玻璃纤维表面复合纳米二氧化硅和多壁碳纳米管,分别制备出GF-SiO2和GF-MWNTs复合增强体增强尼龙6树脂的复合材料,测试结果表明纳米材料的复合能够增强复合材料的界面结合,明显改善复合材料的力学性能。程先华等[71]用稀土表面改性剂处理玻璃纤维,再用其填充金属-塑料多层复合材料,研究证明这种改性方法可以提高玻璃纤维与聚四氟乙烯之间的界面结合力,有利于在器件表面形成分布均匀、结合强度高的转移膜,减轻相对摩擦,从而使复合材料具有优良的摩擦性能和抗冲击磨损性能。
其次,对于层状复合材料,层间粘合的优化设计也是增强材料防弹性能的重要方面,层间胶粘剂需具备高的剪切强度、剥离强度及优良的韧性,一般分为热固性胶粘剂和热塑性胶粘剂两类。如聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯层间用聚氨酯胶片粘合,可以制造性能良好的透明防弹板;用普通聚醚多元醇制备的高强度透明聚氨酯,可以用作粘结玻璃和聚碳酸酯板材的胶粘剂,制得的复合防弹材料具有良好的防弹性能[72]。
3.4 材料成型工艺的选择
成型工艺及其参数的选择是控制产品质量的重要手段,采用不同成型工艺制造的产品的防弹性能及吸能机理也各不相同。防弹复合材料常见的成型工艺主要有手糊成型、传递模塑成型[73]、注射成型[74]、模压成型[75]、渗浸成型、纤维缠绕成型[76]、拉挤成型、袋压成型(包括真空袋压、加压袋法、热压罐法)[77]等,其中常用的手糊成型易于操作、成本低,可以生产尺寸大、形状复杂的产品,但生产效率低、工作量大;模压成型制品尺寸准确,但是模具复杂、成本高,不适用于大型产品的成型;纤维缠绕成型工艺可连续机械化生产、生产周期短,但产品质量不易控制;袋压工艺参数易实现,但只适用于制备薄层复合材料制品。R. T. Young等[74]对玻纤增强酚醛树脂复合材料的注射成型工艺参数进行了研究,分析了材料的注射速度、纤维体积含量和树脂的预固化程度等对复合材料中纤维的断裂和取向及产品的力学性能的影响。T.Q.Li等[75]证明通过控制过程条件可以明显改变产品的力学性能,如提高颗粒的熔融程度通常会得到剪切强度和模量都增大的产品,且熔融时间越长,剪切强度越大。贺金瑞等[78]探索了改变模压成型的工艺参数后连续玻璃纤维增强尼龙6复合材料力学性能的变化,发现成型温度对复合材料的成型影响最大,且在250 ℃和1 MPa下模压1 h时复合材料层压板的纤维分布均匀且力学性能优异。材料成型过程对于产品最终性能有着决定性的作用,这既需要原材料本身具有良好的成型性能,还要求成型设备具有可靠的精密性以及操作过程的程序化控制。通过改进成型方法,在常态下得到性能符合要求的产品、缩短生产周期、降低成本等都是现今高性能防弹复合材料成型工艺研究的主要方向。
目前,在防弹装甲中加入复合材料层已经成为减轻装甲质量的必要手段[20,79],通过改善材料结构或改进生产工艺以达到材料增强的效果也屡见不鲜[80]。事实证明,通过不同手段改善防弹复合材料性能是推进防弹材料高性能化飞速发展且简便经济的最佳途径。
4 结语
论中国现代建筑 篇10
大约在90年代初, 一位在丹麦留学的中国建筑系研究生读过我一篇关于《第三文化》的论文之后来信询问一个看似非常简单, 但是费人思考的问题。他告诉我正在做建筑博士论文。而他论文的主题十分有趣:中国现代建筑的文化认同 (The Culture Identity of Chinese Modern Architecture) .他问我中国建筑是否有“中国现代认同”。记得当时我的思路还正在形成, 但是却果决地回答:中国无现代!但我还是把不太成熟的想法对他做了解释, 虽然当时言未尤尽, 却开始了我近20年的思考。最近又遇到两位在上海工作, 生活的法国艺术家, 本来是闲聊, 可是在重提这个命题时不由满怀激情, 犹如当年。由此一发不可收拾, 导致这篇论文。“现代”这个词概念很广, 但是本文特指建筑设计上的文化认同。
问题的起源
建筑是文化的一个主要部分。在讨论这个课题的时候最为棘手的是大家都十分熟悉, 但是却忽略其含义和定义的一个名词:“现代” (Modernism) 。本来“现代”这个词与“西方”紧密相连, 或者说, 离开“西方”的定义就根本无法讨论“现代”。于是, 我们必须从源头开始讨论, 从“西方”到“现代”, 然后再从现代到“中国”。它的难点在于, “现代”是一个“西方”的概念, 何以牵扯到“中国现代”?甚至可以说, 把“中国”和“现代”联系, 组合在一起本身已经发生了概念性的错误。这就是问题的起源。
“西方”的定义
不想在这里多费章节讨论西方与现代。仅仅把它们的定义做一个一般性的解释, 为后来的目的, 讨论中国现代 (Chinese Modernism) 做一个铺垫。熟知西方与现代的读者可以跳过这一段落。
“西方”定义为基于三大组成的文明[1,2,3,4]: (1) 希腊经典与罗马政体; (2) 基督文化, (3) 民主, 科学, 市场经济。
西方文明的政治体制来源于希腊的“共和”和罗马建立的“帝国”.同时, 希腊还提供了“自由”的概念, 而罗马产生了“法律。”于是西方世界奠定了“法律下的自由”这样一个奠基性的理念。是西方文明的重要基石之一。
基督文明是西方文化的精神支柱。基督的理念决定了整个西方社会的人文精神, 价值理念, 道德基础, 伦理标准。因而, 基督文明是西方文化中人文主义的基础。基督文明提供社会最为圣洁, 崇高的精神境界, 并要求所有追随者信服于至上的权威:耶稣。于是基督文明提供社会一种对尊严, 道义, 神圣的认识和理解, 从而建立人类的宗教认同和精神世界。同时, 所有西方文明的产物大多来自基督文明和教堂, 比如音乐, 艺术, 天文, 哲学, 科学等等。
现代建筑材料 篇11
关键词：传统建筑；西方建筑；民族特色
先说个题外话。2008年的北京奥运会完美落幕已整整四年，但近日却在某媒体上看到了其成功的一种说法——风水。鸟巢及水立方的所在地是风水宝地，曾经埋葬过一位清代公主，更关键的是，水立方建在北京城的北面（五行中北方属水），以水为主题的场馆可以滋润北京城。并且北京的中轴线因奥运馆场的建成又向前绵延加长，有利国运。这一说法着实为北京奥运会增添了几分神秘色彩，同时也为鸟巢和水立方这两个在中国人看来逾越了传统审美的建筑物找个了堂而皇之的说辞，让人们的质疑声稍微缓和了一些。然而尽管如此，建筑物本身的反传统性和怪异性仍然让国民唏嘘声一片。
如果说鸟巢和水立方这样的建筑有“风水”这一“帮凶”的话，那么，犹如先天小儿麻痹症患者的央视大楼，大盖帽一般的国家大剧院以及缩尖脑袋，挖空心思，旁门左道的杭州市政府大楼，官官相护的杭州市民中心，此类建筑则显得孤立无援了，我们不禁要问，象征着中国传统文明、符合传统审美的建筑都去哪里了？
西方现代风格的建筑是体现功能性、物质性、结构性和技术性的必然结果，功能的就是美的，人们开始讲究功能、技术和经济利益，开始强调几何构建的形式，开始反对传统诗性的情趣，建筑艺术和审美观念发生了一场彻底的变革，民族建筑文化几乎化为乌有。现代主义建筑宁要混杂不要纯粹，宁要乱七八糟也不要一目了然的统一，这样的建筑怎能不荒诞滑稽？由于西方文化思想的强势冲击，加上建筑师对本国传统文化精神缺乏认识，反映在中国当下的建筑中则大多沿袭西方建筑模式，现代的造型刺激着人们的眼球，在盲目跟风中失去了本民族的文化内涵，导致了上文提到的种种建筑的产生，中国传统哲学理念在此被完全丢弃了。
中国有着悠久的历史，中国的劳动人民用自己的血汗和智慧创造了辉煌的中国建筑文明，那翘起的飞檐，斑斓的琉璃瓦，幽深的回廊，丰富的藻井，无论是雍荣华丽的皇家园林还是自由委婉的江南小宅，无论是苍茫大气的西北风格还是色彩强烈富于特色的少数民族建筑无不代表了中国完整的建筑体系和建筑风格，然而随着全球化进程脚步的加快，这些民族建筑艺术瑰宝正在一点点的消失殆尽。究其原因，则是建筑设计师们都极其缺乏一种文化的自觉，他们总是盲目的崇拜西方，试图从那里寻求新的观念和手法，只要是外国的就是好的，这种妄自菲薄的心理犹如潘天寿所说的“洋奴隶”和“笨子孙”。在学习和借鉴西方新的建筑理念的同时应充分考虑到本民族的文化传统和审美需求，发掘出中国特有的价值，实现“古为今用、洋为中用”的历史性努力，而不是一味的追求怪力乱神和新奇建筑样式。
在这一点上，一位美国建筑师亨利墨菲（HenryKillamMurphy，1877—1954）成为我们近代建筑史上不该被遗忘的重要人物，他醉心于将中国丰富的建筑传统与西方先进建筑理论和技术相结合的建筑设计和城市规划，在华夏大地上留下了一批被称为“中国古典复兴式”风格的建筑。由他设计建造的诸如长沙雅礼大学、金陵女子大学、复旦大学、燕京大学等等一系列极富中国特色又不失西方建筑理念的建筑成为那个时代的代表。
墨菲始终认为，中国建筑应该与西方建筑一樣有自己的地位，而不是一切以西方为标准。墨菲对近代中国建筑的贡献让我们对他心怀感激的同时也很具有讽刺意味，为什么作为中国人自己却不能建造设计具有本民族文化特色的建筑来呢？
中国传统的建筑的确也有很多弊端，比如纵轴对称使得占地面积增大，功能性小于观赏性，但这并不意味着我们就要抛弃有着几千年历史文明的建筑伸手去拿国外的建造理念。我认为我们可以汲取中国传统建筑中的元素，例如漏窗、斗拱、台基、栏杆等，与现代的建造手法相结合，增强现代住宅的生活韵味。在当今台湾的许多建筑中仍然保留“飞檐”造型，成为其民族记忆和文化精神的重要表征。
其次，我们可以让古典园林中的山水花木、亭台楼阁等组合在今天的家居布局和城市建设中得到体现，而不要一味的采用西方现代感十足的大理石、玻璃等硬朗的钢架结构。我发现苏州博物馆所运用的中国情节和其散发出来的底蕴，以及设计师对中国文化的理解和对西方现代文化的浓缩是很有意思的。建筑除了本身一种实用的功能外，还有艺术的美感，使得建筑获得视觉上的享受和审美的价值。而中国美术学院象山中心校区的建筑在传统建筑元素这方面也有所运用，木头、瓦片、回廊的借鉴，小麦、油菜、向日葵等农作物的种植是其他美术院校所不曾见的，这种面向大山面向自然的情节也与许江院长的教育理念相得益彰，只不过山南的建筑群虽有传统元素但外形各个标新立异反显得孤立，缺少了一丝整体性，相比之下，山北的建筑群则更胜一筹。
现代建筑的美 篇12
在课本中, 我们都看见了作为现代建筑的名作澳大利亚的悉尼歌剧院, 丹麦设计者伍重先生以那种片片的弧行屋顶, 造型奇特, 好似群帆泊港, 组成轻巧而活泼的形象, 在碧波荡漾的海面与蔚蓝的天空之间, 犹如一艘扬帆的巨轮, 给人以美的享受。虽然在建造过程中遇到颇多困难, 但最后的成果是显而易见的, 可以算得上是给世人的一种震撼。美术就很自然和谐地融入在这建筑中了。类似的例子颇多, 就不一一列举了。
很多的国内外大师都曾表述过美术与建筑的关系。比如意大利现代建筑师奈维说过“建筑是一个技术与艺术的综合体”。是啊, 现代社会的人们, 他们做什么事, 都得讲个品位, 就拿买住房来说吧, 他们花钱不仅仅是只买个住所, 而是要买个结构好的, 造型乖的, 住着舒适的, 除此之外, 他们还得找个设计公司, 为他的住所大大设计一番, 我想这也是人类文明的一种表现吧。
还有一位德国的哲学家谢林说过“建筑是凝固的音乐”, 这位哲学家之所以这样打比方, 其实是想说, 建筑的耸立, 难道不是给人欣赏的么?诚然, 建筑从古至今, 也因不同的地域、民族有着千变万化, 可有一点没变, 那就是它在变化中不断地成长, 变得那么耐人寻味。我想, 一个不是置身于建筑内部观看的人, 他也只能是从其外观上去欣赏它。有时我们站在高处, 岂不是从某建筑的外观上去区分的么?当这个建筑成为某个单位或个人的形象的时候, 人们也就会很自然地重视其造型了。可这种特别的造型来源于我们美术中所运用的空间、形、线、质感、光感等多种手段进行的创作。
正是这种无声的音乐给了我们都市的生命与活力。人们的物质文明和文化生活也在这悄无声息的建筑变化中体现得淋漓尽致。在我们身边, 有很多现代化的建筑, 比如:我们的铁路、桥梁、体育馆、长江防护堤、高耸如云的摩天大楼等等, 无不体现着建筑与美术的不可分离性。
再看看我们繁华的长安街两边, 虽然还保留着一些依稀的具有中国古代特色的建筑, 可在周围, 应该算得上全球化统一的现代建筑了。美术是塑造好的形式的基础, 现代建筑造型艺术, 各种诸如抽象符号, 象征的处理手法也多得很, 看上去效果确实不错。我想, 如果今天学设计的学生将现代美术主流掌握得很好的话, 将来在造型设计上也会别出心裁。一个爱建筑的人, 应该说是爱一种文化, 一种风土。作为想成为建筑艺术家的人, 最重要的素质是独立思考, 而不是听宣传。