双向空心板,带有气泡的混凝土板?

双向空心板,带有气泡的混凝土板?插图 Cortesia de MATT Construction

    罗马万神庙的穹顶上应用了许多特殊的结构,以使这大胆的结构能够成立。其中一个技术与混凝土在整个结构中密度不同的构成有关。更接近顶部的地方,混凝土中选用了更轻盈的石头以减轻穹顶的重量,保持底部的稳固。另一个技术是包含了“镶板”,它们无非是减去部分的混凝土,在保持足够强壮可以支撑其自身重量的剖面的同时,减轻穹顶的重量。这座在近1900年前建造的建筑至今仍以其天才的解决方案使我们感到惊奇。使用恰好足够完成其主要功能的量的材料,并因此创造出有智慧的结构,这仅仅是这栋建筑教给我们的课程之一。

    双向空心板,带有气泡的混凝土板?插图1 Cortesia de MATT Construction

    混凝土是建造业中最常用的材料之一。然而,混凝土的生产过程消耗大量能量和不可再生的自然资源,同时排放出大量气体,促使地球的温室效应恶化。寻找使其在建筑中的应用更加环保,但同时仍能够利用其结构特性的方式,是迈向土木建筑更加可持续的未来的第一步。因此,重要的是了解混凝土的潜力和弱点。在混凝土板的情况下,这种材料的一个主要劣势是它相当大的重量,这带来的结构倒塌的危险限制了混凝土更大的跨度。混凝土有良好的抗压性,但几乎不抗拉。因此,钢筋混凝土使用钢筋来支撑板片,抵消作用中的拉力。

    双向空心板,带有气泡的混凝土板?插图2 Esforços de compressão e tração na laje de concreto. Image © Eduardo Souza (ArchDaily)

    双向空心板,带有气泡的混凝土板?插图3 Cortesia de MATT Construction

    在预制的,中空或带肋的混凝土板中,部分本会被混凝土占据的空间保持空置的状态,或被另一种较轻的材料填充,比如陶砖或发泡聚苯乙烯。一个类似的方法发明于1990年代,JorgenBruenig在丹麦发明了一种双向空心板(如今以BubbleDeck的商标名更被人所知)。他是一个由塑料制成的空心球体组成的系统,占据了混凝土的结构功能较不重要的位置,例如在柱之间。这些球体被整齐地安插在上层和下层的金属加固物之间,在这些否则将会被只有很少的结构作用,却显著增加了重量的混凝土占据的空间中灌满空气。借助这一系统,有可能使混凝土板的自重减少25%至35%,允许更大的跨度,减少柱子的直径,并减少建筑基础的过载。据统计,使用1kg的塑料制造的球体能够节省大约100kg的混凝土。

    双向空心板,带有气泡的混凝土板?插图4 Andrew Lorimer / CC BY-SA

    双向空心板,带有气泡的混凝土板?插图5 WWWEngineer / CC BY-SA

    这种材料也被称为双向空心板,其特性和表现与大块的混凝土板类似,因为力在两个水平方向上被传递到柱子和基础上。它们可以被用模具,未完成的混凝土板或完成的混凝土板建造。与实心板或者甚至肋板相比,它们需要更少的支撑,允许建造进行得更快。使用预制构件也可以有效地减少需要的人工,从而使建造更快和更便宜。

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    这些球体可以被用回收的聚丙烯材料或聚苯乙烯制成,它们由较低的比重和良好的抵抗性。在混凝土被浇筑之后,成果看起来像是传统的实心混凝土板,这些球体留在结构中。研究和测试也已经展示了这一技术强大的声学质量和耐火性能。然而,显然,这是一种需要更多对细节的关注的技术,尤其是当设计者需要使现有的维度适应于新的设计需求时。另一限制性的问题是,在一些国家,仍然没有针对这一系统的规范,或充足的对该方法有经验的劳动力。

    双向空心板,带有气泡的混凝土板?插图6 WWWEngineer / CC BY-SA

    在最近几年,这一技术被广泛应用于大尺度项目中,例如教育类建筑,甚至飞机场,当截止日期紧张而预算允许在新方法上进行投资时。寻找可持续的解决方案或许意味着创造新材料和新技术,但它也可以是简单地将同一种材料以更具智慧,更有意识和更有效率的方式进行应用。

    点击该链接查看更多关于这一系统的技术信息。

    译者:林凯逸

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