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来源:网络 发布时间:2020-02-20 08:46:22

2507焊条碳硫元素报告作者:李彦鹏

2507焊条碳硫元素报告

小i在两年前曾陆续推送过木材、混凝土、钢材、铝合金、玻璃几篇关于建筑材料的推文组成了材料线,但那时读者还比较少,阅读量也仅有几百人。继上次体系线之后,今天小i为大家整理一下材料线,简要介绍一下每个材料的主要特点(如需详细介绍可通过每章“传送门”翻看以往文章)。并且结合现在做的课题,小i会谈一下对于材料建筑表现力的一些粗浅认识,欢迎大家拍砖。

材料在建筑结构中的地位就如绘画中的颜料,编曲中的乐器。国画用毛笔,摇滚用贝斯,大家感觉天经地义,这是因为针对特质做到了物尽其用。但如果国画用油画棒,摇滚用大提琴,大多数时候就会觉得匪夷所思。想象一下《权力游戏》中绝境长城如果换成木材或者膜材,夜王是不是都会以为走错片场了。

下面让我们来了解各个材料的天赋,以及它们独有的“表情”和“语言”。

木材是人类最早接触的建造材料之一,从人类走出洞穴进入农耕文明,即开始利用木材建造房屋。因为木材是大自然中最丰富的建造材料,并且是可一种可再生的材料。

古代的木结构主要存在于东方,与西方古代大量使用石材不同,东方的建筑历来以木材为主要构材。石材利于受压,因此通常为垒砌法。而木材受弯、受拉的能力强于石材,因此木结构建筑有其独特的结构特征,即梁柱式建筑。

木材是可燃材料,这对于一种建筑材料来说可以说是致命伤。但同时木材也是阻燃材料。细小的木头非常容易燃烧起来,但要想点燃粗厚的木材可不那么容易。木头表面一旦碳化就会形成保护层,保护内部组织。结构所需的耐火时间可通过外包防护结构(常采用石膏板等防护饰材),或增加尺寸以控制碳化来实现。

木材强度的抗拉强度设计值约为7~12Mpa,约为钢结构强度的1/20,在木结构的应用中多采用小而密的梁柱体系或细小构件组成的桁架结构。在木结构的应用中要注意木构件的尺度感和钢构件是不同的。

古代的榫卯连接和现代的钢木连接节点,由于木材的自身特性,多为铰接或者半刚接,很难做到全刚性连接。因此在设计木结构时,需要注意其支撑体系,以防出现几何可变体系。

传送门《木材》

建筑表达

同样是图书馆,如果使用不同的建筑材料感觉会很不一样吗?很不一样。比如下边两张图,国际教养大学图书馆采用的是纯木结构,而多摩大学图书馆采用混凝土结构,小i的第一感觉是木结构的图书馆温暖,这可能也是为什么我们家装一般都会采用木结构。可见作为木材作为一种自然可再生的材料,温暖是其建筑表达中的一个关键词。

再来几个案例,感受一下木结构的温暖。

前文提到木材强度低,因此通常作为抗弯构件跨度不会大大,如采用原木由于树木尺寸的限制,构件尺度也不会太大。因此,小而密的构件就是木结构应用中常见的一种手法。由于构件尺度小,会给人以轻盈的感觉。

随着胶合木的出现,木材尺寸和形状不再受树木自然特性的限制,完全可以根据设计的需要制造出大断面和各种形状的结构用材,这给木结构建筑的结构设计带来很大的自由度,使得大跨度木结构建筑和各种富有创意的造型设计成为可能。当木材作为大断面构件时,可以给人以直击内心的震撼,大家来感受一下。

蓬皮杜梅斯艺术中心由坂茂建筑事务所(ShigeruBan Architects)设计,屋顶采用了编织工艺相仿的方式,让木构件彼此穿插叠加在一起。木构件既是结构受力构件,也是建筑纹理的直接表达者,让人倍感亲切。

位于日本高知县的梼原木桥博物馆由日本隈研吾建筑事务所设计,采用本地红衫木制成。该桥梁跨度47m,所有结构由底部中心支柱支撑。建筑设计时灵感来源于中国和日本传统的木结构工艺斗拱,构件均采用180mmx300mm小部件。但由于木结构强度低,实际上中心柱是无法支承上部重量的,因此在设计时柱内实际藏了一根钢芯。

石材的重要特性是受压王者受拉弱鸡,因此在早期的应用中主要被用于拱与穹顶;而后出现的砌体结构可以看做人造小石块,同样依赖于结构以压应力为主;混凝土又叫砼,字面上看就是人工石,因此力学特性与石材极为相似,可以看成是“流动的石头”,工程师将其用于薄壳,其材料性能被发挥到了极致;一直到钢筋混凝土和预应力混凝土等技术的发展,大幅提高了抗弯、抗拉性能,更多的混凝土开始以框架的形式出现,并因其可塑性强、耐火耐腐蚀等优点,成为今天建筑材料界的一哥。

传送门《钢筋混凝土》

建筑表达

砖砌体由于其受拉强度低、自重大、不环保等短板,在我国建筑结构中的应用越来越少,小i工作七年还从没设计过砖房子,因此对它是既熟悉又陌生。砖块继承了石材厚重的特性,我们日常生活中的砌体结构也多表现出这种朴实、踏实的观感。

乌拉圭结构大师迪埃斯特通过自承重壳筒和高斯拱,赋予了砌体结构完全不同的观感,营造出“让砖块漂浮”的视觉冲击。迪埃斯特利用结构形态克服了材料本身的不足,同时通过对配筋砌体施加预应力,进一步增加了砌体的适用范围。

传送门《Eladio Dieste》

砖块由于其砌筑方法自身就会呈现出拼缝的纹理,因此同样是薄壳,用砖和混凝土就是不同的效果。相比于混凝土壳体给人的连续性,砖块的离散性更增添了一分不安定感,这种不安定感与材料本身的踏实感又维持了一种微妙的平衡。

1904年,贝尔拉格在一次建筑国际会议上提出,混凝土可能会激起一次彻底的建筑革命,建筑师需要了解更多。

1914年,柯布西耶登场了,一张多米诺体系的概念图影响了之后百年的建筑走向。柯布觉得以混凝土的抗弯特性,它应该被作为框架结构,并且实现“底层架空、水平长窗、屋顶花园、自用平面、自由立面” 的新建筑特点。这也是我们今天熟识的混凝土的样子。

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1958年,丹下健三以木结构的逻辑和构件尺度设计了香川县厅舍,建筑效果也很独特。

混凝土由于其可塑性强的特点,其建筑表现也呈现出多样性。在大空间中可通过大截面构件表现建筑的力量感,同时可以通过增加构件的棱角,进一步强化结构的力度。此时混凝土表现出的“重”,会给人以庄严肃穆的感觉。以下几个案例,形与力都是高度统一的,因此在造型时要注重结构概念分析,做到该大的地方大该小的地方小。

通过一些细节的处理,混凝土也可以表现出别具一格的“轻”。常用的手法有在柱头部分收小截面表现举重若轻;通过反梁边缘挑板实现视觉上的薄板;构件增加线脚减小视觉大小等。

在西扎的笔下,混凝土也可以轻如一块帆布。20cm厚的白色混凝土包裹着高强钢索,悬链屋面跨越了近70m。结构的精妙之处在于,用极轻巧的悬索结构强化了结构的感知。

作为可塑的“石材”,壳体与混凝土可谓是天作之合,通过找形可以使得壳体内混凝土以压应力为主,充分发挥其抗压强度大的特点,形与力的统一使得壳体特别薄,光滑的表面表现出了混凝土“柔美”的一面。

清水混凝土在浇注后,外面不再有任何涂装,也不贴磁砖、贴石材等材料,是表现混凝土素颜的一种手法。通过调整清水混凝土模板纹路、螺栓孔、划缝、颜色等条件,可以得到各式各样的建筑效果。同时可以通过开缝透光的方式,让阳光洒在混凝土温润的表面上,给“冰冷”的混凝土一丝温暖。

传送门《清水混凝土》

同时也可以把混凝土用于表皮结构,一方面作为建筑立面表现的一部分,另一方面通过外表皮抗侧及承担楼面荷载,解放内部空间。位于东京表参道的TOD’S店以其独特的立面,吸引着无数游客的目光。

金属材料作为一种现代材料,出现的时间不长但是现已成为最为主流的建筑材料之一,现今用到最广泛的金属材料是钢材和铝合金。金属材料最主要的特性是各项同性,轻质高强,但对于受压杆件需考虑稳定问题。铝合金的强度与Q235钢材相近,弹性模量和密度约为钢材的1/3。

钢材使用时一个主要缺点是防火性能差,当钢材温度过高时强度会随之降低,因此通常需要包裹防火涂料。同时钢材还容易锈蚀,建造时需要喷涂防锈漆,并且在日常使用和维护时,还需要定期进行补漆。

铝合金自身在空气中可形成致密氧化膜,因此铝合金一般不需要专门的防腐处理。相比钢结构,就省去涂装的费用,同时也减少了后期维护费用。但铝合金焊接会极大得降低其强度,因此限制了其使用范围。

传送门《钢铁》《铝合金》

建筑表达

对于受压构件由于稳定性的需要,构件截面一般不会特别小,因此可以通过设计合适的截面和比例表达其挺拔的观感。与混凝土厚重所表达出的庄严肃穆感不同,钢结构的挺拔更多表现出的是科技感。

对于受拉构件可以充分得利用材料轻质高强的特点,尽量将截面做小,与受压构件形成反差,在建筑表现时粗细结合,体现整体结构四两拨千斤的轻盈。

我们也可以通过减小荷载、加密构件布置、增加预应力等手段,实现受压构件极其纤细的建筑效果。

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通过窄而密的构件增加序列感,也可以实现类似于格栅表皮的效果,建筑结构大师卡拉特拉瓦在其作品中多有应用。

通过将壳体网格离散化我们就得到了网壳结构,通过合理的形态找形,可以使网壳内的构件以轴向应力为主,尽量减小构件尺寸,实现通透轻盈的建筑效果。

结构外露节点也是结构表现重要一环,精巧的节点可以显示金属结构工业化的风格,同时在进人尺度也可以表现整个结构精细。

1952年皮尔金顿Pilkingdon玻璃公司发明了浮法玻璃。方法是将玻璃熔液倒进装有熔融态金属锡的缸内,玻璃浮上锡面后自然形成两边平滑的表面。之后经冷却、退火、打磨便成为接近完全平的玻璃。浮法玻璃大大降低了生产成本,提高了平整度,目前世界上绝大部分平面玻璃采用浮法生产。

玻璃最大的特点是透光性。普通玻璃呈淡淡的绿色。超白玻璃,即低铁玻璃,通过减少了原料中的氧化铁成份,进一步提高了透明性,一些大型的公共建筑使用超白玻璃,提高幕墙系统的通透视觉效果。

玻璃的密度与成分有关,普通钠钙硅玻璃的密度为2.5g/cm3左右,约为钢材的1/3。弹性模量介于60000~72000Mpa,也是钢材的1/3。线膨胀系数约为钢材的0.8倍,相差不大。普通玻璃抗压极限强度可达60-100MPa,抗拉强度也可达到50MPa。它最大的缺点是脆性,没有明显的屈服阶段,局部应力集中或者冲击会导致破碎。也正是因为脆性,使得玻璃作为结构材料无法得到大范围的应用。

传送门《玻璃》

建筑表达

玻璃不同于其他材料最主要的特点就是透,早期的玻璃多用于建筑围护中,但随着产品性能不断改进,玻璃用作结构材料成为现代建筑中的一个新亮点。这些玻璃结构可能是整体的建筑,也可能仅仅是幕墙、楼梯、雨篷等局部。但由于玻璃脆性的短板,玻璃在建筑主体结构中的应用案例还相对较少。

随着小i走马观花式的介绍,材料线基本被梳理了一遍。其中对于材料性能的介绍比较简短,对于自己感兴趣的材料,强烈建议通过传送门翻看一下以往的文章,相信会有所收获。

同时,本文中关于材料建筑表现的内容,都是小i从工程师视角出发给出的一些看法,欢迎大家留言讨论。

材料链接:

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