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【建筑師指南】10個關鍵技巧,教你如何選擇建筑材料
對于建筑師而言,不僅僅需要掌握設計理論,熟悉材料的性能也是必修課之一。世界上各種材料的性能是錯綜復雜的,對建筑材料性能的熟悉與了解可以更好地詮釋設計理念,讓設計圖紙能夠更好的轉化為現實建筑。
1.強度 Intensity
△ 深圳悅彩城,UHPC,擠壓強度120~150MPa
強度是指材料抵抗斷裂和過度變形的力學性能,簡單來說是指在壓力下不破裂的能力,常用的強度性能指標有拉伸強度和屈服強度。
鑄鐵、無機材料沒有屈服現象,故只用拉伸強度來衡量其強度性能,高分子材料也采用拉伸強度。承受彎曲載荷、壓縮載荷或扭轉載荷時則應以材料的彎曲強度、壓縮強度及剪切強度來表示材料的強度性能。
2.硬度 Hardness
△ 莫氏硬度等級和參照物
材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度,固體對外界物體入侵的局部抵抗能力,是比較各種材料軟硬的指標。硬度分為劃痕硬度、壓入硬度、回跳硬度。
實踐證明,金屬材料的各種硬度值之間,硬度值與強度值之間具有近似的相應關系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續塑性變形抗力決定的,材料的強度越高,塑性變形抗力越高,硬度值也就越高。
3.彈性 + 可塑性 Elasticity & Plasticity
彈性通常指材料在受到應力作用后恢復其形狀的能力,它也是一種測量材料在受到不同應力后暫時變形多少以及當外力撤消后能恢復原來大小和形狀的方法。對于混凝土來說,受到應力作用后變化不大,說明材料彈性較小;而相對鋼材而言,它的變化更大,更具有彈性。
可塑性與彈性概念類似,彈性可以測量材料暫時變形的程度,而塑性可以測量材料在保持不斷裂的情況下永久變形所需的力。塑料作為典型的可塑材料可以彎曲并保持該形狀,而彈性材料則在彎曲后恢復其原始形狀。
4.脆性 Brittleness
△ 吉博恩茵體育場,脆性材料玻璃和超高性能混凝土制作的屋頂。
脆性是指材料在拉伸、沖擊等外力作用下產生很小的變形即斷裂破壞的性質,與韌性相反,直到斷裂前只出現很小的彈性變形而不出現塑性變形。
脆性材料抗動荷載或沖擊能力很差,不會彎曲,在施加力時斷裂。但是只要材料足夠堅固,在正常施加力的情況下,脆性材料不一定比不易碎的材料差,譬如玻璃和水泥就是兩種非常典型的脆性材料。
5.疲勞損傷 Fatigue Damage
疲勞損傷是指材料在循環載荷過程中的損傷累積,一般分為高周期疲勞和低周期疲勞。
低周期疲勞中,塑性應變足夠大,可以測量對應于應力高于屈服極限,循環次數≤10000次。高周期疲勞指在疲勞過程中不可恢復的應變僅由微塑性構成,應力較低,一般低于屈服極限,但循環次數較高,一般≥100000次。
6.密度 + 比重 Density & Proportion
材料的密度包括純密度和體積密度,純密度是材料固體塊質量的量度,不包含氣泡;體積密度是對特定體積內的質量的度量,包括任何孔隙或空隙。對于無孔材料,體積密度和純密度是相同的。
比重也稱相對密度,它是一種測量密度的方法,比重是無量綱量,即比重是無單位的值,一般情形下隨溫度、壓力而變,數字越大意味著材料越密集。
7.吸水率 + 軟化系數 Coefficient of water absorption & Softening coefficient
△ 通化科技文化中心,千思板,表面吸水率可控制在0.5%以下。
吸水率是表示物體在正常大氣壓下吸水程度的物理量,用百分率來表示。通常指在一定溫度下把材料在水中浸泡一定時間所增加的重量百分率。
軟化系數是耐水性性質的一個表示參數,是材料在水飽和狀態下的無側限抗壓強度與其在干燥狀態下的無側限抗壓強度的比率,軟化系數的取值范圍在0~1之間,其值越大,表明材料的耐水性越好,通常認為軟化系數大于0.85的材料是耐水性材料。
8.耐火等級 Fireproof Endurance Rating?
△ 歐澤塔混凝土預制掛板防火墻系統測試。
耐火等級是衡量建筑物耐火程度的分級標度,由組成建筑物的構件的燃燒性能和耐火極限來確定。規定建筑物的耐火等級是建筑設計防火規范中規定的防火技術措施中的最基本措施之一。
材料燃燒性能分級隨著火災科學和消防工程學科領域研究的不斷深入和發展,材料及制品燃燒特性的內涵也從單純的火焰傳播和蔓延,擴展到材料的綜合燃燒特性和火災危險性,包括燃燒熱釋放速率、燒熱釋放量、燒煙密度以及燃燒生成毒性等參數。歐盟在火災科學基礎理論發展的基礎上,建立了建筑材料燃燒相關分級體系,分為A1、A2、B、C、D、E、F七個等級。按照GB8624-2012 建筑材料及制品燃燒性能分級,我國建筑材料及制品燃燒性能的基本分級為A、B1、B2、B3,規范中還明確了該分級與歐盟標準分級的對應關系。建筑材料及制品的燃燒性能等級名稱A為不燃材料(制品),B1為難燃材料(制品),B2為可燃材料(制品)、B3為易燃材料(制品)。(若要標準,請CU小編)
9.抗凍融性 Freezing and Thawing Resistance
抗凍融性,是指材料在含水狀態下能經受多次凍融循環作用而不破壞,強度也不顯著降低的性質。抗凍等級是以規定的吸水飽和試件,在標準試驗條件下,經一定次數的凍融循環后.強度降低不超過規定數值,也無明顯損壞和剝落,則此凍融循環次數即為抗凍等級。顯然,凍融循環次數越多,抗凍等級越高,抗凍性越好。
防凍材料通常干燥且致密,在嚴寒環境下,冷凍可以撕裂巨石,更不用說易受傷害的建筑構件。
10.比熱容 Specific Heat Capacity
比熱容是指材料受熱(或冷卻)時吸收(或放出)熱量的性質,一定質量的物質,在溫度升高時,所吸收的熱量與該物質的質量和升高的溫度乘積之比,稱做這種物質的比熱容,材料的的比熱容對于確定建筑物的溫度波動非常重要,亦是影響綠色環保建筑關鍵性能的指標之一。
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