馮少輝
摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是尖端科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,對(duì)材料的性能要求越來越高,因而對(duì)復(fù)合材料也提出了更高的要求。由于復(fù)合材料是把金屬,無機(jī)非金屬,高分子等材料組合起來的多相材料,設(shè)計(jì)自由度很大,不僅可在組分選擇上調(diào)整,還可以改變各組分的體積分?jǐn)?shù),以滿足所需的性能要求,使復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)以及其他優(yōu)越的綜合性能及復(fù)合效應(yīng)。復(fù)合材料的凸顯優(yōu)勢(shì),使其在高技術(shù)領(lǐng)域,如航天,航空,信息等產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:復(fù)合材料;景觀工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
隨著工業(yè)化的快速發(fā)展,能源和環(huán)境問題日益凸顯,引起了全世界的關(guān)注。如今生活水平不斷提升,對(duì)各方面建設(shè)要求有所增加,對(duì)于一些陳舊景觀很容易引起審美疲勞,對(duì)于一些新技術(shù)和新材料選擇就成為了必然發(fā)展趨勢(shì),當(dāng)前我國(guó)環(huán)境發(fā)展中,出現(xiàn)許多自然災(zāi)害,如沙塵暴頻發(fā)、水土流失嚴(yán)重、洪澇災(zāi)害多發(fā)等。為此,必須保護(hù)生態(tài)環(huán)境,堅(jiān)持“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略。在當(dāng)前這個(gè)階段,人們已經(jīng)越來越注重城市景觀的質(zhì)量,回歸自然、親近綠色逐漸成為這個(gè)時(shí)代的旋律,而城市景觀的設(shè)計(jì)和建設(shè)中需要大量材料。
1 復(fù)合材料優(yōu)化技術(shù)方法
1.1 區(qū)域劃分及采用的優(yōu)化技術(shù)
對(duì)于復(fù)雜的復(fù)合材料結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在每個(gè)區(qū)域里進(jìn)行。可以根據(jù)結(jié)構(gòu)承受載荷狀態(tài),材料,單元類型,鋪層層數(shù)等不同,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化區(qū)域劃分,優(yōu)化分析采取如下技術(shù):(1)在劃分的區(qū)域里進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);(2)復(fù)合材料采用經(jīng)典的鋪層角度0/±45/90,按照一定的鋪層比例對(duì)稱鋪層,只優(yōu)化鋪層厚度,不考慮鋪層順序;(3)由于應(yīng)用復(fù)合材料的梁緣條,其單元的材料屬性只與其鋪層角度的鋪層比例關(guān)系有關(guān),因此,可以把梁緣條的復(fù)合材料等效為各向同性材料。
第一級(jí)優(yōu)化。本級(jí)以結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能為目標(biāo)函數(shù),以復(fù)合材料層合板鋪層角度為設(shè)計(jì)變量,對(duì)結(jié)構(gòu)各鋪層的鋪層角度進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。第二級(jí)優(yōu)化。本級(jí)優(yōu)化是在第一級(jí)優(yōu)化的基礎(chǔ)上,固定鋪層角度,以結(jié)構(gòu)的質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù),以各鋪層厚度為設(shè)計(jì)變量,對(duì)結(jié)構(gòu)的鋪層厚度進(jìn)行優(yōu)化。
2 景觀結(jié)構(gòu)中對(duì)于FRP材料的運(yùn)用
現(xiàn)在我們的應(yīng)用還包括玻璃鋼材料(屬高分子復(fù)合材料,簡(jiǎn)稱FRP,國(guó)外稱GRP)殼體景觀,包括異形景觀構(gòu)筑物、流線/非流線造型景觀座椅、大型景觀構(gòu)筑物外觀裝飾等。另,F(xiàn)RP材料還根據(jù)景觀需求有透光、不透光兩種。其中就有透光景觀構(gòu)筑物、透光造型座椅、發(fā)光欄桿扶手等。
2.1異形景觀構(gòu)筑物大致分為兩種:一是純殼體,內(nèi)無結(jié)構(gòu)或有少量FRP/木質(zhì)增強(qiáng)結(jié)構(gòu),一般有尺寸較小。二為輕鋼結(jié)構(gòu)做骨骼與FRP殼體材料的有機(jī)結(jié)合進(jìn)一步使景觀構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)尺寸更大、更加靈活。
2.2流線/非流線造型景觀座椅:現(xiàn)在人們的審美眼界的提高,對(duì)景觀及其實(shí)用性提出了更高要求。該景觀坐凳卻能將審美與實(shí)用完美結(jié)合,既有具有較高的美觀和審美觀,亦滿足現(xiàn)有的人們的對(duì)景觀那種“只可遠(yuǎn)觀而不能褻玩焉”的大膽突破,零距離的接觸包括了坐、躺、踏、玩等等,例如,秦皇島植物園的紅飄帶景觀,被國(guó)際評(píng)委21世紀(jì)7大建筑景觀奇跡。
2.3大型景觀構(gòu)筑物外觀裝飾:FRP材料僅在原建筑景觀、結(jié)構(gòu)外表進(jìn)行裝飾??梢岳斫鉃橐环N外裝飾材料。卻滿足了景觀上要求對(duì)視覺有強(qiáng)悍沖擊力效果、地標(biāo)性景觀建筑的設(shè)計(jì)要求。從而有效地解決FRP材料不能突破一定尺寸的局限,例如,江蘇睢寧的喜鵲迎賓、華亭棲霞;河北遷安的折紙。
2.4 FRP空心/實(shí)心型材:直接應(yīng)用到普通建筑中用作柱梁檁等;二是將規(guī)矩的型材組合成的不規(guī)則景觀,例如,江蘇蘇州東山的省園博會(huì)蘇州園開幕廣場(chǎng)休閑座椅。
2.5透光類:現(xiàn)代人們的生活節(jié)奏高,普通的景觀/構(gòu)筑物,對(duì)于“夜行性”人們而言是奢望。應(yīng)用該類材料的景觀卻能滿足了人們對(duì)美的全天候追求,例如,福建永定北山公園山林中超長(zhǎng)距離發(fā)光扶手。
3 景觀結(jié)構(gòu)中對(duì)于WPC材料的運(yùn)用
主要是由木質(zhì)纖維和高密度樹脂(PE、PP、PVC等)混合壓制、拉擠而成的,所以WPC兼具了木材和塑料的特性和優(yōu)點(diǎn),同時(shí)基礎(chǔ)材料和成型工藝決定了WPC的某些性能。WPC具有較高的密度,為0.6~1.2cm3/g;并且還具有較大的硬度,硬度大于58。相較于木材,WPC具有良好的力學(xué)性能,表現(xiàn)為材料的抗變形能力可控,硬度大且具有良好的耐磨性能。
3.1 WPC鋪板
根據(jù)WPC板材的橫截面可將其分為兩種:空心WPC板材和實(shí)心WPC板材。WPC板材的安裝方式也可分為兩種:直接法和卡扣法。相較于天然的木質(zhì)材料,WPC鋪板不易開裂,不易受到蟲蟻破壞,防水性好、耐磨損,具有良好的抗老化性,力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,外觀接近天然原木,形式豐富多樣,可以根據(jù)需要定制花紋,而且易于維護(hù)。但WPC一般只鋪裝在人流量相對(duì)較少的場(chǎng)所,對(duì)于常有車輛進(jìn)出的地區(qū)則不宜鋪設(shè)??傮w而言,WPC鋪板的實(shí)用性和耐用性很強(qiáng),被廣泛應(yīng)用于城市園林的棧道、庭院等。
3.2 WPC圍墻
根據(jù)是否遮擋視線可將WPC圍墻分為封閉式、半開放式和開放式三種;根據(jù)其使用功能可分為阻隔式和觀賞式圍墻兩種。應(yīng)用于城市景觀中的WPC圍墻的主要功能是供人觀賞,當(dāng)然也包括阻隔空間的作用。由于圍墻處于室外,需要長(zhǎng)期遭受風(fēng)吹雨打。因此,圍墻的材質(zhì)應(yīng)具備抗老化、易于修復(fù)等性能,而這些性能WPC材料則完全具備。此外,景觀圍墻還應(yīng)該可以體現(xiàn)城市的文化,提升城市的形象。而WPC材料可以給人們傳遞自然與現(xiàn)代結(jié)合的觀感,是城市景觀圍墻材料的不二選擇。北戴河對(duì)全區(qū)范圍內(nèi)主干道兩側(cè)樓體、墻體、圍欄、燈桿進(jìn)行此種形式的設(shè)置,形成景觀各異的立體綠化風(fēng)格。
綜上所述,WPC作為一種新型復(fù)合材料,繼承了木材和塑料的雙重優(yōu)點(diǎn),具有抗老化性強(qiáng)、裝飾性好、綠色環(huán)保、易施工等特性,因而廣泛應(yīng)用在鋪板、圍墻、護(hù)欄、景觀小品以及輔助設(shè)施等城市景觀中。WPC不僅保護(hù)了森林資源,還提供給人們愜意和諧的城市環(huán)境。WPC具備很強(qiáng)的實(shí)用性和宜人性。但是,在WPC的實(shí)際應(yīng)用過程中還存在一些問題,例如材料本身的欠缺、后期管理不當(dāng)、材料的應(yīng)用不當(dāng)、市場(chǎng)認(rèn)知程度低等。
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