建筑材料基础

当我们走进一座建筑，无论是故宫的红墙金瓦，还是上海中心大厦的玻璃幕墙，我们看到的、触摸到的，都是各式各样的建筑材料。每一种材料都有其独特的纹理、色彩和触感，它们共同塑造出建筑千变万化的风貌。这些材料不仅决定了建筑的外观和风格，更直接影响着建筑的结构安全、使用的舒适性以及使用寿命。例如，坚固的石材支撑起厚重的城墙，通透的玻璃让室内充满阳光，保温的隔热材料则让冬暖夏凉。可以说，建筑的每一个细节背后，都凝结着对于材料性能的选择和应用。对于刚刚迈入建筑学领域的同学来说，理解建筑材料的基本特性和应用，是打开建筑设计大门的第一把钥匙，也是未来设计创新的重要基础。

为什么要给材料分类

如果让你在上千种建筑材料中选出最适合建造一座桥梁的材料，你会怎么做？如果没有一个清晰的分类体系，这几乎是不可能完成的任务。就像超市里的商品需要分门别类摆放一样，建筑材料也需要按照一定的规律进行分类，这样我们才能快速找到符合需求的材料。

材料分类的核心目的是帮助我们理解材料的特性规律。当我们把具有相似特征的材料归为一组时，就能更容易地预测它们的表现，也能在设计时做出更合理的选择。比如，当我们知道金属类材料普遍具有高强度和良好的导电性时，在需要这些特性的场合，我们就可以优先考虑金属材料。

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从化学成分看材料

建筑材料最基础的分类方式是按照化学成分来划分。这就像我们区分食物是荤是素一样直观。按照化学成分，我们可以把建筑材料分为有机材料和无机材料两大类。

无机材料又可以细分为矿物材料和金属材料。矿物材料包括我们熟悉的石头、混凝土、砖块和玻璃。这些材料通常给人坚固、厚重的感觉，就像北京长城的城砖，历经数百年风雨依然屹立。金属材料则包括钢铁、铝合金、铜等，它们的特点是强度高、质地坚硬，鸟巢体育场的钢结构就是金属材料力与美的完美体现。

有机材料主要包括木材、沥青和塑料。木材是最古老的建筑材料之一，从山西应县木塔到现代的木结构住宅，木材以其温润的质感和优良的加工性能深受喜爱。塑料虽然是现代材料，但在建筑中的应用越来越广泛，从管道到保温材料，无处不在。

下面这个对比图展示了不同类型材料的基本性能特征：

让我们用一个表格来更清楚地对比这些材料的特性：

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从内部结构看材料

如果我们用显微镜观察建筑材料的内部，会发现它们的微观结构千差万别。这种内部结构的差异，直接决定了材料的宏观性能。我们可以把材料的内部结构分为三类：非晶态材料、晶体材料和纤维材料。

非晶态材料的内部原子排列是无序的，就像一团乱麻。玻璃和塑料就是典型的非晶态材料。这类材料没有明显的方向性，各个方向的性能基本相同。当你从不同角度按压一块塑料板时，它的反应是一样的。这种特性让非晶态材料在制作各种形状的构件时非常方便。

晶体材料的内部原子排列整齐有序，就像军人排成的方阵。金属和烧制的陶土都属于晶体材料。虽然这些材料在宏观上看起来也是各向同性的，但它们的强度和硬度通常比非晶态材料更高。不过，晶体材料也更脆，受到冲击时容易断裂。

纤维材料则有着明显的方向性。木材是最典型的纤维材料，它的纤维沿着树干生长的方向排列。这就导致木材顺着纹理的强度远高于垂直于纹理的强度。福建土楼的木柱，总是让木材的纹理方向与受力方向一致，这样才能发挥木材的最大承载能力。

理解材料的内部结构，能帮助我们更好地使用它们。比如，在设计木结构建筑时，我们会尽量让木梁的纹理方向与受力方向一致；在使用玻璃时，我们知道它在各个方向的性能都差不多，所以可以灵活地切割和使用。

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从生产方式看材料

建筑材料的另一个重要分类维度是它们的生产方式。这种分类方式能帮助我们理解材料的来源和加工特点。我们可以把材料分为天然材料和人工材料。

天然材料直接从自然界获取，只需要简单的加工就能使用。石材是最典型的天然材料，从山体中开采出来，切割成合适的尺寸就可以用于建筑。苏州园林中的太湖石，保留了天然的形态和纹理，这种天然的美感是人工材料难以复制的。木材也是天然材料，一棵树经过砍伐、干燥、切割，就成为了可用的建筑材料。

人工材料则需要经过复杂的工业加工过程。混凝土是最常用的人工材料，它由水泥、砂石和水按照一定比例混合而成。国家大剧院的巨大穹顶，就是用混凝土浇筑而成的。玻璃、钢材、塑料等现代材料，都需要在高温或高压条件下，通过化学或物理变化才能制造出来。

人工材料的一个重要优势是性能可控。比如混凝土，通过调整配合比和添加不同的添加剂，可以获得高强度混凝土、防水混凝土、轻质混凝土等不同类型的产品。港珠澳大桥使用的海工高性能混凝土，就是通过特殊配方设计，能够抵抗海水腐蚀，使用寿命超过120年。

天然材料则更多地保留了材料本身的特性。每一块大理石的纹理都是独一无二的，每一根木材的色泽和质感都略有不同。这种天然的变化，往往能给建筑带来丰富的质感和人文气息。

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从尺寸规格看材料

建筑材料的尺寸规格直接影响着施工方式和建筑的外观效果。按照尺寸规格，我们可以把材料分为填充材料、小型构件和大型构件三类。

填充材料是最细小的材料形式，它们需要容器或框架来约束。混凝土浆料在浇筑前就是一种填充材料，必须用模板来定型。保温材料中的珍珠岩颗粒、玻璃棉等，也需要被装在墙体的空腔中才能发挥作用。这类材料的优势是可以填充各种复杂的空间，适应性强。

小型构件包括砖、瓦、小块石材等。这些材料需要通过重复和拼接来形成完整的建筑构件。故宫的城墙，就是由一块块青砖砌筑而成的。徽派建筑的灰瓦屋顶，由成千上万片瓦片相互搭接铺设。小型构件的特点是施工灵活，可以适应各种平面形状，但需要大量的砌筑或铺设工作，施工周期较长。

大型构件则是预先制作好的大尺寸建筑部件。现代建筑中常用的预制混凝土墙板、大型玻璃幕墙单元、钢结构梁柱等，都属于大型构件。上海中心大厦的幕墙，采用的是单元式幕墙，每个单元都在工厂制作完成，到现场直接吊装，大大缩短了施工时间。大型构件的优势是施工速度快、质量稳定，但需要考虑运输和吊装的问题，对场地条件要求较高。

不同尺寸的材料，会形成不同的建筑表情。小型砖瓦形成的墙面，有着细密的肌理和韵律感；大型幕墙板块则呈现出简洁、现代的视觉效果。在住宅建筑中，小型陶粒混凝土砌块常用于非承重墙体，既能保温隔热，又方便施工；大型预制楼板则用于楼层结构，快速高效。

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材料的组合使用

现代建筑很少使用单一材料建造，更多的是将不同材料组合起来，发挥各自的优势。这种组合使用的智慧，在中国传统建筑中早已有所体现。

故宫的建筑就是材料组合的经典案例。它的基础使用坚固的石材，能够抵抗地基沉降和地下水侵蚀；主体结构采用木材框架，既有足够的强度，又能在地震时通过变形消耗能量；墙体使用青砖，保温隔热且便于砌筑；屋顶铺设琉璃瓦，既能防水，又增添了华丽的色彩。这种“石基木构砖墙瓦顶”的组合，是经过数百年实践验证的智慧结晶。

现代建筑的材料组合更加复杂和精细。以一栋普通的住宅楼为例：钢筋混凝土框架提供整体结构强度，能够承受楼层的重量和抵抗地震；外墙采用保温砂浆和保温板，提高了建筑的节能性能；窗户使用中空玻璃，既透光又隔热隔音；内墙使用轻质砌块和石膏板，减轻了建筑自重；地面铺设瓷砖或木地板，满足美观和使用的需求。每一种材料都在自己最擅长的位置发挥作用。

上海中心大厦则代表了超高层建筑材料组合的最高水平。其核心筒采用高强度混凝土，抗压强度达到C60等级；外围巨型柱采用钢管混凝土结构，兼具钢材的高强度和混凝土的高刚度；幕墙系统使用三层玻璃，最外层是超白玻璃，中间层是Low-E镀膜玻璃，最内层是安全夹层玻璃，这种组合既保证了透光性，又实现了优异的保温和安全性能。

材料组合的另一个重要考虑是材料之间的相容性。比如，钢筋和混凝土能够良好地结合在一起，是因为两者的热膨胀系数接近，在温度变化时不会产生过大的内应力；混凝土的碱性环境还能保护钢筋不被腐蚀。如果把材料随意组合，可能会导致相互破坏。比如，某些木材如果直接接触钢材，木材中的酸性物质会腐蚀钢材；铝合金和钢材直接接触，会形成电化学腐蚀。

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认识常用建筑材料

在深入学习各类材料之前，让我们先对建筑中常见的材料有一个整体的认识。下面的表格汇总了主要建筑材料的特性和用途，这将为我们后续的学习提供一个清晰的框架。

这个表格只是一个概览，每种材料都有更深入的内容等待我们去探索。在接下来的学习中，我们将逐一深入了解这些材料的特性、加工方法、应用技巧，以及如何在实际工程中做出最优选择。

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木材的特性与魅力

木材是人类使用最早、最久的建筑材料之一。从远古时期的树屋，到山西应县木塔这座屹立千年的建筑奇迹，木材始终陪伴着人类文明的发展。走进一座木结构建筑，你会感受到木材特有的温暖气息和自然质感，这是任何人工材料都难以替代的。

木材的结构秘密

木材的许多特性都源于它独特的细胞结构。一棵树的树干，由无数细小的纤维细胞纵向排列而成，就像一束束紧密排列的吸管。这种纤维结构赋予了木材明显的方向性特征。顺着纤维方向，木材可以承受很大的拉力和压力，就像树木在生长时需要支撑自身重量、抵抗风力一样。但如果力量垂直于纤维方向作用，木材就容易开裂或折断。

福建土楼的木柱，都是让木材的纹理方向垂直于地面，这样木柱才能很好地承受整座建筑的重量。如果横着放置，木材就无法发挥其真正的承载能力。理解这一点，对于正确使用木材至关重要。

木材的密度远低于石材和混凝土，一立方米松木重量只有500公斤左右，而混凝土则达到2400公斤。这种轻质特性使得木材在施工时更加方便，也减轻了建筑基础的负担。同时，木材的导热系数很低，大约是混凝土的1/10，钢材的1/300，这使得木材具有天然的保温性能。冬天，当你把手放在木质扶手上，不会感到刺骨的冰冷；夏天，也不会被烫到。

但木材的这种吸湿性也带来了挑战。含水率变化会导致木材膨胀或收缩，特别是垂直于纹理的方向，变化更为明显。当你看到老房子的木地板出现缝隙，或者木门在梅雨季节变得难以开关，就是木材湿胀干缩的表现。现代木结构建筑通常会让木材在使用前充分干燥，并预留适当的伸缩缝，来应对这种变化。

中国常用木材特性

中国地域辽阔，不同地区生长着不同的树种。传统建筑中，工匠们会根据当地材料和建筑需求，选择最合适的木材。针叶树（软木）和阔叶树（硬木）是两大基本类型，它们有着不同的特性和用途。

针叶树包括松木、杉木、柏木等，生长速度快，年轮明显，材质相对较软。松木是北方最常见的建筑用材，价格适中，容易加工。南方的杉木生长快，材质轻，防腐性能好，常用于房屋框架。柏木含有特殊的芳香物质，不仅可以驱虫，还能长期保持香味，常用于高档家具和室内装修。

阔叶树包括橡木、榉木、水曲柳等，生长较慢，密度大，强度高。橡木质地坚硬，纹理美观，是制作家具和地板的优质材料。榉木强度高、耐磨性好，在江南地区的传统家具中广泛应用。这些硬木的价格通常高于软木，但耐久性和装饰效果也更出色。

不同树种的木材，还有着不同的天然颜色和纹理。松木呈浅黄色，纹理直；橡木颜色较深，有明显的山形纹；水曲柳纹理清晰美观，常用于需要展示木纹的家具面板。这些天然的差异，为建筑和家具设计提供了丰富的美学选择。

木材的保护策略

木材虽好，但也有其脆弱的一面。在户外使用时，木材会面临日晒雨淋的考验；在潮湿环境中，容易受到真菌侵蚀而腐烂；某些昆虫如白蚁，更是木材的天敌。因此，合理的保护措施至关重要。

最聪明的保护方法是结构性保护。传统建筑的智慧在这方面体现得淋漓尽致。你会发现，中国传统木结构建筑通常有宽大的屋檐，这不仅美观，更重要的是能够遮挡雨水，避免木构件直接受雨水冲刷。木柱下方往往放置石墩，将木材与地面隔离，防止地面水汽上升侵蚀木材。这些巧妙的设计，让许多古建筑历经数百年依然坚固。

现代木结构建筑继承了这些智慧，同时又有了新的手段。选择天然防腐性能好的木材，如柏木、落叶松等，它们含有的树脂和其他天然物质能够抵御虫害和腐蚀。对于防腐性能一般的木材，可以进行防腐处理，如使用压力浸渍防腐剂，或者进行高温炭化处理，改变木材的化学成分，提高其耐久性。

在现代住宅的木结构部分，通常会在木材表面涂刷保护涂料，既能防水防晒，又能保持木材的自然美感。对于户外木平台、凉亭等，选用经过防腐处理的木材已经成为标准做法。

木材在建筑中的应用

木材的应用形式多种多样，从承重结构到装饰面层，都能看到它的身影。在传统建筑中，木材主要用于框架结构。应县木塔采用的就是典型的木框架体系，通过柱、梁、枋的组合，形成稳定的结构支撑。这种结构体系的优势是施工灵活，抗震性能好，在地震中能够通过变形消耗能量，而不会突然倒塌。

现代木结构建筑继承了传统的框架思想，同时发展出了新的形式。轻型木结构采用规格材和人造板材，适合建造低层住宅和别墅。2022年杭州亚运会就建设了多座木结构场馆，展示了现代木结构技术的魅力。重型木结构则使用大尺寸木材或胶合木，可以建造大跨度的公共建筑，如体育馆、展览馆等。

木材在装饰方面的应用更是广泛。木地板以其舒适的脚感和温暖的视觉效果，成为住宅地面的首选材料之一。木质墙板、吊顶，能营造温馨的室内氛围。家具更是木材的传统领域，从明清古典家具到现代简约家具，木材的质感始终深受人们喜爱。

木材还可以应用于建筑外墙。木挂板、木瓦墙面，在控制好防护措施的前提下，能够形成独特的建筑风格。在一些度假别墅、景区建筑中，木质外墙成为融入自然环境的最佳选择。

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木制品的工业化之路

虽然天然木材有着诸多优点，但它也存在一些局限。树木的尺寸有限，一根原木能够加工出的木材长度和宽度都受到限制；天然木材的性能受生长环境影响，同一批木材的性能也可能有差异；某些珍贵木材资源日益稀缺，价格高昂。为了克服这些限制，人们开发出了各种木制品。

木制品的制造原理

木制品的核心思想是将木材“重新组织”。把大块木材切成小块，或者削成薄片，甚至磨成纤维，然后用胶黏剂重新粘结在一起，形成新的板材或构件。这个过程看似简单，却带来了质的改变。

通过这种重组，可以改变木材的方向性。天然木材只在顺纹方向强度高，而胶合板通过将薄木片交错层压，让每一层的纹理方向相互垂直，结果是板材在两个方向上都有较好的强度，性能更加均衡。刨花板和纤维板将木材打散后重组，基本消除了方向性，可以在各个方向上承受载荷。

木制品还可以充分利用木材资源。家具厂、木材加工厂产生的边角料、废料，都可以用来制造刨花板和纤维板。一些速生木材，如杨木，虽然单独使用性能不佳，但制成木制品后，性能可以得到明显提升。这种资源利用方式，既经济又环保。

工业化生产让木制品的性能更加稳定可控。通过控制原料、胶黏剂、压制工艺等参数，可以生产出具有特定性能的产品。需要高强度的，可以增加密度和胶黏剂用量；需要防水的，可以使用防水胶黏剂；需要阻燃的，可以添加阻燃剂。这种可控性是天然木材难以达到的。

常见木制品类型

胶合板是最早的人造板材之一。它由多层薄木片（单板）纵横交错叠压而成，通常是奇数层，这样可以保证板材的对称性，减少变形。胶合板保留了木材的天然纹理，表面可以看到木纹，装饰效果好。它的强度较高，可以用于家具制作、装修装饰、包装箱等多种场合。建筑用胶合板还可以作为模板，在混凝土浇筑中使用。

刨花板是将木材刨成刨花，施加胶黏剂后压制而成。它的特点是原料来源广泛，可以利用各种木材加工剩余物。刨花板的表面比较粗糙，通常需要贴面后使用。它的主要用途是作为家具的基材，外表贴上三聚氰胺贴面或木纹纸，就成为了我们常见的板式家具。刨花板的价格相对较低，性能稳定，在家具工业中应用广泛。

纤维板是将木材完全打散成纤维，然后在高温高压下压制成型。按密度分为高密度板、中密度板和低密度板。中密度纤维板（MDF）是最常用的类型，它的表面光滑平整，密度均匀，容易进行表面装饰加工，可以镂铣出各种造型。高档家具、室内装修中的造型部件、音响箱体等，常常使用中密度板制作。

定向刨花板（OSB）是近年来发展较快的一种木制品。它将长条形刨花定向排列，表层刨花沿长度方向排列，内层刨花横向排列，形成类似胶合板的结构。OSB强度高，防水性能好，在北美已经广泛用于建筑结构，如墙体、屋面和地面基层。中国的木结构建筑也开始越来越多地采用OSB。

胶合木是大型木构件的重要形式。它将经过干燥处理的规格材，纵向或横向胶合成大断面、大跨度的构件。胶合木可以制作成直的，也可以制作成曲线形状，为建筑设计提供了更大的自由度。一些体育馆、展览馆的屋顶结构，就是用胶合木制作的。与实木相比，胶合木可以做得更大、更长，性能也更稳定。

木制品的应用实践

在现代住宅装修中，木制品无处不在。厨房和卫生间的橱柜，大多使用防潮刨花板或中密度板作为基材，外表贴上耐水的三聚氰胺贴面或烤漆表面。客厅的电视柜、书架，也多采用板式家具，经济实用。木制品的工业化生产，让家具的价格大幅降低，品质却能保持稳定。

木制品在建筑结构中的应用也在增加。木结构住宅的墙体，常采用OSB作为结构板，它既能承受风载和地震作用，又能为墙体提供刚度。木地板的基层，使用多层胶合板或中密度板，能够提供平整稳定的基础。内墙隔断，使用轻质刨花板或纤维板作为面板，既轻便又隔音。

木制品还有一个重要用途是做装饰贴面。珍贵木材如红木、花梨木，由于资源稀缺价格昂贵，很难用实木制作大件家具。但可以将这些珍贵木材刨切成薄薄的木皮，贴在胶合板或中密度板表面，这样既能展现珍贵木材的美丽纹理，又大大节约了资源和成本。高档家具、木门、墙板的表面，很多都采用这种天然木皮贴面。

值得注意的是，木制品在使用时也要考虑其特性。刨花板和中密度板遇水会膨胀，所以不适合用于潮湿环境，或者需要做好防潮处理。木制品的连接强度通常不如实木，钉钉子或拧螺丝时要特别注意，最好使用专用的五金件。木制品的边部需要进行封边处理，既美观又能防止胶黏剂中的有害物质挥发。

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石材的永恒之美

石材是人类最早使用的建筑材料，也是最能体现建筑永恒性的材料。从长城的巨石到苏州园林的太湖石，从古希腊的神庙到现代建筑的石材幕墙，石材以其独特的质感和持久的生命力，见证着人类文明的发展。

石材的形成与分类

石材的特性与它的形成过程密切相关。地质学上，将石材分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。这种分类不仅反映了石材的形成方式，也决定了它们的基本性能。

岩浆岩是地下熔融的岩浆冷却凝固形成的，最典型的是花岗岩。想象一下，炽热的岩浆从地下深处缓慢冷却，在漫长的地质年代里，矿物质逐渐结晶，形成了坚硬致密的岩石。这种形成过程赋予了花岗岩极高的强度和硬度，几乎可以承受一切自然界的侵蚀。花岗岩的颜色丰富，从灰白色到红色、黑色都有，表面可以抛光得光洁如镜。在中国，山东的泰山红、福建的G654芝麻黑都是知名的花岗岩品种。

沉积岩是由沉积物在压力下固结而成的。最常见的沉积岩是砂岩和石灰岩。砂岩由砂粒胶结而成，质地较为疏松，容易加工，但强度和耐久性不如花岗岩。砂岩的颜色通常是黄色或褐色，表面往往有层状纹理。石灰岩是沉积岩中用量最大的一类，它主要由碳酸钙组成，有些石灰岩中还保留着远古生物的化石，成为独特的装饰纹理。大理石就是石灰岩经过变质作用形成的，纹理流畅，色彩丰富，是高档装饰的首选材料。

变质岩是原有岩石在高温高压下发生变化形成的。板岩就是典型的变质岩，它具有明显的层状结构，很容易沿层面劈开成薄片。中国南方许多传统建筑的瓦片就是用板岩制作的。板岩虽然硬度不高，但因为有劈理结构，即使表面磨损，也能保持相对平整，所以也可以用作地面材料。

中国的石材资源

中国地大物博，石材资源丰富，各地都有自己特色的石材品种。了解这些石材的特性和产地，有助于我们在设计中做出更合理的选择。

华东地区是中国石材的主产区之一。山东的花岗岩品种繁多，泰山红、平度灰、五莲红等都享有盛誉。福建的花岗岩以G654芝麻黑、G603白麻最为著名，质地坚硬，色泽均匀，大量出口到世界各地。江苏的大理石品质优良，东海的汉白玉洁白细腻，常用于雕刻和高档装修。

西南地区的石材同样丰富。云南的大理石因大理而得名，色彩斑斓，纹理变化多端，是装饰石材中的佳品。四川的汉白玉、红砂岩品质优良，成都周边的青石常用于传统园林建设。贵州的青石板材质细腻，是铺装地面的好材料。

北方地区的石材以花岗岩为主。河北的太行红、承德绿，山西的五台黑、恒山绿，内蒙古的黑金沙等，都是建筑装饰的常用材料。这些石材硬度高，耐寒性好，特别适合北方的气候条件。

石材的表面处理

同样的石材，通过不同的表面处理，可以呈现出完全不同的效果。这种变化，让石材的应用更加丰富多彩。

抛光是最常见的表面处理方式。抛光后的石材表面光洁如镜，纹理清晰，色彩鲜艳。走进高档酒店或商场，地面和墙面的抛光石材往往给人以高贵典雅的感觉。但抛光石材用于户外地面时要谨慎，因为雨天会变得非常滑。大理石和花岗岩都可以抛光，但砂岩由于质地疏松，一般不适合抛光。

火烧面是花岗岩的经典处理方式。用高温火焰喷烧石材表面，使表面的矿物晶体爆裂脱落，形成粗糙的表面。这种表面防滑性能好，同时呈现出石材质朴的质感。在广场、人行道等需要防滑的场所，火烧面花岗岩是理想的选择。北京天安门广场的地面就采用了火烧面花岗岩。

荔枝面是用工具敲击石材表面形成的凹凸效果，表面如荔枝皮般粗糙有致。这种处理方式既保证了防滑性，又展现了石材的厚重感。机切面则是直接从矿山切割下来的表面，保留了原始的切割纹理，有一种粗犷的美感，常用于现代简约风格的建筑中。

石材在建筑中的应用

传统建筑中，石材主要用于承重结构。长城的城墙、桥梁的墩台、寺庙的台基，都是由大块石材砌筑而成。这些石材构筑物依靠自身重量和相互挤压来保持稳定，体现了石材优异的抗压性能。苏州园林的假山，用太湖石等天然石材堆砌，保留了石材的自然形态，成为园林中独特的景观。

现代建筑中，石材更多地用于装饰。石材幕墙将薄薄的石材板（通常只有25-30毫米厚）通过金属框架固定在建筑外墙，既保留了石材的质感，又大大减轻了建筑负荷。上海的一些高档写字楼、酒店，外墙就采用了石材幕墙，呈现出庄重大气的形象。

石材地面是高档建筑的标配。机场、车站、酒店大堂、高档住宅的门厅，往往铺设抛光的花岗岩或大理石地面。这些石材地面不仅美观，而且耐磨耐用，使用几十年都不会有明显的损坏。需要注意的是，不同石材的耐磨性差异较大，公共区域应选择硬度高的花岗岩，而住宅室内可以使用纹理更美的大理石。

石材还广泛用于景观工程。广场铺装、园路、挡土墙、雕塑小品等，都能看到石材的身影。天然石材的色泽和纹理，能够很好地融入自然环境，同时又展现出人工雕琢的美感。

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混凝土的塑形之道

混凝土是现代建筑最重要的材料，没有之一。从高速公路到摩天大楼，从桥梁到水坝，混凝土无处不在。它既是最平凡的，也是最神奇的——在浇筑时，它是可以流动的液体；硬化后,它比石头还要坚固。

混凝土的组成与性能

混凝土的基本配方很简单：水泥、砂石、水，三种材料混合在一起就成了。但就是这简单的组合，创造出了现代建筑的奇迹。

水泥在其中扮演着胶结剂的角色。当水泥遇到水，会发生复杂的化学反应，逐渐硬化并产生强大的粘结力。砂石是混凝土的骨架，占据了混凝土体积的70%以上。粗骨料（石子）和细骨料（砂）按比例搭配，大颗粒之间的空隙由小颗粒填充，形成密实的结构。水则激发水泥的活性，同时使混凝土具有流动性，方便浇筑成型。

混凝土的性能高度可调。需要高强度？可以增加水泥用量，减少水灰比，添加高强骨料。需要保温隔热？可以用陶粒等轻质骨料替代普通砂石，做成轻骨料混凝土。需要防水？严格控制水灰比小于0.6，混凝土本身就具有很好的抗渗性能。港珠澳大桥使用的海工高性能混凝土，通过优化配合比和添加矿物掺合料，达到了C50以上的强度，同时具有优异的抗氯离子渗透性能，设计寿命达120年。

普通住宅楼的混凝土强度通常是C30（抗压强度30MPa），这已经足够承受建筑的自重和使用荷载。高层建筑底部的柱子和剪力墙，可能需要C50甚至C60的高强混凝土，以承受巨大的压力。超高层建筑如上海中心大厦，核心筒部分使用了C60混凝土，确保建筑的安全性。

混凝土的施工与表现

新拌混凝土是一种奇妙的材料。它像面糊一样可以流动，可以被倒入各种形状的模板中，却没有自己的承载能力。这就需要模板来约束它的形状，直到它硬化。

模板决定了混凝土的外形。传统的木模板、现代的钢模板或铝合金模板，都是混凝土的“暂时的家”。浇筑时，液态混凝土对模板产生巨大的侧压力，所以模板必须足够坚固。为了防止模板被混凝土的压力撑开，需要用对拉螺栓将两侧的模板连接起来。拆模后,这些螺栓孔就留在了混凝土表面，成为混凝土构件的标志性特征。

清水混凝土是混凝土表现力的极致体现。它不需要任何装饰，拆掉模板后的表面就是最终效果。清水混凝土表面留下了模板的痕迹——木纹、钢板的接缝、螺栓孔的位置，这些本来的“缺陷”反而成为了独特的美学语言。国家大剧院的外壳，就采用了高品质的清水混凝土，表面光滑平整，呈现出优雅的质感。

混凝土也可以展现其内在的骨料。在混凝土初凝后，用水冲刷表面的水泥浆，露出里面的石子，形成露骨料混凝土。这种处理让混凝土表面有了天然石材的质感，同时又保留了混凝土的整体性。通过选择不同颜色和形状的骨料，可以创造出丰富的装饰效果。

钢筋混凝土的协作

混凝土虽然抗压能力强，但抗拉能力很弱，单独使用有很大的局限性。钢筋的加入，彻底改变了这一状况。钢筋混凝土是一种完美的材料组合：混凝土承受压力，钢筋承受拉力，两者协同工作，可以承受各种复杂的受力状态。

这种组合之所以成功，还有一些巧妙的原因。混凝土和钢筋的热膨胀系数几乎相同，温度变化时它们同步胀缩，不会产生内应力。混凝土的碱性环境为钢筋提供了天然的防锈保护层，只要有足够厚度的混凝土保护层，钢筋就不会锈蚀。钢筋表面的肋纹与混凝土紧密咬合，形成牢固的结合，力量可以有效传递。

现代建筑中，钢筋混凝土的应用形式多种多样。框架结构由钢筋混凝土的梁、柱组成，空间灵活，适合办公楼、商场等需要大空间的建筑。剪力墙结构用钢筋混凝土墙体承重，整体性好，适合住宅楼。框架-剪力墙结构结合了两者的优点，是高层建筑的常用形式。

国家大剧院的巨大穹顶就是钢筋混凝土壳体结构的杰作。通过优化壳体的曲面形状，让结构以受压为主，同时配置适量的钢筋承受拉力和剪力，实现了大跨度、轻薄的壳体，既满足了结构要求，又达到了建筑美学的追求。

混凝土的应用改变了建筑的形式。它可以浇筑成任何形状，让建筑师的想象得以实现。从简单的方盒子到复杂的曲面，从小尺度的住宅到大跨度的体育场，混凝土都能胜任。它是支撑现代城市的基础材料，也是创造建筑艺术的重要媒介。

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砖与陶瓷的千年传承

中国是陶瓷的故乡，制陶技术的历史可以追溯到上万年前。从新石器时代的陶罐，到汉代的砖瓦，再到明清的琉璃瓦，烧制技术不断进步，陶瓷材料在建筑中的应用也越来越广泛。走进故宫，那金碧辉煌的琉璃瓦屋顶，就是中国古代陶瓷工艺的巅峰之作。

从泥土到陶瓷的蜕变

陶瓷的基本原料是粘土，这是一种广泛存在的矿物质。粘土的特殊之处在于，它遇水后具有可塑性，可以捏成各种形状；干燥后有一定强度；经过高温烧制后，会发生不可逆的物理化学变化，变得坚硬耐用。

制作陶瓷的第一步是制坯。将粘土加水调和成泥料，然后通过手工捏制、模具成型或挤压成型，做成需要的形状。现代砖瓦生产采用挤压成型，就像挤牙膏一样，将泥料从模具中挤出，形成连续的坯体，再按需要的长度切断。这种方法生产效率高，产品尺寸准确。

干燥后的坯体要送入窑炉烧制。这是最关键的步骤。在800°C左右，粘土中的矿物质开始熔融，坯体变得坚硬，吸水率降低，这就形成了陶器。如果温度继续升高到1200°C以上，矿物质完全熔融，形成玻璃态物质，把坯体中的孔隙封闭，吸水率降到极低，这就形成了瓷器。

烧制温度直接决定了陶瓷的性能。烧制温度越高，产品越致密，强度越高，吸水率越低，抗冻性和耐久性越好。普通红砖的烧制温度在900°C左右，属于陶器；瓷砖的烧制温度在1100-1250°C，介于陶器和瓷器之间；琉璃瓦表面的釉料烧制温度更高，达到1300°C以上。

砖的类型与应用

砖是最基本的砌筑材料，在中国有着悠久的历史。传统的实心粘土砖，就是我们常说的“红砖”，由粘土烧制而成，呈红色或青灰色。一块标准的红砖尺寸是240×115×53毫米，重量约2.5公斤，一个工人可以单手拿起，方便砌筑。

徽派建筑常用的青砖，其实和红砖的原料工艺类似，只是在烧制后期采用了“闷窑”工艺——减少供氧，让砖中的铁氧化物被还原，形成青灰色。青砖比红砖更致密，强度更高，但生产工艺复杂，成本较高，所以多用于高档建筑。

现代建筑中，空心砖和多孔砖逐渐取代了实心砖。这些砖在烧制前就设计了孔洞，大大减轻了重量，同时提高了保温隔热性能。一块空心砖的重量可能只有实心砖的60%，但强度并没有降低太多。这使得施工更轻松，也减轻了建筑物的自重。

烧结页岩砖是近年来发展起来的新型墙体材料。它以页岩为原料，经过粉碎、成型、烧制而成。页岩砖的保温性能好，强度高，是建筑节能的好选择。许多地区为了保护耕地，已经禁止使用粘土砖，转而推广页岩砖等替代产品。

砌筑的艺术

砖虽小，但通过不同的组合方式，可以砌筑出丰富多彩的墙体。砌筑方式不仅影响墙体的强度，也决定了墙面的视觉效果。

最常见的是“一顺一丁”砌法，就是一层砖顺着墙面方向放置（顺砖），下一层砖垂直于墙面放置（丁砖），这样交替砌筑。这种砌法能让墙体内外咬合紧密，整体性好。“梅花丁”砌法是丁砖按梅花状分布在顺砖中间，既保证了墙体强度，又节省了材料。“全顺砌”只有顺砖，施工快但整体性差，只用于非承重的隔墙。

砌筑时，砂浆的作用至关重要。砂浆填充砖之间的空隙，让砖块紧密结合成整体，还能调整砖的位置，使墙面平整。砂浆的强度不能太高，否则墙体太刚硬，容易开裂；也不能太低，否则墙体强度不足。通常采用水泥砂浆或混合砂浆，强度等级为M5-M10。

灰缝的处理也有讲究。传统建筑的灰缝往往向内凹陷，形成“勾缝”效果，这样既能突出砖块的立体感，又有利于排水。现代建筑的外墙灰缝通常是平的或略凸出，防止雨水渗入。内墙灰缝可以用灰浆抹平，形成平整的基层，便于后续抹灰或贴砖。

故宫的城墙，采用的是传统的糯米灰浆砌筑——在石灰砂浆中掺入糯米汁，增加粘结性和韧性，历经六百年风雨依然坚固。这种传统智慧，在现代文物保护工程中仍在应用。

瓷砖的装饰魅力

瓷砖是陶瓷材料在建筑装饰中的主要形式。相比于砌筑用的砖，瓷砖更注重表面的美观和功能性。瓷砖的表面通常施有釉料，烧制后形成光滑、防水、易清洁的表面，色彩和图案也更加丰富。

釉面砖是最常见的瓷砖类型。它在陶瓷坯体表面施釉烧制而成，表面光滑明亮，防水防污，图案丰富。厨房和卫生间的墙面，几乎都采用釉面砖，既美观又实用。釉面砖的耐磨性一般，主要用于墙面，不太适合人流量大的地面。

抛光砖是将烧制好的瓷砖表面打磨抛光而成。它没有釉层，通体同色，表面像镜面一样光滑。抛光砖硬度高，耐磨性好，适合用于客厅、走廊等地面。但它的防污性不如釉面砖，浅色抛光砖容易渗污,需要定期做防护处理。

仿古砖是近年来流行的瓷砖类型。它通过特殊的制作工艺和图案设计，呈现出古朴、自然的质感，可以仿木纹、仿石材、仿青砖等各种效果。仿古砖表面往往有凹凸的纹理，防滑性能好,既适合室内也适合室外。

玻化砖是瓷砖中的高端产品。它在高温下烧制,玻化程度高，吸水率极低（小于0.5%），硬度和耐磨性都很出色。大型商场、机场等公共场所的地面，常采用玻化砖，经得起高强度的使用。

传统建筑中的琉璃艺术

说到中国传统建筑中的陶瓷应用，不能不提琉璃。琉璃瓦是在陶瓷坯体表面施加铅釉，经过高温烧制而成的建筑材料。它色彩鲜艳，光泽明亮，不仅防水耐久，更是身份和等级的象征。

故宫的大殿屋顶，覆盖着金黄色的琉璃瓦，在阳光下熠熠生辉，彰显着皇家的威严。这些琉璃瓦不仅美观，更有实用价值。釉面光滑，雨水很容易流走，不会渗入屋面；釉层致密，经久耐用，数百年不褪色。除了黄色，还有绿色、蓝色、紫色等琉璃瓦，用于不同等级的建筑。

琉璃构件不仅限于瓦片。屋脊上的吻兽、檐角的走兽、影壁上的九龙壁，都是用琉璃烧制的。这些构件集建筑、雕塑、陶瓷工艺于一体，是中国传统工艺的瑰宝。北京北海公园的九龙壁，就是由424块琉璃构件组装而成，历经数百年依然色彩斑斓。

现代建筑中，琉璃的应用形式发生了变化，但其精神延续了下来。一些仿古建筑、文化建筑，仍然使用琉璃瓦屋顶，延续传统风格。陶板幕墙则是琉璃在现代建筑中的新应用——大幅面的陶瓷板材，表面可以做出各种质感和颜色，既有陶瓷的耐久性，又适应现代建筑的需求。国家游泳中心（水立方）的内装修就大量使用了陶板，营造出独特的空间氛围。

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金属材料的力量与光泽

金属材料代表着工业文明的力量。从古代的青铜器，到现代的摩天大楼钢结构，金属以其卓越的强度和独特的质感，在建筑中扮演着不可替代的角色。鸟巢体育场的钢结构，用3.6万吨钢材编织出令人震撼的建筑造型，展示了金属材料的无限可能。

金属的基本特性

金属材料有一些共同的特征，使它们区别于其他建筑材料。首先是高强度，无论是抗压还是抗拉，金属都表现优异。一根直径25毫米的钢筋，可以承受10吨以上的拉力，这是木材和混凝土望尘莫及的。其次是良好的塑性，金属可以通过锻造、轧制、挤压等方式加工成各种形状，从细如发丝的钢丝到巨大的工字钢，都能生产。再次是金属特有的光泽和质感，这种冷峻的美感是其他材料难以模仿的。

按照密度，我们把金属分为重金属和轻金属。铁、铜、锌、铅等属于重金属，密度大于4500千克/立方米；铝、镁等属于轻金属，密度较小。在建筑中，铁（钢材）是使用最多的金属，所以我们又把金属分为黑色金属（铁及其合金）和有色金属（其他金属）。

钢材是铁中加入少量碳和其他元素形成的合金。碳含量在0.02%-2%之间的铁碳合金称为钢。通过调整碳含量和添加其他合金元素，可以获得各种性能的钢材。普通碳素钢价格便宜，广泛用于建筑结构；低合金高强度钢强度更高，可以减轻结构自重；不锈钢耐腐蚀，常用于装饰和特殊环境。广州塔的钢结构，部分采用了Q420高强度钢，既保证了安全，又实现了轻盈的造型。

金属的一个重要特性是它的应力-应变关系。当钢材受到拉力时，开始阶段变形很小，卸载后能恢复原状，这是弹性阶段；当拉力超过屈服点后，钢材开始产生明显的塑性变形，即使卸载也不能完全恢复，这是塑性阶段；继续拉伸，钢材会在某一位置突然断裂。这种特性让钢材在结构设计中很有优势——在地震等极端情况下，钢结构可以通过塑性变形消耗能量，而不会突然断裂。

常用建筑金属材料

除了钢材，建筑中还使用多种有色金属，它们各有特点，适用于不同的场合。

铝合金是建筑中使用最多的有色金属。铝的密度只有钢的三分之一，经过合金化和表面处理后，强度可以达到中等钢材的水平，同时具有优异的耐腐蚀性能。门窗框、幕墙龙骨、装饰板材，大量采用铝合金。铝合金还可以通过阳极氧化处理，在表面形成坚硬的氧化膜，并能染上各种颜色，增加装饰效果。上海中心大厦的幕墙系统，就大量使用了高性能铝合金型材。

铜及铜合金以其独特的色泽和优异的耐腐蚀性能，成为高档建筑的选择。铜呈现红褐色的金属光泽，随着时间推移，表面会形成绿色的铜绿（碱式碳酸铜），这层铜绿反而起到了保护作用，让铜制品能够使用数百年。故宫太和殿的铜狮、颐和园的铜牛，都是铜的耐久性的最好证明。现代建筑中，铜板常用于屋面和墙面，虽然造价较高，但其独特的美感和超长的使用寿命，使得综合成本并不高。

钛锌板是锌中加入少量钛形成的合金。它具有良好的延展性，可以在现场冷加工，咬合成各种复杂的造型。钛锌板表面会形成致密的氧化层，呈现出银灰色的亚光质感，非常适合现代建筑的简约风格。与铜板相比，钛锌板价格更为适中，在欧洲应用广泛。

金属的腐蚀与防护

金属的一大弱点是容易腐蚀。除了金、银、铂等贵金属，大多数金属都会与空气中的氧气、水分发生反应，形成氧化物或其他化合物。钢铁生锈就是最常见的腐蚀现象。锈蚀不仅影响美观，更严重的是会降低金属的强度，威胁结构安全。

有些金属的腐蚀层能够起到保护作用。铝、铜、锌等金属表面形成的氧化层致密而稳定，能够阻止腐蚀继续深入。铜的绿色铜绿、铝的灰色氧化膜，都属于这类保护性锈层。但普通钢材的铁锈疏松多孔，不能阻止腐蚀，反而会加速腐蚀过程。

防止钢材腐蚀的方法主要有隔离保护和牺牲阳极保护。隔离保护是在钢材表面涂刷防锈漆、喷涂防腐涂层，或者包裹其他材料，使钢材与空气和水隔离。高层建筑的钢结构，都会涂刷多道防锈漆，既防腐又防火。牺牲阳极保护是在钢材表面镀上更活泼的金属，如锌（镀锌钢板），让锌先腐蚀掉，从而保护里面的钢材。

金属在建筑中的应用

金属材料在建筑中的应用形式非常丰富，从结构骨架到装饰表皮，从连接件到功能部件，几乎无处不在。

钢结构是金属在建筑中最重要的应用。高层建筑、大跨度建筑，几乎都离不开钢结构。钢材强度高、自重轻，可以做出跨度几十米甚至上百米的结构。鸟巢体育场的钢结构，主桁架跨度达到343米，如果用混凝土是无法实现的。钢结构还有一个优点是可以工厂预制、现场装配，大大缩短施工周期。许多超高层建筑采用钢-混凝土混合结构，核心筒用混凝土，外围用钢柱钢梁，发挥各自的优势。

金属幕墙是现代建筑的标志性元素。薄薄的金属板材，通过龙骨系统固定在建筑外墙，形成轻盈的表皮。铝板幕墙最为常见，可以做成各种颜色和质感。不锈钢板幕墙反射周围的环境，呈现出变化的光影效果。铜板幕墙随着时间推移，会从红褐色变为古铜色再变为绿色，记录着建筑的时光流转。

金属屋面在大型公共建筑中应用广泛。体育场馆、机场航站楼、会展中心，常采用金属屋面系统。压型钢板或铝镁锰合金板，通过咬合连接形成完整的防水层，同时减轻了屋面自重。这类金属屋面系统排水迅速，维护方便，使用寿命长。

金属的另一个重要用途是各种连接件和五金配件。门窗的合页、把手，幕墙的连接件，钢结构的节点板，虽然不起眼，但对建筑的功能和安全至关重要。这些配件需要承受反复的使用和各种力的作用，只有金属才能胜任。

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玻璃的透明世界

玻璃是建筑中最神奇的材料之一。它既是墙，又不是墙——它界定了空间，却让视线穿透；它遮挡了风雨，却引入了阳光。现代建筑的玻璃幕墙，让建筑变得通透轻盈，改变了我们对建筑的认知。国家大剧院的玻璃幕墙，在水面的倒影中，展现出梦幻般的视觉效果。

玻璃的制造与特性

玻璃的主要原料是石英砂（二氧化硅），加入纯碱、石灰石等助熔剂，在1500°C以上的高温下熔化，然后快速冷却形成。由于冷却速度快，原子来不及排列成晶体结构，形成了无定形的玻璃态。这种结构使玻璃具有透明、坚硬但脆的特性。

建筑玻璃主要采用浮法工艺生产。熔融的玻璃液浮在熔融的锡液面上，依靠重力和表面张力自然展平，形成平整光滑的玻璃带。这种工艺生产的玻璃厚度均匀，表面质量高，是现代建筑玻璃的主流产品。玻璃的厚度从3毫米到19毫米不等，用途不同选用的厚度也不同。

玻璃的强度特性很独特。它的抗压强度很高，达到1000MPa，但抗拉强度和抗弯强度很低，只有几十MPa。更特殊的是，玻璃的实际强度受表面状态影响很大。表面如有划痕或裂纹，强度会大幅下降。这就是为什么玻璃要小心搬运，避免表面损伤的原因。

钢化玻璃是通过热处理提高玻璃强度的产品。将普通玻璃加热到软化点附近，然后用冷风急速冷却，使表面快速收缩形成压应力，内部形成张应力。这种应力状态使玻璃的抗冲击强度提高3-5倍。更重要的是，钢化玻璃破碎后会形成细小的颗粒状碎片，而不是尖锐的碎片，大大减少了伤人的危险。建筑门窗、玻璃隔断，都优先选用钢化玻璃。

夹层玻璃是在两片或多片玻璃之间夹入透明的PVB胶片，经过高温高压粘合而成。即使玻璃破碎，碎片也会粘在胶片上，不会脱落伤人。夹层玻璃还有很好的隔音效果。高层建筑的外窗、玻璃栏板、玻璃雨棚等安全要求高的部位，都要使用夹层玻璃或钢化夹层玻璃。

节能玻璃系统

建筑能耗中，通过窗户损失的能量占很大比例。传统的单层玻璃窗，传热系数高达6W/(m²·K)，冬天大量热量流失，夏天大量热量进入。节能玻璃的出现，大大改善了这一状况。

中空玻璃是最基本的节能玻璃。两片玻璃之间留有9-12毫米的空气层或惰性气体层，周边用密封材料密封。空气的导热系数远低于玻璃，这个间层起到了很好的隔热作用。中空玻璃的传热系数可以降到2.8W/(m²·K)左右。如果充入氩气，效果更好。三层中空玻璃的保温性能接近墙体，在严寒地区广泛应用。

低辐射玻璃（Low-E玻璃）是在玻璃表面镀上一层透明的金属氧化物薄膜，这层膜对可见光具有很高的透射率，但对红外线则具有很高的反射率。冬季，它能够反射室内发出的热辐射，减少热量流失；夏季，则能反射室外太阳辐射热，降低热量进入室内。将低辐射玻璃与中空玻璃结合使用，可使传热系数降至1.5W/(m²·K)以下，接近保温墙体的水平。像深圳平安金融中心等超高层建筑，就大量采用了低辐射中空玻璃，有效降低了空调的能源消耗。

玻璃幕墙的应用

玻璃幕墙是现代建筑的标志性元素，它让建筑变得通透、轻盈、现代。从技术上说，幕墙是建筑的外围护结构，不承受主体结构的荷载，只承受自重和风荷载，并传递给主体结构。

框架式玻璃幕墙是最常见的类型。竖向的铝合金立柱和横向的横梁组成框格，玻璃嵌入框格中，用压板固定。这种幕墙构造简单，施工方便，维护也相对容易。但框架暴露在外，影响了整体的通透感。

点支撑玻璃幕墙通过不锈钢爪件，在玻璃的四角或边缘某几个点进行支撑。玻璃之间的缝隙用硅酮胶密封。这种幕墙视觉上非常通透，框架隐藏在玻璃后面或消失了，建筑立面几乎全是玻璃。但对玻璃的质量要求很高，必须使用钢化夹层玻璃，施工精度要求也高。国家大剧院的玻璃幕墙就采用了点支撑形式，与钛金属屋面形成虚实对比。

全玻璃幕墙没有金属框架，完全由玻璃和结构胶构成。玻璃之间通过结构胶粘结，形成整体。这种幕墙最通透，但对设计和施工要求极高，成本也高，主要用于小面积的高档建筑。

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塑料的多变应用

塑料是20世纪最重要的发明之一。在建筑中，虽然塑料不像混凝土、钢材那样显眼，但它的应用无处不在——从管道到保温材料，从密封条到装饰板，塑料以其轻质、耐腐蚀、易加工的特性，解决了许多传统材料难以解决的问题。

塑料的基本类型

塑料是以高分子聚合物为主要成分的材料。根据受热后的行为，塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料加热后软化，可以反复加工成型，如PVC、PE、PP等。热固性塑料加热固化后，再加热也不会软化，如环氧树脂、酚醛树脂等。

PVC（聚氯乙烯）是建筑中用量最大的塑料。它价格低廉，耐腐蚀性好，加工方便。排水管、电线管大多采用PVC制造。PVC门窗型材也广泛应用于住宅建筑，保温性能好，价格适中。但PVC燃烧时会产生有毒气体，所以在某些要求严格的场所不能使用。

PE（聚乙烯）密度低，柔韧性好，主要用于给水管道、保温膜、防潮层等。PE管道卫生无毒，耐腐蚀，使用寿命长，逐渐取代了金属管道。PP（聚丙烯）强度比PE高，耐热性好，用于热水管道和耐高温部件。

聚氨酯（PU）是重要的保温材料。聚氨酯泡沫塑料导热系数很低，只有0.02W/(m·K)左右，是优秀的保温隔热材料。外墙保温、屋面保温、冷库保温，都大量使用聚氨酯。硬质聚氨酯泡沫还可以做成保温板、彩钢夹芯板，既保温又轻质。

塑料的建筑应用

塑料管道是塑料在建筑中最重要的应用。PVC排水管重量轻，安装方便，不会生锈，价格低廉，已经完全取代了铸铁排水管。PE给水管柔韧性好，可以盘卷运输，连接方便，在市政给水和建筑给水中广泛应用。PP-R管耐热性好，可以用于热水系统，是住宅热水管道的首选。

塑料门窗在节能建筑中发挥着重要作用。PVC塑料型材内部有多个空腔，形成隔热层，传热系数远低于铝合金。配合中空玻璃，塑料窗的保温性能可以达到很高的水平。在北方寒冷地区，塑料窗的应用非常普遍。不过，塑料窗的强度不如铝合金窗，大尺寸窗户需要内衬钢材增强。

保温材料是塑料的另一大应用领域。聚苯板（EPS）、挤塑板（XPS）、聚氨酯板等泡沫塑料，导热系数低，是墙体和屋面保温的主要材料。外墙外保温系统通常采用聚苯板或岩棉板，通过粘结和锚固的方式固定在墙体表面，外表抹抹面砂浆和涂料，既保温又美观。

塑料装饰材料也很丰富。塑料地板（PVC地板）耐磨、防水、易清洁，广泛用于医院、学校、商场等公共建筑。铝塑板是铝板和塑料芯材复合而成的板材，表面是彩色铝板，中间是塑料芯，重量轻、强度好、色彩丰富，常用于建筑外墙和室内装修。吊顶常用的铝扣板，表面喷塑处理，也属于塑料装饰的范畴。

塑料的另一个重要用途是各种密封材料和防水材料。硅酮密封胶是玻璃幕墙、门窗安装必不可少的材料，它能适应接缝的变形，保持密封性能。防水卷材如SBS改性沥青防水卷材、PVC防水卷材等，在屋面和地下防水工程中大量使用。

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纺织品与膜结构的轻盈

纺织品和膜材料是建筑中最轻盈的材料。它们柔软、轻质，只能承受拉力，需要通过张拉形成稳定的结构。这种独特的力学特性，创造出了传统建筑材料无法实现的建筑形式。国家游泳中心（水立方）的ETFE膜结构，就是膜材料的经典应用。

建筑膜材的类型

建筑膜材主要有三种：PTFE膜、PVC膜和ETFE膜。它们各有特点，适用于不同的场合。

PTFE膜（聚四氟乙烯涂层玻璃纤维膜）是高性能膜材。玻璃纤维织物提供强度，PTFE涂层提供防水和自洁性能。PTFE膜强度高，耐久性好，表面不粘污物，使用寿命可达25年以上。上海八万人体育场的膜结构屋顶，采用的就是PTFE膜，经过20多年使用，仍然性能良好。但PTFE膜透光率较低，一般只有10%-20%，而且价格较高。

PVC膜（聚氯乙烯涂层聚酯纤维膜）是应用最广的膜材。聚酯纤维织物价格适中，PVC涂层防水性能好。PVC膜可以做成不同的颜色，透光率可达30%-40%。临时建筑、展览馆、体育设施常采用PVC膜。但PVC膜的耐久性不如PTFE膜，一般使用10-15年，而且PVC涂层会老化，需要定期维护。

ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物膜）是近年来兴起的新型膜材。它是一种透明的氟塑料薄膜，厚度只有0.1-0.3毫米，重量极轻，每平方米只有几百克。ETFE膜透光率很高，可达95%，而且可以做成充气的气枕结构，形成保温层。水立方的外墙就是用ETFE气枕拼成的，既透光又保温，白天晶莹剔透，夜晚可以变换灯光色彩，成为北京的地标建筑。

膜结构的形式

膜结构必须通过张拉才能形成稳定的形状。按照支撑方式，膜结构分为骨架支撑式、张拉式和充气式三种。

骨架支撑式是将膜材覆盖在刚性骨架（钢架或索网）上，膜材只起围护作用。这种结构形式简单，造价相对较低，适用于小跨度的遮阳棚、看台顶棚等。景区的遮阳伞、停车棚，很多采用这种形式。

张拉式是通过拉索和桁架，对膜材施加张拉力，使膜材形成曲面。这是真正的膜结构形式，膜材和拉索共同承受荷载。张拉膜可以覆盖大跨度空间，形态优美，富有动感。2008年北京奥运会的多个临时场馆，采用的就是张拉膜结构。张拉膜通常设计成鞍形、波浪形等双曲面，这样可以保证膜面各处都受拉，结构稳定。

充气式是利用空气压力支撑膜材。单层充气结构是在建筑物内部充气，使内压略高于外压，膜材受内压支撑形成稳定的形状。双层充气结构是在两层膜之间充气，形成气枕或气柱，起到承重和保温作用。水立方的ETFE外墙就是双层充气气枕，每个气枕都像一个透明的枕头，拼接起来形成了独特的泡泡状外观。

膜结构的应用

膜结构最适合的是大跨度、对自然采光要求高、造型要求独特的建筑。体育场馆是膜结构的典型应用。看台顶棚采用膜结构，不仅能遮阳挡雨，轻盈的造型也为建筑增色不少。商业步行街的顶棚、广场的遮阳设施，也常采用膜结构，成本适中，效果良好。

交通建筑是膜结构的另一个重要应用领域。机场航站楼、火车站站台雨棚，面积大、跨度大，膜结构既能满足功能要求，又能创造独特的空间效果。上海浦东国际机场T2航站楼的屋顶，部分采用了膜结构，自然光线透过膜面洒下来，室内明亮而柔和。

膜材料还可以用于建筑外围护。ETFE膜可以做成气枕外墙或采光顶，透光保温，营造特殊的光环境。一些展览馆、植物园温室，采用ETFE膜，白天可以充分利用自然光，节约照明能耗。

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材料选择的设计智慧

设计一座建筑，选择材料是最重要的决策之一。材料不仅决定了建筑的性能和成本，更决定了建筑的气质和表达。从古至今，优秀的建筑都是材料选择得当的典范。理解材料、尊重材料、合理使用材料，是每一个建筑设计者的必修课。

从设计出发选材料

有两种基本的材料选择策略。一种是从材料出发，让材料的特性引导设计；另一种是从设计出发，根据设计需要选择材料。这两种策略并不矛盾，往往交替使用，相互促进。

从材料出发的设计，强调的是发挥材料的本性。木材天然的纹理和质感，适合营造温暖亲切的氛围；混凝土可塑的特性，适合创造雕塑般的建筑形体；玻璃的透明性，适合追求通透轻盈的效果。苏州博物馆新馆的设计，贝聿铭先生就充分考虑了江南地区的传统材料——白墙黑瓦、木构、石材，用现代的手法重新演绎，创造出既传统又现代的建筑。

从设计出发选材料，是先有了设计构思，再寻找能实现这个构思的材料。这种方法在现代建筑中更为常见，因为材料的选择范围大大扩展了，设计的自由度也提高了。关键是要找到设计理念与材料特性的最佳契合点。深圳当代艺术馆的设计，需要表达动感和未来感，设计师选择了曲面的金属板幕墙，配合LED灯光，实现了设计的意图。

材料的组合策略

现代建筑很少使用单一材料，更多的是材料的组合。合理的材料组合，可以让每种材料在最适合的位置发挥最大的作用，实现技术与艺术的统一。

结构与围护分离是现代建筑的基本策略。混凝土或钢材承担结构功能，保证安全；外墙的砌块、保温层、装饰面层各司其职，满足保温、防水、美观等要求。这种分层设计，让每层材料专注于自己的功能，整体性能得到优化。

功能分区用材也是重要原则。建筑的不同部位，使用要求不同，选用的材料也应不同。地下室防水要求高，用防水混凝土和防水卷材；外墙保温要求高，用保温砌块或外保温系统；室内地面耐磨要求高，用瓷砖或硬木地板；潮湿的卫生间，用防水防滑的材料。

材料的对比与呼应能创造丰富的建筑表情。坚硬与柔软、粗糙与光滑、厚重与轻盈、温暖与冷峻，不同材料的对比能产生强烈的视觉冲击和情感共鸣。同时，适当的重复和呼应，又能统一建筑的整体形象。例如，一座建筑可以用石材做基座，表现稳重；用玻璃做主体，表现通透；用金属做点缀，表现精致。

可持续的材料策略

当代建筑越来越重视可持续发展。材料的选择，不仅要考虑建筑本身，还要考虑对环境的影响、对资源的消耗、对未来的责任。

优先选用本地材料可以减少运输能耗，支持地方经济，建筑也更容易融入环境。中国各地都有特色的地方材料，善加利用，既经济又能体现地域特色。

选用可再生材料和可循环材料是可持续的重要策略。木材是可再生的，只要合理砍伐和种植，可以永续利用。钢材、铝材、玻璃都是可以回收再利用的材料。相比之下，烧结砖、混凝土的回收利用就困难得多。设计时考虑建筑的可拆卸性、材料的可分离性，为将来的回收利用创造条件。

减少材料用量也是可持续的体现。通过优化设计，用更少的材料达到同样甚至更好的效果。轻质高强的材料、高效的保温材料，都能减少材料消耗。预制装配式建筑，可以精确控制材料用量，减少现场浪费。

关注材料的全生命周期影响，从原料开采、生产制造、运输安装、使用维护到拆除回收，每个环节都要考虑能耗和环境影响。选择低碳材料、低挥发性材料、可降解材料，为建筑的可持续性贡献力量。

建筑材料的世界丰富多彩，每一种材料都有其独特的性格和魅力。理解材料、尊重材料、善用材料，是建筑设计的基本功，也是建筑师一生的修炼。从材料出发，以人为本，追求建筑、环境、社会的和谐统一，这是我们学习建筑材料的最终目的。