輕量化結構—有泡泡的混凝土板

在羅馬萬神殿的圓頂中,使用了幾種建築技術來使這種大膽的結構得以屹立不搖,其中一種就是在整個結構中使用具有不同密度的混凝土(在這種情況下為非鋼筋混凝土)的組成。 靠近頂部時,混合物中使用了較輕的石頭,從而降低了圓頂的重量並保持了底座的穩固性。 另一種技術是包括鑲板(coffer),就是減少結構中混凝土的用量,進而減少了圓頂的重量,同時保持足夠堅固的橫切面以支撐其自身重量。 這座建於大約1900年前的建築,仍然以其絕佳的建築技術使我們感到驚訝。 使用足夠高的材料量來滿足其主要功能,並最終創建智慧結構,這只是該建築提供的啟發之一。

混凝土是建築行業中最常用的材料之一。 但是,混凝土的生產過程消耗大量的能源和不可再生的自然資源,同時排放大量的溫室氣體,這只會加劇地球的溫室效應。 尋找替代方案使其在建築中更具生態意識,同時仍然利用其結構特性,是邁向更加永續的土木建築未來的第一步。 因此我們要了解混凝土的潛力及其弱點。 對於混凝土板,該材料的主要缺點是其具有相當大的重量,這限制了較大的混凝土跨度,並產生結構塌陷的危險。 混凝土具有良好的抗壓縮性,但幾乎沒有抗拉性。 因此,鋼筋混凝土使用鋼筋來支撐板材,以抵抗拉力。

在預鑄的、空心的或帶支架的板材中,本來會被混凝土佔據的部分空間將留空或用重量較輕的材料填充,例如陶瓷磚或膨脹聚苯乙烯。約爾根·布魯尼格(Jorgen Bruenig)在1990年代開發了一種類似的方法,他在丹麥研發了一種雙軸空心板(今天以BubbleDeck商標名更廣為人知)。它是一個由塑料製成的空心球,這些空心球佔據了板材中非主要支撐的位置,例如在圓柱中間。球體均勻地插入上下鋼骨之間,使空氣充滿了空間,否則該空間將被混凝土佔據,進而造成幾乎沒有結構的功能性,而且會增加重量。借助該系統,可以將樓板自身重量減少25%至35%(與相同厚度的實心樓板相比),從而可以擴大跨度,減小立柱的截面並減少建築物的超載基礎。據估計,在球體中使用1公斤塑料可節省約100公斤混凝土。

 

這種材料也稱為雙軸空心板,其性能和特性與大型混凝土板相似,因為力在兩個水平方向上都傳遞到了支柱和地基上。 可以使用模組,預鑄板材或成品面板來構建它們。 與堅固甚至可與有支架的板材相比,它們所需的支撐更少,從而使結構移動得更快。 使用預鑄組件還可以顯著減少人工需求,從而使施工速度更快,成本更低。

這些球可以由具有低比重和良好抗性的再生聚丙烯材料或聚苯乙烯組成。 澆築混凝土後,這些板材看起來就像是傳統的實心混凝土板。 研究和測試證明了該技術的強大聲學質量和耐火性。 但是,這是一個需要更多關注細節的系統,尤其是當設計師必須將現有尺寸調整為新的設計要求時。 另一個局限性的問題是,在某些國家/地區,仍然沒有針對該系統的特定法規,或者沒有足夠的人力在此技法上有足夠的經驗。

近年來,該技術已廣泛應用於大型項目,例如學校大樓、機場,這些項目的截止日期都十分緊湊,並有預算允許投資新方法。 尋找永續的解決方案可能意味著創造新的材料和新技術,但也可能就像以更智慧和有效的方式使用相同的材料一樣簡單。

 

Source: Archdaily

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