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第五章建筑材料和構造的基本知識

時間:2010/10/16　來源:鐘祥石城建筑　點擊:2558

一、建筑材料
（一）建筑材料的分類
1．按材料組成物質的種類和化學成分分類
無機材料金屬材料（鋼、鋁、銅、各類合金等）
非金屬材料（各種無機膠凝材料、天然石材、混凝土、玻璃、陶瓷等）
植物材料（木材、竹材等）
建筑材料有機材料瀝青材料（石油瀝青、煤瀝青等）
合成高分子材料（塑料、合成橡膠、各種有機膠粘劑等）
顆粒集結型門聚合物混凝土等）
復合材料纖維增強型怕玻璃鋼、鋼纖維混凝土等）
層合型門各種復合板材）
2．按材料在建筑物中的功能分類
（l）建筑結構材料。在建筑中承受各種荷載，起骨架作用。這類材料質量的好壞直接影響結構安全，因此，其力學性能以及耐久性能，應特別予以重視。
（2）圍護和隔絕材料。在建筑物中起圍護和隔絕作用，以便形成建筑空間，防止風雨的侵襲。這類材料應具有隔熱、隔聲、防水、保溫等功能，其對建筑空間的舒適程度和建筑物的營運能耗有決定性影響。
（3）裝飾材料。用于建筑物室內外的裝磺和修飾，其作用在于滿足房屋建筑的使用功能和美觀要求，同時起保護主體結構在室內外各種環境因素的作用下的穩定性和耐久勝。
（4）其他功能材料。包括耐高溫、抗強腐蝕、太陽能轉換等特種功能材料。它們將被用于特種工業廠房和民用建筑。
一種材料往往具有多種功能，例如混凝土是典型的結構材料，但裝飾混凝土（露骨料混凝土、彩色混凝土等）則具有很好的裝飾效果，而加氣混凝土又是很好的絕熱材料。
（二）建筑材料的基本性質
1．力學性質
（1）強度。材料在經受外力作用時抵抗破壞的能力，稱為材料的強度。根據外力施加方向的不同，材料強度又可分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度和抗剪強度等。
（2）材料的彈性、塑性、脆性與韌性。材料在承受外力作用的過程中，必然產生變形，如撤除外力的作用后，若材料幾何形狀恢復原狀，則材料的這種性能稱為彈性。若材料的幾何形狀只能部分恢復，而殘留一部分不能恢復的變形，該殘留部分的變形稱為塑性變形。
材料受力時，在無明顯變形的情況下突然破壞，這種現象稱為脆性破壞。具有這種破壞特性的材料，稱為脆性材料，如玻璃、陶瓷等。
在沖擊、振動荷載的作用下，材料在破壞過程中吸收能量的性質稱為韌性，吸收的能量越多韌性越好。
2．建筑材料的基本物理參數
（1）密度。材料在絕對密實狀態下單位體積內所具有的質量稱為密度（g/cm3）。
（2）表觀密度。材料在自然狀態下（包含內部孔隙）單位體積所具有的質量，稱為表觀密度（g/m3或kg/m3）。
（3）堆積密度。散粒狀材料在自然堆積狀態下單位體積的質量，稱為堆積密度（g/cm3
或kg/m3）。
（4）孔隙率。材料中孔隙體積占材料總體積的百分率。材料中孔隙的大小，以及大小孔隙的級配是各不相同的，而且孔隙結構形態也各不相同，有的與外界相連通，稱開口孔隙，有的與外界隔絕，稱封閉孔隙�？紫堵适欠从巢牧霞氂^結構的重要參數，是影響材料強度的重要因素。除此之外，孔隙率與孔隙結構形態還對材料表觀密度。吸水�？節B�？箖�、干濕變形以及吸聲、絕熱等性能密切相關。因此，孔隙率雖然不是工程設計和施工中直接應用的參數，但卻是了解和預估材料性能的重要依據。
（5）空隙率。散粒狀材料在自然堆積狀態下，顆粒之間空隙體積占總體積的百分率，稱為空隙率。
（6）吸水率。材料由干燥狀態變為飽水狀態所增加的（所吸入水的）質量一：材料十質量之比的百分率，稱為材料的吸水率。
（7）含水率。材料內部所包含水分的質量占材料干質量的百分率，稱為材料的含水率。
3．建筑材料的耐久性
建筑材料在使用過程中經受各種常規破壞因素的作用而能保持其使用性能的能力，稱為建筑材料的耐久性。建筑材料在使用中逐漸變質和衰退直至失效，有其內部因素，也有外部因素。其內部因素有材料本身各種組分和結構的不穩定、各組分熱膨脹的不一致，所造成的熱應力、內部孔隙、各組分界面上化學生成物的膨脹等；其外部因素有使用中所處的環境和條件，諸如日光曝曬，大氣、水、化學介質的侵蝕，溫度濕度變化，凍融循環，機械摩擦，荷載的反復作用，蟲菌的寄生等。這些內外因素，可歸結為機械的。物理的�；瘜W的、物理化學的及生物的作用。在實際工程中，這些因素往往同時綜合作用于材料，使材料逐漸失效。
二、建筑構造
（一）建筑構造研究的對象
房屋建筑是由若干個大小不等的室內空間組合而成的，而空間的形成往往又要借助于一片片實體的圍合。這一片片實體，稱之為建筑構（配）件。建筑構造是研究建筑物中各建筑構件的組成原理和方案的學科。各個相關建筑構件之間相互連接的方式和方法也屬建筑構造研究的內容。
建筑構造是一門綜合性技術知識，它涉及到建筑功能、工程技術、建筑經濟等許多方面的問題。
（二）建筑物的組成構件
組成建筑物的基本構件是指房屋中具有獨立使用功能的組成部分，通稱為建筑構（配）件。一個建筑構件又往往由若干層次所組成，各層發揮一種作用，其中有的直接為使用功能服務，有的則起支撐骨架作用或支承面層工作，例如樓面和屋頂構件的組成層次（見圖1-5-1、圖1-5-2）：
上圖中的承重層一般由結構設計確定，又稱結構構件。結構構件往往是建筑構件的重要組成內容。
在多層民用建筑中，房屋是由豎向（基礎、墻體。門、窗等）建筑構件、水平（屋頂。樓面。地面等）建筑構件及解決上下層交通聯系用的樓梯所組成，統稱為“八大構件”。陽臺、雨篷、煙囪等構件屬于樓面、墻體等基本建筑構件的特殊形式（如圖1-5-3）。八大構件的作用如下：
1．基礎
基礎是建筑物的最下部分并埋于地下的擴大構件。它承受建筑物的全部荷載，連同其自身重量傳遞給地基。
2．墻體
墻是建筑物的豎向圍護構件，外墻起著抵御自然界各種因素對室內侵襲的作用；內墻起著分隔室內空間的作用。在磚混結構中，墻體又是豎向承重構件，它承受著屋頂、樓面等傳來的荷載，連同墻體自重一起傳給基礎。
3．門和窗
門和窗是圍護構件上可以啟閉的部分。門主要是供人們內外交通之用；窗主要是采光、通風和觀望之用。既是圍護結構的組成部分，亦應考慮保溫、隔熱、隔聲、防火等方面的要求。
4．屋頂
屋頂是建筑物最上部的水平承重構件，同時也起著抵御大自然侵襲的圍護作用，因此屋頂又是重要的圍護構件。
5．樓面
樓面是建筑物分隔上下層空間的水平承重構件。它既是上層空間的地，又是下層空間的頂，兩個方面都要做好處理。尤其是浴廁、廚房等用水房間的樓面處理更要符合防水。防火等方面的要求。
6．地面
地面是建筑物中分隔空間與土層的水平構件。實鋪地面必須防潮，空鋪地面則類似于樓面而無頂棚。
7．樓梯。樓梯是樓房建筑中解決豎向交通的建筑構件。它由一個或若干個連續的樓梯段和平臺組合，以連通不同標高的平面。
（三）一般建筑構造的原理與方法
1．防水構造
侵入房間的水須予以防止，水的來源有地下水、天落水及用水房間（廚房、衛生間及廁所等）的溢水，因而方法也有所不同。
（1）地下室防水構造
當設計最高地下水位高于地下室地面，即地下室的外墻和地坪浸在水下時，必須考慮地下室防水。有時地下室底板雖略高于設計地下水位，但地基有形成滯水可能性問粘土）時，也可考慮采用防水構造或其他措施，目前常采用材料防水和混凝土自防水兩種。材料防水是在外墻和底板表面敷設防水材料，借材料的高效防水特性阻止水的滲人，常用卷材、涂料和防水水泥砂漿等（如圖1-5-4所示）。
（2）屋頂防水構造
為了排除天落水，屋面必須設置坡度。坡度大則排水快，對屋面的防水要求可降低；反之則要求高。根據排水坡的坡度大小不同可分為平屋頂與斜屋頂兩大類，一般公認坡面升高與其投影長度之比i<1:10時為平屋頂，i>1:10時稱為斜屋頂。
屋頂防水構造可分為卷材防水屋面和剛性防水屋面，各構造層次及其作用與基理原理如下（圖1-5-5）：
l）保護層。一般采用3～6mm粒徑的粗砂粘貼作為保護層，上人屋頂可鋪30mm厚水泥板或大階磚。保護層的作用有三：其一是淺色反射隔熱，油氈防水層的表面呈黑色，最易吸熱，在太陽輻射下，其夏季表面綜合溫度可達60～80℃，常致瀝青流淌氈老化。保護層可減少吸熱，使太陽輻射溫度明顯下降，從而達到隔熱與延遲老化的作用。其二是有利于防止暴風雨對油氈防水層的沖刷。其三是以其重量壓住油氈的邊角，防止起翹。
2）找平層。水泥砂漿找平層一般采用1：2～3水泥砂漿抹20mm厚作為鋼筋混凝土屋
面板上的平整表面，以便于防水層的鋪貼粘牢。
3）冷底子油涂刷。起促進油氈防水層與水泥砂漿找平層的結合及加強粘結力的作用，因此可以稱為“結合層”。
2．防潮構造
（1）勒腳與底層實鋪地防潮（圖1-5-6）
勒腳處于室內外高差的位置，易受雨水浸蝕，墻基礎吸收土中的水分，也將沿勒腳上升到墻身。解決的辦法是“排”與“隔”相結合。室外的散水坡或明溝是“排”的措施，防潮是“隔”的措施。根據材料不同，有油氈防潮層、防水砂漿防潮層和細石混凝土防潮層三種。
（2）地面回潮的防止
我國南方濕熱地區在春末夏初之際，空氣相對濕度上升，其值可達80％甚至90％以上。當雨天轉晴時，氣溫上升快而地表溫度上升遲緩，其值常低于露點溫度，于是空氣中的水汽便在地表凝結。為了防止回潮現象的產生，對癥下藥的途徑是在當氣溫回升時，使地表溫度也能隨之迅速提高到露點溫度以上，從而避免凝結水的產生。
（3室的防潮
當地下水的最高水位在地下室地面標高以下約lm時，地下水不能直接侵人室內，墻和地坪僅受土層中潮氣影響；當地下水最高水位高于地下室地坪時，則應采用地下室防水構造；高出最高水位0．5－1．om以上的地下室外墻部分需做防潮處理（圖l-5-7）。
3．保溫構造
我國廣大的北方地區和青藏高原的冬季十分寒冷且持續時間也很長，其最冷月月平均氣溫一般為-10～-30℃，而室內采暖的氣溫要求為16～20℃，廠房為10～15℃，室內外溫差達10℃之多。室內外溫差的存在，必然導致室內的熱量通過圍護結構向外散發，
為此房屋的圍護結構應當具有一定的保溫性能。
為了提高墻體的保溫性能，常采取以下措施：①增加墻體厚度；②選擇導熱系數小的
墻體材料制作復合墻，常將保溫材料放在靠低溫一側，或在墻體中部設封閉的空氣間層或
帶有鋁箱的空氣間層（圖1-5-8）。
平屋頂保溫層有兩種位置：①將保溫層放在結構層之上，防水層之下，成為封閉的保溫層，稱為內置式保溫層；②將保溫層放在防水層之上，稱為外置式保溫層（圖1-5-9）。
4．隔熱構造
南方地區的夏季太陽輻射熱十分強烈，據測試24h的太陽輻射熱總量，東西墻是南向墻的2倍以上，屋面是南向墻的3．5倍左右，因而對東向、西向和頂層房間應采用構造措施隔熱。隔熱的主要手段為：①采用淺色光潔的外飾面；②采用遮陽一通風構造；③合理利用封閉空氣間層；④綠化植被隔熱。
5．變形縫構造
變形縫可分為伸縮縫、沉降縫和防震縫三種。當建筑物長度超過一定限度時，會因其變形過大而產生裂縫甚至破壞，因此常在較長建筑物的適當部位設置豎縫，使其分離成獨立區段，使各部分有伸縮余地，這種主要考慮溫度變化而預留的構造縫叫伸縮縫，伸縮縫的寬度一般在20－30mm。墻體伸縮縫的形式根據墻的布置及墻厚的不同，可做成平縫。錯口縫和企口縫等，縫中應采用防水而不易被擠出的彈性材料填塞，可用鍍鋅鐵皮、鋁板、木質蓋縫板或蓋縫條做蓋縫處理。
沉降縫與伸縮縫的主要區別在于沉降縫是將建筑物從基礎到屋頂的全部構件斷開，即基礎必須斷開，從而保證縫兩側構件在垂直方向能自由沉降。沉降縫構造與伸縮縫基本相同，只是蓋縫的做法必須保證縫兩側在垂直方向能自由沉降。
對多層砌體房屋，在設防烈度為8度和9度且有下列情況之一時宜設置防震縫：建筑物高差在6m以上時；建筑物有錯層，且樓板高差較大時；建筑物各部分結構剛度質量截然不同時。防震縫應將建筑物的墻體、樓地面、屋頂等構件全部斷開，縫兩側均應設置墻體或柱。

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