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第五章 建筑材料和構(gòu)造的基本知識(shí) |
時(shí)間:2010/10/16 來(lái)源:鐘祥石城建筑 點(diǎn)擊:2473 |
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一、建筑材料
（一）建筑材料的分類
1．按材料組成物質(zhì)的種類和化學(xué)成分分類
無(wú)機(jī)材料 金屬材料（鋼、鋁、銅、各類合金等）
非金屬材料（各種無(wú)機(jī)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(jī)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(jī)膠粘劑等）
顆粒集結(jié)型 門聚合物混凝土等）
復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)型 怕玻璃鋼、鋼纖維混凝土等）
層合型 門各種復(fù)合板材）
2．按材料在建筑物中的功能分類
（l）建筑結(jié)構(gòu)材料。在建筑中承受各種荷載，起骨架作用。這類材料質(zhì)量的好壞直接影響結(jié)構(gòu)安全，因此，其力學(xué)性能以及耐久性能，應(yīng)特別予以重視。
（2）圍護(hù)和隔絕材料。在建筑物中起圍護(hù)和隔絕作用，以便形成建筑空間，防止風(fēng)雨的侵襲。這類材料應(yīng)具有隔熱、隔聲、防水、保溫等功能，其對(duì)建筑空間的舒適程度和建筑物的營(yíng)運(yùn)能耗有決定性影響。
（3）裝飾材料。用于建筑物室內(nèi)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(shí)起保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在室內(nèi)外各種環(huán)境因素的作用下的穩(wěn)定性和耐久勝。
（4）其他功能材料。包括耐高溫、抗強(qiáng)腐蝕、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換等特種功能材料。它們將被用于特種工業(yè)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(jié)構(gòu)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(zhì)
1．力學(xué)性質(zhì)
（1）強(qiáng)度。材料在經(jīng)受外力作用時(shí)抵抗破壞的能力，稱為材料的強(qiáng)度。根據(jù)外力施加方向的不同，材料強(qiáng)度又可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)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(guò)程中，必然產(chǎn)生變形，如撤除外力的作用后，若材料幾何形狀恢復(fù)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(fù)，而殘留一部分不能恢復(fù)的變形，該殘留部分的變形稱為塑性變形。
材料受力時(shí)，在無(wú)明顯變形的情況下突然破壞，這種現(xiàn)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(dòng)荷載的作用下，材料在破壞過(guò)程中吸收能量的性質(zhì)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(shù)
（1）密度。材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱為密度（g/cm3）。
（2）表觀密度。材料在自然狀態(tài)下（包含內(nèi)部孔隙）單位體積所具有的質(zhì)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(tài)下單位體積的質(zhì)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(jí)配是各不相同的，而且孔隙結(jié)構(gòu)形態(tài)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。孔隙率是反映材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，是影響材料強(qiáng)度的重要因素。除此之外，孔隙率與孔隙結(jié)構(gòu)形態(tài)還對(duì)材料表觀密度。吸水。抗?jié)B�？箖�、干濕變形以及吸聲、絕熱等性能密切相關(guān)。因此，孔隙率雖然不是工程設(shè)計(jì)和施工中直接應(yīng)用的參數(shù)，但卻是了解和預(yù)估材料性能的重要依據(jù)。
（5）空隙率。散粒狀材料在自然堆積狀態(tài)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(tài)變?yōu)轱査疇顟B(tài)所增加的（所吸入水的）質(zhì)量一：材料十質(zhì)量之比的百分率，稱為材料的吸水率。
（7）含水率。材料內(nèi)部所包含水分的質(zhì)量占材料干質(zhì)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(guò)程中經(jīng)受各種常規(guī)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(zhì)和衰退直至失效，有其內(nèi)部因素，也有外部因素。其內(nèi)部因素有材料本身各種組分和結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定、各組分熱膨脹的不一致，所造成的熱應(yīng)力、內(nèi)部孔隙、各組分界面上化學(xué)生成物的膨脹等；其外部因素有使用中所處的環(huán)境和條件，諸如日光曝曬，大氣、水、化學(xué)介質(zhì)的侵蝕，溫度濕度變化，凍融循環(huán)，機(jī)械摩擦，荷載的反復(fù)作用，蟲菌的寄生等。這些內(nèi)外因素，可歸結(jié)為機(jī)械的。物理的�；瘜W(xué)的、物理化學(xué)的及生物的作用。在實(shí)際工程中，這些因素往往同時(shí)綜合作用于材料，使材料逐漸失效。
二、建筑構(gòu)造
（一）建筑構(gòu)造研究的對(duì)象
房屋建筑是由若干個(gè)大小不等的室內(nèi)空間組合而成的，而空間的形成往往又要借助于一片片實(shí)體的圍合。這一片片實(shí)體，稱之為建筑構(gòu)（配）件。建筑構(gòu)造是研究建筑物中各建筑構(gòu)件的組成原理和方案的學(xué)科。各個(gè)相關(guān)建筑構(gòu)件之間相互連接的方式和方法也屬建筑構(gòu)造研究的內(nèi)容。
建筑構(gòu)造是一門綜合性技術(shù)知識(shí)，它涉及到建筑功能、工程技術(shù)、建筑經(jīng)濟(jì)等許多方面的問(wèn)題。
（二）建筑物的組成構(gòu)件
組成建筑物的基本構(gòu)件是指房屋中具有獨(dú)立使用功能的組成部分，通稱為建筑構(gòu)（配）件。一個(gè)建筑構(gòu)件又往往由若干層次所組成，各層發(fā)揮一種作用，其中有的直接為使用功能服務(wù)，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(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，又稱結(jié)構(gòu)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)構(gòu)件往往是建筑構(gòu)件的重要組成內(nèi)容。
在多層民用建筑中，房屋是由豎向（基礎(chǔ)、墻體。門、窗等）建筑構(gòu)件、水平（屋頂。樓面。地面等）建筑構(gòu)件及解決上下層交通聯(lián)系用的樓梯所組成，統(tǒng)稱為“八大構(gòu)件”。陽(yáng)臺(tái)、雨篷、煙囪等構(gòu)件屬于樓面、墻體等基本建筑構(gòu)件的特殊形式（如圖1-5-3）。八大構(gòu)件的作用如下：
1．基礎(chǔ)
基礎(chǔ)是建筑物的最下部分并埋于地下的擴(kuò)大構(gòu)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(hù)構(gòu)件，外墻起著抵御自然界各種因素對(duì)室內(nèi)侵襲的作用；內(nèi)墻起著分隔室內(nèi)空間的作用。在磚混結(jié)構(gòu)中，墻體又是豎向承重構(gòu)件，它承受著屋頂、樓面等傳來(lái)的荷載，連同墻體自重一起傳給基礎(chǔ)。
3．門和窗
門和窗是圍護(hù)構(gòu)件上可以啟閉的部分。門主要是供人們內(nèi)外交通之用；窗主要是采光、通風(fēng)和觀望之用。既是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分，亦應(yīng)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(gòu)件，同時(shí)也起著抵御大自然侵襲的圍護(hù)作用，因此屋頂又是重要的圍護(hù)構(gòu)件。
5．樓面
樓面是建筑物分隔上下層空間的水平承重構(gòu)件。它既是上層空間的地，又是下層空間的頂，兩個(gè)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(gòu)件。實(shí)鋪地面必須防潮，空鋪地面則類似于樓面而無(wú)頂棚。
7．樓梯。樓梯是樓房建筑中解決豎向交通的建筑構(gòu)件。它由一個(gè)或若干個(gè)連續(xù)的樓梯段和平臺(tái)組合，以連通不同標(biāo)高的平面。
（三）一般建筑構(gòu)造的原理與方法
1．防水構(gòu)造
侵入房間的水須予以防止，水的來(lái)源有地下水、天落水及用水房間（廚房、衛(wèi)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(gòu)造
當(dāng)設(shè)計(jì)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(shí)，必須考慮地下室防水。有時(shí)地下室底板雖略高于設(shè)計(jì)地下水位，但地基有形成滯水可能性 問(wèn)粘土）時(shí)，也可考慮采用防水構(gòu)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(shè)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(gòu)造
為了排除天落水，屋面必須設(shè)置坡度。坡度大則排水快，對(duì)屋面的防水要求可降低；反之則要求高。根據(jù)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(rèn)坡面升高與其投影長(zhǎng)度之比i<1:10時(shí)為平屋頂，i>1:10時(shí)稱為斜屋頂。
屋頂防水構(gòu)造可分為卷材防水屋面和剛性防水屋面，各構(gòu)造層次及其作用與基理原理如下（圖1-5-5）：
l）保護(hù)層。一般采用3～6mm粒徑的粗砂粘貼作為保護(hù)層，上人屋頂可鋪30mm厚水泥板或大階磚。保護(hù)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(yáng)輻射下，其夏季表面綜合溫度可達(dá)60～80℃，常致瀝青流淌氈老化。保護(hù)層可減少吸熱，使太陽(yáng)輻射溫度明顯下降，從而達(dá)到隔熱與延遲老化的作用。其二是有利于防止暴風(fēng)雨對(duì)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(jìn)油氈防水層與水泥砂漿找平層的結(jié)合及加強(qiáng)粘結(jié)力的作用，因此可以稱為“結(jié)合層”。
2．防潮構(gòu)造
（1）勒腳與底層實(shí)鋪地防潮（圖1-5-6）
勒腳處于室內(nèi)外高差的位置，易受雨水浸蝕，墻基礎(chǔ)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(jié)合。室外的散水坡或明溝是“排”的措施，防潮是“隔”的措施。根據(jù)材料不同，有油氈防潮層、防水砂漿防潮層和細(xì)石混凝土防潮層三種。
（2）地面回潮的防止
我國(guó)南方濕熱地區(qū)在春末夏初之際，空氣相對(duì)濕度上升，其值可達(dá)80％甚至90％以上。當(dāng)雨天轉(zhuǎn)晴時(shí)，氣溫上升快而地表溫度上升遲緩，其值常低于露點(diǎn)溫度，于是空氣中的水汽便在地表凝結(jié)。為了防止回潮現(xiàn)象的產(chǎn)生，對(duì)癥下藥的途徑是在當(dāng)氣溫回升時(shí)，使地表溫度也能隨之迅速提高到露點(diǎn)溫度以上，從而避免凝結(jié)水的產(chǎn)生。
（3室的防潮
當(dāng)?shù)叵滤淖罡咚辉诘叵率业孛鏄?biāo)高以下約lm時(shí)，地下水不能直接侵人室內(nèi)，墻和地坪僅受土層中潮氣影響；當(dāng)?shù)叵滤罡咚桓哂诘叵率业仄簳r(shí)，則應(yīng)采用地下室防水構(gòu)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(gòu)造
我國(guó)廣大的北方地區(qū)和青藏高原的冬季十分寒冷且持續(xù)時(shí)間也很長(zhǎng)，其最冷月月平均氣溫一般為-10～-30℃，而室內(nèi)采暖的氣溫要求為16～20℃，廠房為10～15℃，室內(nèi)外溫差達(dá)10℃之多。室內(nèi)外溫差的存在，必然導(dǎo)致室內(nèi)的熱量通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)向外散發(fā)，
為此房屋的圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)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(dǎo)熱系數(shù)小的
墻體材料制作復(fù)合墻，常將保溫材料放在靠低溫一側(cè)，或在墻體中部設(shè)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(jié)構(gòu)層之上，防水層之下，成為封閉的保溫層，稱為內(nèi)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(gòu)造
南方地區(qū)的夏季太陽(yáng)輻射熱十分強(qiáng)烈，據(jù)測(cè)試24h的太陽(yáng)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(duì)東向、西向和頂層房間應(yīng)采用構(gòu)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(yáng)一通風(fēng)構(gòu)造；③合理利用封閉空氣間層；④綠化植被隔熱。
5．變形縫構(gòu)造
變形縫可分為伸縮縫、沉降縫和防震縫三種。當(dāng)建筑物長(zhǎng)度超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)因其變形過(guò)大而產(chǎn)生裂縫甚至破壞，因此常在較長(zhǎng)建筑物的適當(dāng)部位設(shè)置豎縫，使其分離成獨(dú)立區(qū)段，使各部分有伸縮余地，這種主要考慮溫度變化而預(yù)留的構(gòu)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(jù)墻的布置及墻厚的不同，可做成平縫。錯(cuò)口縫和企口縫等，縫中應(yīng)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(zhì)蓋縫板或蓋縫條做蓋縫處理。
沉降縫與伸縮縫的主要區(qū)別在于沉降縫是將建筑物從基礎(chǔ)到屋頂?shù)娜繕?gòu)件斷開，即基礎(chǔ)必須斷開，從而保證縫兩側(cè)構(gòu)件在垂直方向能自由沉降。沉降縫構(gòu)造與伸縮縫基本相同，只是蓋縫的做法必須保證縫兩側(cè)在垂直方向能自由沉降。
對(duì)多層砌體房屋，在設(shè)防烈度為8度和9度且有下列情況之一時(shí)宜設(shè)置防震縫：建筑物高差在6m以上時(shí)；建筑物有錯(cuò)層，且樓板高差較大時(shí)；建筑物各部分結(jié)構(gòu)剛度質(zhì)量截然不同時(shí)。防震縫應(yīng)將建筑物的墻體、樓地面、屋頂?shù)葮?gòu)件全部斷開，縫兩側(cè)均應(yīng)設(shè)置墻體或柱。
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