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    给建筑物“减肥”,建出超轻大楼

    2019-09-10 08:28 科学

    建筑被称为是石头的史诗,一提到建筑,浮现在人们头脑中的总是钢筋混凝土建起来的高楼大厦。建筑的代名词已经变成了厚重,大家都认为再轻的建筑也轻不到哪里去。其实,这只是一种思维定式,因为宏观定义建筑的话,建筑指的是所有人类搭建的,包含一定使用空间的构筑物,所以一个帐篷哪怕只能容纳一个人就可以算是建筑了。

    建筑们也追求“合理体重”

    对于功能不同、面积相差很多的不同建筑物来说,比较重量是没什么意义的。但是,建筑师在设计建筑的时候依然要考虑建筑物的重量问题。因为减轻了建筑物部件的重量,就可以降低结构物的负载,缩小梁柱、基础、楼板等的尺寸,节省更多的材料和能源。

    要对建筑物“减肥”,首先要选择合适的结构形式,特别是对一些巨大的建筑物来说,合理的结构能为建筑物减重不少呢。比如,有一个100米*100米的大空间,如果采用普通的钢筋混凝土框架结构,柱距是6~8米是比较经济划算的距离,按这个标准来安排柱子的话,中间至少需要安排196根50厘米见方的柱子,为了保证建筑物的承重能力,柱子之间还要安排30厘米宽、50厘米高的梁。但是如果换一种建筑材料采用钢网架或悬索结构来建这个大楼的话,只有建筑物的周边需要一些柱子来支撑,间距可以达到10米以上,内部完全可以不设立柱子,建筑物的称重能力也依然不会降低,按照这样的方式来建这座大楼,大楼的重量自然也会减轻很多。其次,可以选择用一些轻质隔墙建材来填充建筑物内的隔墙,加气混凝土就是很好的一种轻质隔墙建材,它的重量是普通灰砖的1/3,普通混凝土的1/5,强度却并没有因此而降低,这种建材同时还有很好的隔音和保温性能,加气混凝土完全可以取代传统的石头或实心砖,称为隔墙填充的最新选择。

    结构理念和材料技术的提高必然会带来建筑重量的日益减轻。但是,建筑物是不可能意味的追求重量的减轻的,人类建造建筑物的根本目的遮风避雨,如果那些轻型建筑如果轻到被风一吹就跑了,那也就没有什么建造的意义了。

    轻型建筑材料:空心砖

    玻璃陶粒——一种神奇的轻型建材

    建筑物重量的减轻主要依靠的还是新型建筑材料的应用,玻璃陶粒就是其中一种轻型建材。

    玻璃陶粒是由废玻璃经发泡工艺制成,所以它实质上是一种颗粒状泡沫玻璃。玻璃陶粒符合了建材需要具备的许多条件,机械强度高、不易导热、不容易遇热膨胀、不吸水、热工性能稳定、不透湿、不燃烧、不变形、使用寿命长、不受虫害、耐蚀性能强等,因此玻璃陶粒可以作为新型建材使用。由于泡沫玻璃的这些特点,它主要运用于在低温隔热、防潮工程、吸声工程等领域。同时,玻璃陶粒也能够作为轻质建筑的构件或保温材料来使用。

    我国近些年高层框架结构建筑十分流行,这样的建筑一般都会要求墙体材料高强轻质。玻璃陶粒作为一种高强度的轻型建材正好符合现代建筑业的这一需求需要。那么玻璃陶粒应该怎么应用呢?它的性状特点决定了玻璃陶粒可以代替砂石作为轻质混凝土中的骨料。这样就能减轻建筑物重量,改善墙体轻质节能,称为轻型建筑的一种建材。

    轻质陶粒隔墙板

    世界上最轻的摩天大楼

    轻型建材的问世使得建造轻型摩天大楼成为可能。美国加利福尼亚建筑师彼得·特斯特和奥雅纳纽约结构设计公司正在合作研究设计主要由碳纤维作为建筑材料的摩天大楼,这座摩天大楼直径40米,高40层,它将成为世界上最轻的摩天大楼。

    这幢大楼主要由40根碳纤维棒构成。这些棒的横断面为3厘米宽、30厘米高的长方形——从底部沿着建筑物的外围到顶部螺旋形上升,从而形成一个菱形网格,这样就形成了一个耐受力很大的筒体结构,来承受大楼的竖向和水平荷载。

    每个楼层的楼板是由固定在菱形网格交点上的碳纤维棒拉伸而成的。建筑物的表面材料将采用充气的金属片,这种金属片比玻璃轻,而且它的隔热和光学性都比玻璃要好。

    碳纤维棒

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