宋曉航

（中海地產(chǎn)(青島)投資開發(fā)有限公司，山東 青島 266000）

建筑設(shè)計要實現(xiàn)堅固、適用、美觀的要求，需要有機的組織各種建筑材料來營造空間；選擇恰當(dāng)?shù)慕ㄖ牧夏軌蛴行У难娱L建筑工程的使用壽命，提高建筑工程的安全性；不同地域采用的建筑材料可能有所區(qū)別，選擇施工材料需要因地制宜，有賴于建筑設(shè)計。

1 建筑材料按設(shè)計功能分類

建筑材料按照建筑設(shè)計上的功能和用途進(jìn)行分類，一般可以分為結(jié)構(gòu)材料、圍護材料、功能材料三大類。

結(jié)構(gòu)材料，主要指構(gòu)成建筑物受力構(gòu)件和結(jié)構(gòu)所用的材料，如梁、板、柱、基礎(chǔ)、框架等構(gòu)件或結(jié)構(gòu)所使用的材料。其主要技術(shù)性能要求是具有強度和耐久性。常用的結(jié)構(gòu)材料有混凝土、鋼材、石材等。

圍護材料，是用于建筑物圍護結(jié)構(gòu)的材料，如墻體、門窗、屋面等部位使用的材料。常用的圍護材料有磚、砌塊、板材等。圍護材料不僅要求具有一定的強度和耐久性，而且更重要的是應(yīng)具有良好的絕熱性，符合節(jié)能要求。

功能材料，主要是指擔(dān)負(fù)某些建筑功能的非承重用材料，如防水材料、裝飾材料、絕熱材料、吸聲材料、密封材料等。

2 建筑材料和設(shè)計的發(fā)展

原始社會，那時的建筑材料有泥、土、草、竹、木、石頭、土坯等。人們只能依靠天然洞穴或者“以樹為巢”，一切能利用的只有現(xiàn)成的天然材料。建筑設(shè)計嚴(yán)重受到建筑材料的限制。

古代社會，逐漸掌握了對火的使用，由最原創(chuàng)的土坯曬干后壘墻，慢慢發(fā)展為將土坯置于高溫?zé)瞥赡退酿ね链u和瓦。建筑材料的提升，促進(jìn)了著建筑設(shè)計的萌芽和發(fā)展，出現(xiàn)了城池、宮殿、廟宇、民居。(黏土磚持續(xù)發(fā)展，一直持續(xù)到21 世紀(jì)，部分地區(qū)仍在使用黏土磚，但大量燒制黏土磚，消耗了大量黏土，導(dǎo)致土地資源問題凸顯，黏土磚已經(jīng)被新材料逐步替代，慢慢退出歷史舞臺。)

近代社會，1824 年英國人阿斯譜丁將石灰石和黏土置于石灰窯中高溫煅燒，制成水泥，主要成分是硅酸鹽。與石灰膠凝材料相比，水泥強度極高，同時水泥同于石灰屬于氣硬性材料，水泥屬于水硬性材料，在水中硬化并達(dá)到強度。

水泥與砂石和水拌和以后形成的混凝土為大規(guī)模建設(shè)房屋、道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)計建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。鋼筋屬于受拉能力強的材料，混凝土屬于受壓能力強的材料，兩者在建筑設(shè)計的組織下有機結(jié)合，成為當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)的最主要材料鋼筋混凝土。近代的建筑材料有鋼鐵、水泥、混凝土、鋼筋混凝土、平板玻璃、粘結(jié)劑、人造板材。

事實上水泥的發(fā)明有一個漸進(jìn)的過程，并不是一蹴而就的，是一個建筑設(shè)計與建筑材料共同歷練和成長的過程，兩者砥礪前行，譜寫不朽史詩。水硬性石灰是現(xiàn)代水泥的里程碑，是現(xiàn)代水泥的萌芽和起點。18 世紀(jì)中葉，英國航海業(yè)已較發(fā)達(dá)，但船只觸礁和撞灘等海難事故頻繁發(fā)生。為避免海難事故，采用燈塔進(jìn)行導(dǎo)航。當(dāng)時英國建造燈塔的材料有兩種：木材和“羅馬砂漿”。然而，木材易燃，遇海水易腐爛；“羅馬砂漿”雖然有一定耐水性能，但尚經(jīng)不住海水的腐蝕和沖刷。由于材料在海水中不耐久，所以燈塔經(jīng)常損壞，船只無法安全航行，迅速發(fā)展的航運業(yè)遇到重大障礙。為解決航運安全問題，尋找抗海水侵蝕材料和建造耐久的燈塔成為18 世紀(jì)50年代英國經(jīng)濟發(fā)展中的當(dāng)務(wù)之急。被尊稱為英國土木之父的工程師史密頓(J.Smeaton)應(yīng)聘承擔(dān)建設(shè)燈塔的任務(wù)。1756 年，史密頓在建造燈塔的過程中，研究了“石灰-火山灰-砂子”三組分砂漿中不同石灰石對砂漿性能的影響，發(fā)現(xiàn)含有黏土的石灰石，經(jīng)煅燒和細(xì)磨處理后，加水制成的砂漿能慢慢硬化，在海水中的強度較“羅馬砂漿”高很多，能耐海水的沖刷。史密頓使用新發(fā)現(xiàn)的砂漿建造了舉世聞名的普利茅斯港的漩巖(Eddystone)大燈塔。用含黏土、石灰石制成的石灰被成為水硬性石灰。史密頓的這一發(fā)現(xiàn)是水泥發(fā)明過程中知識積累的一大飛躍，不僅對英國航海業(yè)做出了貢獻(xiàn)，也對阿斯譜丁的“波特蘭水泥”的發(fā)明起到了重要作用。在水泥萌發(fā)過程里，建筑設(shè)計極大的催發(fā)了建筑材料的變革出新，最終新型的建筑材料水泥誕生，它作為建筑的骨骼和血肉承載了無數(shù)設(shè)計大師的靈魂。建筑設(shè)計和建筑材料，兩者相輔相成，共同有機發(fā)展。

現(xiàn)代社會，以塑料為代表的有機高分子材料迅猛發(fā)展，用于建筑裝飾、防水、保溫隔熱、耐火、阻燃、絕緣、管線、環(huán)保節(jié)能等。新型建筑材料有塑料、鋁合金、不銹鋼、高性能混凝土、新型墻體材料、裝飾材料、節(jié)能材料等。新型的建筑材料孵育出更加豐富、更有想象力的建筑設(shè)計。

3 建筑設(shè)計和建筑材料的地域特點

建筑設(shè)計和建筑材料具有地域性。不同地域的氣候條件千差萬別，導(dǎo)致建筑設(shè)計對于建筑材料的要求不同。使得各地的一些建筑材料的參數(shù)有所差異，各地所需求的材料種類也不近相同，如中國南方比較潮濕，需要考慮防潮的材料、隔熱的材料；而中國北方比較干燥寒冷，需要著重考慮抗凍材料、保溫材料。

以保溫材料為例，夏熱冬冷地區(qū)的主流是保溫板，而夏熱冬暖地區(qū)宜選保溫砂漿。

外墻保溫起源于上世紀(jì)40 年代的瑞典和德國，按所使用的保溫材料可分為聚苯板、礦棉保溫板、膠粉聚苯顆粒保溫漿料等三類，其中最常用的是聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)。由于外保溫系統(tǒng)的保溫層置于建筑物圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)，可有效緩沖結(jié)構(gòu)的溫度/應(yīng)力，而且提高建筑物的節(jié)能性能。夏季，高熱阻的外保溫層降低墻體對太陽輻射能量的蓄積，有效延遲室外熱流進(jìn)入墻體；冬季，高熱阻的保溫層增加了外墻整體的傳熱阻，減少室內(nèi)熱量向室外傳遞。所以，近年來外保溫系統(tǒng)在我國北京、天津、黑龍江、遼寧等嚴(yán)寒、寒冷省市，上海、江蘇、浙江、湖北、四川等夏熱冬暖地區(qū)省市相繼得到了廣泛的應(yīng)用，成為國家目前大力推廣的一種墻體節(jié)能技術(shù)。廣東這類夏熱冬暖地區(qū)的建筑節(jié)能工作起步較晚，自然許多技術(shù)沿用北方的技術(shù)。外保溫技術(shù)也在近幾年被引進(jìn)廣東，并在一些工程中被設(shè)計應(yīng)用。但實際上，好幾個設(shè)計的工程最后都因為造價、施工工藝等原因而放棄了外保溫，導(dǎo)致建筑節(jié)能工程的實施不合格，不僅被通報批評，而且嚴(yán)重影響了工期。其實，在北方適用的外保溫技術(shù)，在夏熱冬暖地區(qū)未必適用，主要原因如下：1)外保溫系統(tǒng)的優(yōu)點不突出。外保溫系統(tǒng)在北方應(yīng)用的一個顯著的特點是有效減輕內(nèi)保溫很難克服的“熱橋”問題，防止因“熱橋”而產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，同時又可消除“熱橋”造成的附加熱損失。北方冬天的結(jié)露主要是室內(nèi)產(chǎn)濕，水汽從室內(nèi)向室外遷移引起的；但夏熱冬暖地區(qū)，夏季的水汽是從室外向室內(nèi)遷移引起的，而且溫差很小，所以可以不用考慮“熱橋”的結(jié)露問題，也不必太在意“熱橋”的附加傳熱問題；2)不經(jīng)濟。在北方，為了達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，外保溫系統(tǒng)一般采用10cm 厚的聚苯板；但在夏熱冬暖地區(qū)，3cm 厚的聚苯板已可滿足標(biāo)準(zhǔn)，大幅度增加聚苯板厚度并不會再顯著提高建筑整體的節(jié)能性能，所以在實際應(yīng)用中本地區(qū)僅采用3 厘米厚聚苯板。而為了這3cm 聚苯板，需要采用與10cm 厚保溫完全相同的構(gòu)造；3)容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。廣東(夏熱冬暖地區(qū))的氣候特點是炎熱、潮濕、陰雨天多。由于外保溫系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，現(xiàn)場施工工序多，施工時對場地環(huán)境又有比較嚴(yán)格的要求，一般雨天或潮濕天氣不適合進(jìn)行外保溫的施工，否則容易出現(xiàn)空鼓、虛貼等問題。另外，由于雨水較潮濕，一旦外保溫系統(tǒng)由于交接處或窗臺、女兒墻等部位裂縫，或者出現(xiàn)施工裂縫，水汽容易滲透到保溫層中，并隨外界溫度膨脹和收縮，輕則影響美觀，重則滲水、脫落；4)有安全隱患。廣東(夏熱冬暖地區(qū))的建筑外墻很少用薄抹灰涂料飾面，一般都粘貼飾面磚。雖然外保溫系統(tǒng)應(yīng)用前一般都要通過耐候性、系統(tǒng)抗拉強度和抗沖擊性等試驗的驗證，但目前國家只出臺了聚苯板薄抹灰和膠粉聚苯顆粒保溫漿料薄抹灰兩種外墻外保溫系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，粘貼飾面磚的外保溫系統(tǒng)缺乏可依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。尤其是在高層建筑中，應(yīng)用外保溫系統(tǒng)更無完善的應(yīng)用依據(jù)，其可靠性和耐久性沒有充分的保障。除了以上問題之外，聚苯板外保溫系統(tǒng)還有防火問題和使用年限問題。綜合這些原因，廣東(夏熱冬暖地區(qū))使用外保溫技術(shù)時應(yīng)慎重，不要輕易采用。

除外保溫外，墻體的保溫方式還有墻體自保溫和內(nèi)保溫。對于保溫要求不高的夏熱冬暖地區(qū)，自保溫是值得重點發(fā)展的保溫方式。一般的18cm 厚外墻，只要對其熱工性能進(jìn)行一定的改進(jìn)，完全可以滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。對混凝土墻面積較多的建筑物或?qū)嵤└吖?jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑物，雖然其他地區(qū)的許多專家認(rèn)為外墻內(nèi)保溫不可用，但考慮到夏熱冬暖地區(qū)的具體情況，可以考慮采用內(nèi)保溫，保溫材料建議采用無機的保溫砂漿。當(dāng)然，外墻內(nèi)保溫很容易在裝修時被破壞，住戶在二次裝修施工中應(yīng)妥善處理。另外，由于夏熱冬暖地區(qū)的外墻節(jié)能關(guān)鍵在于減少太陽輻射引起的向室內(nèi)傳熱，墻體節(jié)能性能不僅與墻體的保溫性能有關(guān)，還與外墻面的顏色、墻體的通風(fēng)層等有關(guān)，所以可采用遮陽、通風(fēng)和淺色外飾面等隔熱措施來實現(xiàn)墻體節(jié)能性能的提高。

以外墻飾面材料為例，夏熱冬冷地區(qū)的主流是防水涂料，平涂、彈涂、質(zhì)感涂料、真石漆、巖彩等；而夏熱冬暖地區(qū)更宜選用瓷磚貼面。因為瓷磚很適合夏熱冬暖地區(qū)的潮濕氣候，可以防止外墻發(fā)霉、生苔，同時便于清理。而夏熱冬冷地區(qū)需要考慮冬季凍融的問題，當(dāng)飾面材料和瓷磚吸水率控制不佳時，極易因凍融而脫落。

以地下車庫的入口坡道為例，對于開敞和半開敞式的地下車庫入口坡道，夏熱冬冷地區(qū)常采用礓碴、馬牙碴做法，或者有明顯的止滑鋼帶；夏熱冬暖地區(qū)則可以選用聚氨酯拋砂止滑地坪。因為聚氨酯拋砂止滑地坪有美觀、靜音的優(yōu)點，同時也有缺陷，其被冰雪覆蓋時難以清理，在坡度較大時極易導(dǎo)致交通事故。

4 結(jié)語

為了適應(yīng)建筑工程現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的建筑需求，建筑設(shè)計和建筑材料的發(fā)展需要有機結(jié)合，共同進(jìn)步。建筑材料是建筑工程的基礎(chǔ)，是建筑工程的骨骼和血肉。建筑設(shè)計是建筑工程的靈魂。建筑材料根據(jù)不同的設(shè)計功能分類有其獨特性，不同地域的建筑工程所需建筑材料也有所區(qū)別，在選材時要有賴于建筑設(shè)計，因地制宜。建筑設(shè)計與建筑材料相輔相成，互為裨益，互相促進(jìn)，共同發(fā)展。