《智能材料 第2版》 课件 陈英杰 第8-11章 智能混凝土-建筑智能化技术

智能材料智能混凝土

第8章智能混凝土智能材料智能混凝土§8.1智能混凝土发展概述定义和特性：智能混凝土是基于传统混凝土的组分基础上复合智能型组分，使其具有自感知和记忆、自适应和自修复的特性起源于20世纪60年代，日本和美国的研究人员开始开发智能建筑材料，取得了一些进展起源和发展：挑战和局限：制备完善的智能混凝土材料相当困难研究进展：国内外开始进行机敏混凝土材料的研究，取得了一些进展，包括基于碳纤维混凝土的道路及桥梁路面的自适应融雪和融冰系统等智能材料智能混凝土§8.1智能混凝土发展概述研究现状：智能混凝土：当前研究热点是自诊断、自愈合智能混凝土材料，具有自感应、自调节和自修复组件材料自诊断、自愈合智能混凝土：使用形状记忆合金（SMA）丝和液芯光纤，实现混凝土中的自诊断和自修复仿生自诊断和自修复智能混凝土：模仿生物神经网络，在混凝土中形成智能型仿生自诊断、自愈合神经网络系统机敏混凝土的意义：提高结构性能，延长寿命，提高安全性和耐久性智能材料智能混凝土§8.1智能混凝土发展概述发展趋势：智能阶段发展：智能混凝土正向智能阶段发展，实现材料结构的智能一体化智能组件集成化与小型化：整合小型智能组件将增强与混凝土基材的兼容性，提升智能控制与自诊断能力开发智能控制材料：神经中枢网络控制材料对环境变化进行适应性调控，关键于智能混凝土的发展仿生功能实现：智能混凝土将具备监测、感知、调节和修复等多种仿生功能，实现整体智能化智能材料智能混凝土§8.2目前智能混凝土的智能特性损伤自诊断混凝土（自感应混凝土）碳纤维混凝土特性：自感应功能，电阻变化监测内部应力、应变和损伤程度压敏性：电阻变化随内部应力变化，监测拉、弯、压等工况温敏性：电阻变化随温度变化，自监控大体积混凝土温度热电效应：监控建筑物内部和周围环境温度变化应用：工业防静电结构、公路路面、机场跑道等温度自调节混凝土自调节需求：混凝土需在自然灾害中调整承载力和减振形状记忆合金：用于提高混凝土承载能力电粘性流体：调节混凝土自振频率，减震效果湿度调节：沸石粉混凝土可自动控制室内湿度机敏电效应：实现结构传感和温度控制碳纤维应用：用于道路桥梁的自适应融雪感应式混凝土智能材料智能混凝土§8.2目前智能混凝土的智能特性仿生自愈合水泥砂浆混凝土损伤问题：在使用过程中，混凝土不可避免地会出现局部开裂和微观损伤，肉眼可见的宏观破坏可以手动修复，但微观损伤难以检测和修复局限性检测技术：现有无损检测技术（如超声波）不足以探测微观损伤，未及时修复可能导致结构进一步损坏传统修复方式：过去主要依赖事后和定时维修，已无法满足现代建筑的需求自愈合仿生混凝土：通过复合特殊组分，模仿生物自愈合机制，形成智能型修复系统，提高混凝土的自我修复能力仿生自愈合水泥砂浆智能材料智能混凝土§8.2目前智能混凝土的智能特性仿生自愈合水泥砂浆-实验研究实验设计：采用聚氨酯和丙烯酸酯作为修复剂，注入空心玻璃纤维，埋入水泥砂浆试件实验设计：尺寸40mm×40mm×160mm水灰比0.44；灰砂比1:2.5；龄期28d测试方法：使用INSTRON8501进行三点弯曲试验，加载速率为0.025mm/min修复过程：微裂缝导致修复纤维断裂，修复剂渗入基体后进行养护，固化后再次进行弯曲试验监测：测试过程中，使用声发射技术监测试件的破坏过程智能材料智能混凝土§8.2目前智能混凝土的智能特性仿生自愈合水泥砂浆-实验结果及分析自愈合水泥砂浆的强度：修复剂比较：使用丙烯酸酯修复剂后的强度最高，聚氨酯次之强度变化：修复后试件强度未下降，略有上升，因修复剂填补了微裂缝承载力因素：开裂后承载面积减少导致承载力下降，但修复剂的作用使强度恢复智能材料智能混凝土§8.2目前智能混凝土的智能特性仿生自愈合水泥砂浆-实验结果及分析自愈合水泥砂浆的强度：韧性改善：修复剂修复后，试件的脆性有所改善，尤其是经丙烯酸酯修复的试件断裂面观察：界面粘接太强或太弱均不利于材料的断裂韧度界面设计：界面粘接适中，即允许界面有一定的脱粘时，才会产生最优的断裂韧度荷载-挠度曲线：修复后试件的荷载-挠度曲线下降段较缓慢，显示韧性改善自愈合混凝土：界面控制设计对混凝土断裂韧度的改善是十分重要的智能材料智能混凝土§8.2目前智能混凝土的智能特性仿生自愈合水泥砂浆-实验结果及分析自愈合水泥砂浆修复前后的破坏过程特性：裂缝愈合：荷载导致基体产生微裂缝，修复纤维开裂，粘结液流出并渗入裂缝，使裂缝重新愈合声发射事件累计数：经修复后的水泥砂浆，其声发射事件累计数和振铃累计数从一开始便迅速增加峰值出现：当荷载达到最大值时开始出现明显的声发射事件的峰值无凯塞效应：修复后的水泥砂浆没有产生凯塞效应，表明流入裂缝中的修复液已使混凝土中的裂缝得到了愈合，且效果显著智能材料智能混凝土§8.2目前智能混凝土的智能特性仿生自愈合水泥砂浆-结论将含有混凝土修复剂的空心玻璃纤维埋入混凝土结构中，形成混凝土自愈合系统，可使修复后的混凝土强度略有升高，达到自愈合效果不同的修复剂对混凝土的愈合效果不同，其中丙烯酸酯较佳，聚氨酯次之愈合后的混凝土断裂韧度明显提高控制自愈合混凝土断裂界面是愈合后混凝土强度恢复和韧性改善的关键智能材料智能混凝土§8.3思考题1简述智能混凝土的定义和发展史。2简述自诊断、自愈合混凝土的工作过程。3简述智能混凝土的发展趋势。4当前的智能混凝土有哪些智能特性?5自诊断智能混凝土的压敏性和温敏性分别指什么?6温度自调节混凝土的工作机理是什么？温度调节混凝土可应用于哪些方面?智能材料结构控制

第9章结构控制智能材料结构控制§9.1结构控制概念简介局限性：传统的抗震和抗风设计方法通过加大构件的截面尺寸、增加结构刚度或提高材料的强度等级来耗散振动能量，这种方法极不经济，特别是对于高层建筑结构控制的目的就是要采用一定的控制措施，减轻和抑制结构在地震、强风及其它动力荷载作用的动力反应，增强结构的动力稳定性，提高结构抵抗外界振动的能力目的：原理：结构控制主要通过以下途径得以实现：控制振动的震源、切断震源的传播途径、避免结构共振、提高结构的衰减性和施加与结构运动相反的作用力智能材料结构控制§9.1结构控制概念简介分类：被动控制：无需外界提供能量，依靠结构元件之间、结构与辅助系统之间的相互作用消耗振动能量吸振技术：将一个子系统安装在结构之上，子系统与结构一起振动，分担部分振动能量。耗能技术：将结构的某些部件设计成耗能部件或安装一些耗能器来消耗振动能量。智能材料结构控制§9.1结构控制概念简介分类：主动控制：应用现代控制技术，对输入地震动和结构反应实现联机实时跟踪和预测，再按照分析计算结果应用伺服加力装置对结构施加控制力。主要用于保护设备、设施的安全和减轻由于设备损坏引起的次生灾害。半主动控制：以被动控制为依托，仅需少量的能量用于改变被动控制系统的参数或工作状态，以适应系统对最优状态的跟踪从而取得较好的控制效果。兼有被动控制和主动控制的优点，比较适合于工程结构的抗震设防。混合控制：将主动控制系统和被动控制系统同时施加在同一个结构上的结构控制系统.充分利用了被动控制与主动控制各自的优点，可以改变结构的振动特性，增加人工阻尼，又可以利用主动控制系统保证控制效果。智能材料结构控制§9.1结构控制概念简介应用：1、电（磁）流变材料：电流变流体（ER）和磁流变流体（MR）可以转变为具有一定屈服剪应力的粘塑性体。可用于结构减震，实现减小整个结构地震反应的目的。设计和制作的耗能器具有结构简单、耗电功率小、反应迅速等特点。2、形状记忆合金（SMA）：具有形状记忆效应和超弹性记忆效应。可以作为阻尼耗能元件，或者作为温度调节的主动控制驱动装置。可以用于智能被动控制结构，例如裂缝自诊断和主动控制的机敏混凝土构件。智能材料结构控制§9.2形状记忆合金在结构控制中的运用结构振动控制可以分为基础隔震、被动耗能减振、主动和半主动控制、混合控制以及智能控制。

智能材料主要有：形状记忆合金（SMA）：具有形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼特性。电流变液：可以转变为具有一定屈服剪应力的粘塑性体。磁流变液：可以转变为具有一定屈服剪应力的粘塑性体。压电材料：可以将机械能转换为电能。磁致伸缩材料：可以将磁场转换为机械能。智能材料结构控制§9.2形状记忆合金在结构控制中的运用形状记忆合金的特性：形状记忆效应：可以自动恢复到原来的形状。超弹性效应：可以承受大变形能力。高阻尼特性：可以有效地消耗地震能量。形状记忆合金的优势：高耗能能力：比普通金属材料大得多。极好抗疲劳能力：不损伤材料。特别适合于结构的抗震控制：可以有效地消耗地震能量，并可以利用其记忆效应使变形恢复。智能材料结构控制§9.2形状记忆合金在结构控制中的运用形状记忆合金（SMA）在结构被动控制中的研究主要集中在：利用SMA的超弹性效应和高阻尼特性：制作被动阻尼器，以抑制结构地震反应。理论模型：建立SMA的力学模型，研究其在结构中的应用。桥梁减振控制：利用SMA延性阻尼器减轻地震对桥梁的损伤。框架结构减震：利用SMA阻尼器减少框架结构的地震反应。隔震技术：利用SMA隔震复位装置减小结构振动。工程应用：SMA被动控制系统在实际工程中的应用，例如加固意大利Giorgio教堂的钟塔。形状记忆合金用于被动控制：智能材料结构控制§9.2形状记忆合金在结构控制中的运用SMA的优势：高耗能能力：比普通金属材料大得多。极好抗疲劳能力：不损伤材料。特别适合于结构的抗震控制：可以有效地消耗地震能量，并可以利用其记忆效应使变形恢复。研究结果表明，SMA被动控制系统可以有效地减小结构的地震反应，并且具有良好的抗疲劳能力和高耗能能力。形状记忆合金用于被动控制：智能材料结构控制§9.2形状记忆合金在结构控制中的运用形状记忆合金（SMA）在主动控制方面的研究主要集中在：利用SMA的形状记忆效应：产生回复力对结构进行驱动。利用SMA的弹性模量随温度变化：改变结构的振动频率。研究SMA复合材料层合结构：进行振动主动控制试验研究。设计SMA驱动器：利用SMA的形状记忆效应和弹性模量特性。研究人员提出的解决方案：改进SMA的散热性能：提高驱动频率。采用先进的热传导方法：缩短加热和冷却时间。保留和利用SMA的形状记忆效应：提高驱动频率。形状记忆合金用于主动控制：智能材料结构控制§9.2形状记忆合金在结构控制中的运用SMA主动控制的优势：高驱动力：SMA可以产生高回复力。可调节：SMA的弹性模量可以通过温度变化进行调节。低频控制：SMA适用于低频的主动控制。SMA主动控制的挑战：响应速度慢：SMA的驱动作用需要一定的时间。冷却条件：SMA的冷却条件对驱动频率有影响。散热性能：SMA的散热性能需要改进。形状记忆合金用于主动控制：智能材料结构控制§9.2形状记忆合金在结构控制中的运用形状记忆合金（SMA）在智能控制方面的研究主要集中在：利用SMA的超弹性能和形状记忆效应：设计具有智能性的控制装置。实现结构的智能控制：通过SMA的形状记忆效应和弹性模量特性实现结构的智能控制。SMA自适应吸收器：通过对SMA的开、关作动，实现SMA复合元件频率的调节和变化。智能限制器：利用SMA智能限制器对桥梁振动进行控制，减轻地震对桥梁造成损伤。智能控制装置：具有自修复和自诊断等功能的智能材料，可以为桥梁结构提供更有效的地震保护系统。形状记忆合金用于智能控制：智能材料结构控制§9.2形状记忆合金在结构控制中的运用SMA智能控制的优势：自适应性：SMA可以实现自适应控制。高性能：SMA可以提供高性能的控制。简单：SMA自适应吸收器可以作为一种简单、高性能的控制技术。智能控制：SMA可以实现对结构的智能控制。SMA智能控制的应用：桥梁结构：SMA智能控制装置在桥梁结构中得到了广泛的研究和应用。地震保护：SMA智能控制装置可以为桥梁结构提供更有效的地震保护系统。自修复：SMA智能控制装置可以实现结构的自复位功能。形状记忆合金用于智能控制：智能材料结构控制§9.2形状记忆合金在结构控制中的运用当前研究状态：SMA已在结构振动控制领域取得明显效果。发展前景：SMA具有广阔的发展前景，但仍有许多问题待解决。未来研究方向：深入研究SMA阻尼器性能。开展SMA在结构减振控制中的应用研究。研制新型SMA控制器。研究SMA的复合应用。SMA特点：兼有感知和驱动功能，具有形状记忆效应。结论与展望：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器隔震装置的性能要求：竖向承载能力：能够承受上部建筑物的重量。竖向刚度：不能有过大变形。水平刚度：需要具有充分的柔度。阻尼：需要有一定的阻尼衰减特性。耐久性：能够正常工作50年或更长时间。耐火性：能够在火灾等情况下仍发挥作用。智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器隔震装置的类型：叠层橡胶支座隔震：占绝大多数。滑移隔震：另一种隔震方式。隔震的原理：延长结构周期：避开地面运动的卓越周期。增加结构阻尼：减小结构的加速度反应。集中位移：使结构的位移集中于隔震层。刚体化：使上部结构像刚体一样，自身相对位移很小。智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器隔震的效果：减小加速度反应：使结构的加速度反应大大减小。防止破坏或倒塌：使建筑物不产生破坏或倒塌。智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器叠层橡胶支座的介绍：基本结构：由钢板和橡胶叠合而成，中间有螺栓孔和封板。类型：普通型、铅芯型和高阻尼型，后两者可提供阻尼。截面形状：圆形和矩形，建筑中多采用圆形。型号标记：GZP（或Y）×××，表示建筑隔震橡胶支座的类型和尺寸。制作过程：大致经过4道工序，包括加硫工艺。质量控制：橡胶与钢板之间必须有很好的粘接。材料特性：橡胶有弹性低、变形能力大，钢板有弹性高、变形能力小。工作原理：竖向受压时，橡胶和钢板均变形，但钢板变形小；水平受作用时，钢板不能约束橡胶的剪切变形，支座的水平变形很大。隔震器：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器叠层橡胶支座的性能：竖向承载能力：很高。竖向压缩变形：很小。水平变形：很大。阻尼：铅芯型和高阻尼型可提供阻尼。耐久性：需要保证支座的长期使用性能。隔震器：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器叠层橡胶支座的竖向性能：竖向刚度：指支座产生单位竖向位移时所施加的竖向力。竖向变形：一般控制在橡胶总厚度的1％以内。竖向极限压应力：不小于90MPa。竖向极限拉伸应力：不小于1.5MPa。设计要求：《建筑抗震设计规范》规定橡胶隔震支座的压应力限值。试验验证：厂家需通过试验验证产品的性能参数。调节范围：设计人员可对表中所列参数进行调整，但调整幅度宜在±5％的范围内。隔震器：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器叠层橡胶支座的水平性能：水平极限变形能力：不应小于橡胶总厚度的350%或有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度3倍二者的较大值。水平刚度：代表支座水平向的变形能力，越小表示变形越大。屈服后刚度：反映滞回环的丰满程度。等效粘滞阻尼比：反映滞回环的面积大小。设计要求：《建筑抗震设计规范》规定了隔震支座的设计参数，包括竖向荷载、剪切变形、等效刚度和等效黏滞阻尼比。试验验证：隔震支座的设计参数应由试验确定，《建筑抗震设计规范》规定了试验的要求。隔震器：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器叠层橡胶支座的耐久性和耐火性：耐久性：支座应具有不小于60年的设计工作寿命，考虑老化性能、徐变性能和疲劳性能等。老化性能：支座的力学性能变化率不超过20%，且支座外观目视无龟裂。徐变性能：徐变量不应大于橡胶层总厚度的5%。疲劳性能：支座的力学性能变化率不应大于20%，且支座外观目视无龟裂。耐火性：支座在一定时间内仍有一定的承载能力，竖向极限压应力和竖向刚度变化率不应大于30%。设计要求：《建筑抗震设计规范》规定了隔震支座的耐久性和耐火性要求。试验验证：隔震支座的耐久性和耐火性应由试验验证。隔震器：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器摩擦滑移隔震元件：材料：石墨、云母、砂粒层、聚四氟乙烯板和带二硫化钼涂层的钢板等。作用：起到滚珠的作用，改善建筑物的抗震性能。类型：石墨、砂粒等材料和PTFE刚性滑动支座、弹性滑动支座等。PTFE刚性滑动支座：没有明确的周期，适用于各种周期的结构，但缺点是没有复位能力。性能参数：摩擦系数和设计压应力，设计容许压应力一般取45MPa，极限压应力可达到68MPa。摩擦系数：主要由竖向压力和滑动速度决定，随竖向压力的增大而降低，随滑动速度的增加而增大。耐久性：PTFE是很好的抗腐蚀材料，性能比较稳定，不会由于干燥或不润滑而影响摩擦系数。隔震器：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器滚动摆、滚珠、滚轴等元件和柔性柱：滚动摆、滚珠、滚轴等元件：由滚子和滑槽构成，地震作用时，滚子沿滑槽滚动。滑槽类型：可以是直线或弧形，弧形滑槽可以使滚子自动复位。摩擦摆支座：在滑槽与滑块之间加设摩擦材料，起到阻尼的作用。双向滚轴的隔震装置：在两层钢板上分别放置两个正交方向可滚动的滚轴。柔性柱：日本学者中村提出一种立在套管中的长桩隔震系统，桩顶为铰结点，与阻尼器相连。长柔性桩隔震：新西兰惠灵顿中心警察局大楼采用长柔性桩隔震，将可动铰改为弹性支座加铅挤压阻尼器。隔震原理：将结构与土层分开，达到隔离可能发生的地震的作用。隔震器：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器定义：消能器是指一种装置，用于提供运动的阻力、耗散运动能量。类型：包括粘滞消能器、粘弹性消能器、金属屈服消能器、摩擦消能器等。分类：根据阻尼力的产生原因，可分为速度相关型消能器和位移相关型消能器。性能参数：包括阻尼比、水平变形的大小、速度、加载频率和反复位移次数等。影响因素：包括温度、环境变化对阻尼器性能参数的影响。试验规定：《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对消能器性能试验做了详细的规定。试验方法：包括对消能器进行抽样检验、检测合格率、检测后的消能器使用限制等。试验标准：对速度相关型消能器和位移相关型消能器的试验标准不同，但都要求消能器的主要设计指标误差和衰减量不应超过15％。消能器：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器粘滞阻尼器：构造：由汽缸、活塞头、压力差、硅油和控制阀组成。工作原理：利用活塞头左右的压力差，使硅油通过小孔和活塞与缸体的空隙，从而产生阻尼力。特点：设计了特殊的密封头，保证硅油长期不漏。液体选择：可以使用硅油或其他粘滞液体，要求液体不可燃、无毒，温度变化时性能稳定及长时间不变质。国内发展：国内已有多家厂家开发出建筑用的粘滞阻尼器，并已应用于多项实际工程。消能器：智能材料结构控制§9.3隔震器和消能器各种阻尼器：粘滞阻尼器：由粘滞材料和约束钢板组成，产生阻尼力。粘弹性阻尼器：由粘弹性材料和约束钢板组成，产生阻尼力。金属屈服阻尼器：利用金属材料的塑性变形产生阻尼力，常用材料为钢和铅。摩擦阻尼器：利用金属之间的摩擦力产生阻尼力，阻尼力与振动频率和幅度无关。智能阻尼器：参数随外部激励调节的阻尼器，包括磁流变阻尼器和可控摩擦阻尼器。磁流变阻尼器：利用磁流变液的特性，通过控制电流调节阻尼力大小。可控摩擦阻尼器：通过调节液体压力控制摩擦力，从而调节阻尼力大小。消能器：智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势计算方法及设计的基本原则：1.概念设计的一些原则1）总体屈服机制。例如强柱弱梁。2）刚度与延性均衡。例如砌体结构中为提高延性设构造柱与圈梁，形成一个较弱的框架。3）强度均匀。例如结构在平面和立面上的承载力均匀。4）多道抗震防线。5）强结点设计。6）避开场地卓越周期区。传统的抗震方法：智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势计算方法及设计的基本原则：2.结构地震反应分析方法抗震设防目标也从单一的、基于生命安全的性态标准发展到基于各种性态，强调“个性”设计的设计理念。1）地震荷载法。2）阵型分解法。3）动力时程分析法。4）Push-over法。5）能力谱法。传统的抗震方法：智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势传统抗震结构的局限性：依赖主体结构:传统抗震结构主要依赖主体结构的屈服和塑性变形来耗散地震能量。容易产生问题:一旦主体结构构件产生问题，会严重影响到结构的抗震性能。难以修复:由于破坏部位位于主要结构构件，修复是很难进行的。注重延性:以往的研究注重于提高结构的延性方面，忽略了对结构损伤程度的控制。被动消极抗震:传统结构抗震设计是通过增加结构自身强度、刚度等来抵御地震与风振作用，是一种被动消极的抗震对策。难以实现:要求主体结构强度高，又要求延性好，很难实现。传统的抗震方法：智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势积极抗震方法：震源——消震:通过减弱震源震动强度达到减小结构震动的方法。传播途径——隔震:通过装置将地震与结构隔开，减弱和改变地震动对结构的影响。结构——被动减震:通过措施或附加子结构吸收和消耗地震传递给主结构的能量。反应——主动减震:根据结构的地震反应，主动给结构施加控制力，达到减小结构震动的目的。隔震、减震和振动控制的现状：智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势积极抗震方法的优点：减小结构震动:大大减小结构所收到的地震作用。降低结构造价:减小结构造价，提高结构抗震的可靠度。减小非结构构件损坏:保证非结构构件不受地震破坏，减小震后维修费用。方便维修:隔震、减震装置即使震后产生较大的永久变形或损坏，其复位、更换、维修结构构件方便、经济。满足高技术精度加工设备的抗震要求:只能用隔震、减震的方法满足严格的抗震要求。隔震、减震和振动控制的现状：智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势基地隔震1）夹层橡胶垫隔震装置2）铅芯橡胶支座3）滚珠（或滚轴）隔震4）悬挂基础隔震5）摇摆支座隔震6）滑动支座隔震隔震：智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势减震：粘滞阻尼器黏弹性阻尼器铅黏弹性阻尼器金属阻尼器智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势减震：屈曲约束支撑阻尼填充墙高位转换耗能减震体系耗能减震高层结构体系智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势减震：屈曲约束支撑屈曲约束支撑功能自恢复连梁结构体系消能楼梯间智能材料结构控制§9.4减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势隔震减震技术的发展和应用：快速发展:近些年，我国隔震减震技术研究得到快速发展。提高建筑结构抗震韧性:有效提高了建筑结构“抗震韧性”。隔震消能减震技术的优势和前景：安全、适用、可靠:具有安全、适用、可靠等优点。广阔的应用空间和发展前景:将成为21世纪实现城市抗震韧性、结构抗震韧性的重要手段。政府支持和未来发展：政府支持:我国政府正加大力度重视和支持隔减震技术的应用和发展。未来发展:隔减震技术的时代即将来临，未来将能有效终止地震灾难。结论与展望：智能材料结构控制§9.5思考题1结构控制的途径有哪些？2什么是吸振技术？3什么是耗能技术？耗能器有哪几种？4简述结构的主动控制、半主动控制和混合控制。5什么是智能材料-结构系统？智能材料-结构系统中的智能材料是指什么？6简述电（磁）流变材料在建筑结构控制领域中的应用。7简述形状记忆合金在建筑结构控制领域中的应用。8结构振动控制主要利用形状记忆合金的哪些特性？简述这些特性。智能材料智能橡胶与智能弹性体

第10章智能橡胶与智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.1智能橡胶弹性体的研究和发展：新的研究领域:使聚合物兼具智能和弹性是高分子科学发展中的一个新研究领域。弹性体与橡胶的区别:弹性体与橡胶是不同的概念，弹性体是通过设置使材料具有弹性。发展过程:弹性体的发展是由于不断出现与橡胶全然不同的弹性结构的缘故。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.1智能橡胶橡胶材料智能化：通过改性等手段:使橡胶材料获得特殊性能。特殊性能:超低硬度、超高强度、导热、热敏变色、导电、电磁波屏蔽和吸收等。实现共容性:将相反的性能共容于同一个胶种。成功应用:集成橡胶SIBS已成功应用于轮胎，实现高抓着力和低滚动阻力。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展超高强度橡胶材料及制品：HNBR/ZMA复合材料的研究和应用：制备方法:利用超微分散技术使聚甲基丙烯酸锌（ZMA）微分散于HNBR中。性能:复合材料的拉伸强度可达60MPa，当HNBR的氢化度达到80%时。结构:在交联过程中，ZMA粒子聚集形成连续网状结构微粒。反应机制:发生了三种反应：HNBR自身之间的交联、ZMA聚集、HNBR与ZMA的接枝反应。应用:可用于制造在苛刻条件下使用的工业橡胶制品，替代PU，制作压缩应力小、耐水性和耐高温性好的产品。性能比较:与PU相比，HNBR/ZMA复合材料具有更好的性能，如强度、耐水性和耐高温性。研究进展:华南理工大学用自制的ZMA与HNBR共混制得的合金材料，强度达到30～36MPa。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展超高强度橡胶材料及制品：HNBR/ZMA复合材料的研究和应用：制备方法:利用超微分散技术使聚甲基丙烯酸锌（ZMA）微分散于HNBR中。性能:复合材料的拉伸强度可达60MPa，当HNBR的氢化度达到80%时。结构:在交联过程中，ZMA粒子聚集形成连续网状结构微粒。反应机制:发生了三种反应：HNBR自身之间的交联、ZMA聚集、HNBR与ZMA的接枝反应。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展超高强度橡胶材料及制品：HNBR/ZMA复合材料的研究和应用：应用:可用于制造在苛刻条件下使用的工业橡胶制品，替代PU，制作压缩应力小、耐水性和耐高温性好的产品。性能比较:与PU相比，HNBR/ZMA复合材料具有更好的性能，如强度、耐水性和耐高温性。研究进展:华南理工大学用自制的ZMA与HNBR共混制得的合金材料，强度达到30～36MPa。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展超低硬度橡胶及制品：EPDM/油复合材料的特性和应用：超低硬度:JISA型硬度在0～18度范围内。优异性能:柔软性、对压缩变形依从性和压缩应力保持性好。耐久性:耐候性、耐臭氧老化性和耐热性与普通EPDM胶料相当。使用温度:可在70℃下连续使用，在130℃下短时间使用。应用:可用于替代海绵橡胶，制作各种密封件、减震件和通信电缆设备中的填塞防水密封胶。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展电磁智能性橡胶材料及制品：电磁智能橡胶材料的发展：导电性:通过加入导电材料，如乙炔炭黑、导电炭黑、石墨和金属粉末等，使橡胶材料获得导电性。磁性:通过加入磁性粉末，如钡铁氧体粉末、稀土合金粉末等，并在硫化后作充磁处理，使橡胶材料获得磁性。新发展:近年来，随着对填充材料特性和形态的深入研究，电磁智能橡胶材料及制品又有了新发展。新型产品:电磁波屏蔽和吸收橡胶及制品、压敏导电橡胶及制品、掺杂法导电橡胶及制品等。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展光热功智能橡胶材料及制品：光智能橡胶及其制品的发展：制备方法:采用含有光敏性基团的弹性体和添加光敏性化合物。产品类型:开发出的产品包括：光敏性橡胶及制品蓄光性橡胶及制品热变色橡胶形状记忆橡胶及制品特性:这些产品具有特殊的光智能特性，可以对光线作出反应智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展感光性橡胶材料及制品：感光性橡胶的特性和应用：特性要求:感光性橡胶作为成像材料，要求具有灵敏性、解像清晰度、耐久性、耐腐蚀性等特性。橡胶特征:感光性橡胶表现出低Tg、灵敏度高、成膜性好、凸凹适应性强等特性。分类:感光性橡胶大致上可分为在橡胶中添加感光剂和在橡胶结构中导入感光性基团的两种子类型。感光剂:可用的感光剂包括芳香族重氮化合物、芳香族迭氮化合物、有机卤化合物等。感光基:代表性感光基是肉桂基，只需将氨基甲酰重氮乙酯与橡胶单一地混合就可以导入。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展感光性橡胶材料及制品：感光性橡胶的特性和应用：应用:感光性橡胶的两大用途是制造感光性苯胺印刷版和集成电路用光致抗蚀膜。印刷版材:作为橡胶类胺印刷版材，主要有SIS、SBS、PU、1,2-聚丁二烯、NBR、IR等。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展感光性橡胶材料及制品：光致抗蚀膜：1.类型：阴性型抗蚀膜：曝光部分交联后熔化。阳性型抗蚀膜：曝光后可分解。橡胶类光致抗蚀膜：主要为阴性型，具有强韧性，适合密着曝光。2.缺点：橡胶类光致抗蚀膜在显像时会产生膨胀，导致解像度（或分辨度）下降。3.发展趋势：为提高分辨力，超微细加工变得必要。光源逐渐从紫外（UV）转向深紫外（DeepUV）、电子射线和X射线。开发出与新光源相适应的抗蚀膜。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展感光性橡胶材料及制品：阴性型光致抗蚀膜：可用于NR、IR、BR的环化物中添加感光剂的材料。BR的最佳环化率在60%左右，IR的环化率在80%以下为佳。实用解像度为3μm左右，可通过相对分子质量分布较窄的橡胶提高解像度。优点：几乎所有特性都很优越，缺点是解像度稍差。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展阳性型光致抗蚀膜：很少见，通常使用在甲酚酚醛树脂中添加迭氮化合物的材料。解像度高，但皮膜较脆。为获得皮膜强韧的阳性型光致抗蚀膜，赋予橡胶弹性是一个手段。DeepUV抗蚀膜：添加在环化橡胶中的芳香族迭氮光致抗蚀膜。解像度高，可获得1μm的解像度。聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基异丙烯基酮等光分解型聚合物均属阳性型抗蚀膜。感光性橡胶材料及制品：智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.2智能橡胶材料及制品的最新进展感光性橡胶材料及制品：电子射线抗蚀膜：使用波长1μm以下的电子射线作为光源，可得到0.1μm的高解像度。有阴性型和阳性型两种。阴性型：导入环氧基的聚合物的灵敏度较高。阳性型：IIR、IR等在UV中作为非感应分解性橡胶使用是可能的。X射线抗蚀膜：X射线对于物质的化学作用与电子射线相同，因此可把电子射线抗蚀膜作为X射线抗蚀膜使用。可将其进行高解度加工。导入像X射线吸收效果好的原子（F、Cl、S、Fe、Pb）时，可大幅度提高灵敏度。智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.3智能弹性体定义：智能弹性体是指在保持弹性体自身特性的基础上，使其赋有其他特性或功能的材料。功能分类：单一功能橡胶或稳态功能橡胶（S功能）：只有一种功能的橡胶。D-功能（Dynamicfunction）：兼备以上两种功能的材料。Sh-功能或智能弹性体（Shapingfunction）：由于形态记忆而产生的功能。材料功能性：一种材料如果不具备作为某种材料的所有性质和性能，即使具有特殊的功能，也不能成为实用品，无实用价值。智能材料智能橡胶与智能弹性体功能类型：目前所发现的弹性体，可以按其功能性分为以下七种：力学（或物理）：与物理力学相关的功能。化学：与化学反应相关的功能。水：水具有化学反应性和交联反应性。光：与光相关的功能。辐射：与辐射相关的功能。电（磁）：与电磁相关的功能。生物医学用：用于生物医学领域的功能。§10.3智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.4S-智能弹性体力学功能的主要形式：形状记忆、压敏粘合和低滞后性弹性材料。形状记忆材料的实例：HTPI、杜仲、古塔胶等。形状记忆材料的分类：天然材料：杜仲、古塔胶等。合成材料：HTPI等。形状记忆高分子材料的分类：热致形状记忆高分子材料：通过热量恢复原状。电致形状记忆高分子材料：通过电流恢复原状。光致形状记忆高分子材料：通过光照恢复原状。化学感应型形状记忆高分子材料：通过化学反应恢复原状。智能材料智能橡胶与智能弹性体形状记忆高分子材料的例子：反式聚异戊二烯（TPI）：具有易于成型、导热性低、熔融透明等特性。交联聚乙烯（XLPE）：具有良好的机械强度和耐热性。聚氨酯（PU）：具有良好的弹性和耐久性。形状记忆TPI的特性：易于成型：可以加工成各种形状。导热性低：可以降低热量的传导。熔融透明：可以在熔融状态下保持透明性。形状记忆：可以通过加热恢复到原状。应用：可以先加工成便于运输的形状，使用时再加热恢复到原状。§10.4S-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体化学智能弹性体：定义：在湿气或水存在条件下，聚合物分子之间成键或者通过水分子成键的弹性体。§10.5D-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体水敏性功能弹性体：类型：水敏性弹性体：聚合物分子之间成键。亲水性弹性体：通过水分子成键。吸水性（或水膨胀性）：亲水性的一种类型。出水性：亲水性的一种类型。应用：可用作各种容器的密封材料和屋顶（或面）的覆盖材料。§10.5D-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.5D-智能弹性体光敏性功能弹性体：定义：在吸收光的作用下，引起分子内和分子间的化学或结构变化的弹性体。类型：带有光敏性基团的弹性体：如肉桂基、丙烯酰基、迭氮基和二硫化氨基甲酸酯基。外加光敏性化合物（增光剂）的弹性体。应用：自动记录器。光敏折曲印刷板。弹性涂料和板材：可能有新的用途。智能材料智能橡胶与智能弹性体辐射功能弹性体：定义：研究X-射线和γ-射线对材料的影响。特点：辐射能比紫外线能高，不需要在上述光敏弹性体中起固化或交联作用的光敏基团和增光剂。应用：非弹性材料：已实现商品化。弹性体：较少，但有发展前途，如环氯化聚丁二烯和聚异丁烯。§10.4S-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体导电（磁性）功能弹性体：导电性橡胶的定义和分类定义：体积电阻为10^10Ω·cm以下的橡胶材料。分类：半导体类导电性橡胶：在橡胶大分子中导入导电性分子结构。复合类导电性橡胶：在橡胶中使炭黑或金属粒子等导电性填料分散。半导体类导电性橡胶特点：作为高分子半导体的聚乙炔、聚乙烯咔唑、聚苯胺等。例子：聚醚氨基甲酸乙酯离子型树脂和四氰基醌二甲烷的钾盐的反应生成物。§10.4S-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.5D-智能弹性体导电（磁性）功能弹性体：复合类导电性橡胶特点：导电性是随着各种因素而变化的，尤其重要的是导电性填料的电气特性。分类：防过电流、过热元件：使用炭黑、石墨作为导电性填料。压敏导电性橡胶（PCR）：电阻值随着施加的压力从绝缘状态向导电状态变化的橡胶。异向导电性橡胶：在导电特性上具有异向性的橡胶。智能材料智能橡胶与智能弹性体导电（磁性）功能弹性体：应用防过电流、过热元件：作为发热体，用于保温床、保温容器、防止冻结、防电器结露等方面。压敏导电性橡胶（PCR）：用于报警用传感器、游泳池的接触板、平面伟感元件、图形输入板等。异向导电性橡胶：用于电器间的微细连接器、电磁波屏蔽、输送带、消除胶辊静电、导电性粘合剂等方面。橡胶材料硅橡胶：优良的性能，但在机械强度、耐油性等方面有不足之处。其他橡胶材料：聚氨酯、氟橡胶等，也可用于导电性橡胶的应用。§10.5D-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体生物医用功能弹性体：聚氨酯优点：优良的物性和抗血栓性。类型：嵌段型聚氨酯：具有微观相分离结构。含氟链段型聚氨酯（FPU）：通过用含氟二异氰酸酯增加硬段的疏水性。应用：作为医用材料，特别是用于血液接触的设备。硅橡胶优点：惰性，适合作为长期植入的人工补修材料。生物适应性：硅橡胶是惰性的，但可能会吸收胆固醇和甘油三酸酯。应用：人工器官：如人工乳房、人工耳、人工鼻等。创伤覆盖材料：硅橡胶和胶原蛋白的复合膜。改性：为了提高抗血栓性，正在进行着硅橡胶的改性试验。§10.5D-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体生物医用功能弹性体：其他医用橡胶含水橡胶：作为医用材料，相当引人注目。氟橡胶、氟硅橡胶、氟磷腈橡胶：高性能橡胶作为医用材料正在进行着研究。要求：医用材料必须具备相对用途的功能性和与安全性相应的生物适应性。未来发展混合化材料的开发：将从混合化材料的开发向仿生材料的开发进行转移。高功能性橡胶的开发：期望能够进一步开发出高功能性橡胶。§10.5D-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.6Sh-智能弹性体1，2-聚丁二烯：特性规整度：50-70%结构：大嵌段结构，结晶相为硬段，非晶相为软段性能：优良的透气性和透温性，柔软，透明应用非交联材料：食品包装：不易破损，优良的透气性和透温性，无填料，不会污染食品医疗和医用：对可溶性脂肪药物无吸附作用，柔软，透明交联材料：感光材料：利用紫外线敏感性发泡材料：利用日光和热的反应性热固性材料：高交联和透明的特性，用于制作光学唱片等智能材料智能橡胶与智能弹性体分离智能弹性体：高分子膜气体分离气体传输过程：吸附：气体被高分子膜吸附成混合物溶解：气体的溶解度取决于气体种类和高分子膜结构扩散：气体分子和高分子空间的大小决定扩散速度气体透过速度：溶解度和扩散速度的相对关系决定气体的透过速度材料特性：硅橡胶：氧气透过系数较大，但强度低，不易成膜金属离子分离膜配位能力：冠醚本身对金属离子有较强的配位能力方法：在聚氨酯主链或侧链引入冠醚应用：在金属离子分离领域取得了较好的效果§10.6Sh-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体分离智能弹性体：总结高分子膜：可以用于气体和金属离子分离材料选择：不同的材料具有不同的特性和应用范围改性方法：可以通过在聚氨酯主链或侧链引入冠醚来提高金属离子分离能力§10.6Sh-智能弹性体智能材料智能橡胶与智能弹性体§10.7思考题实现橡胶的智能化有哪些手段？智能橡胶有哪些特殊性能？什么是智能弹性体？D-智能弹性体有哪几种？Sh-智能弹性体有哪几种？智能材料在建筑技术中的应用

第11章建筑智能化技术智能材料在建筑技术中的应用§11.1智能材料在建筑中的应用智能材料的重要性现代科学技术的成果：智能材料是现代科学技术发展的重要成果广泛应用：智能材料已经被广泛应用于建筑领域智能材料的特征和应用结构变化：智能材料可以检测结构变化设计预检：智能材料可以进行设计预检结构系统性能预测：智能材料可以预测结构系统性能降低维护费：智能材料可以降低建筑结构的维护费避免安全隐患：智能材料可以避免结构破坏对建筑造成的安全隐患智能材料在建筑技术中的应用§11.1智能材料在建筑中的应用功能型智能建材可持续：功能型智能建材主要被利用到可持续的建筑中节能环保：功能型智能建材主要被利用到节能环保的建筑中绿色生态：功能型智能建材主要被利用到绿色生态的建筑中建筑材料的发展装饰材料：建筑材料包括装饰材料特殊材料：建筑材料包括特殊材料专有材料：建筑材料包括专有材料智能化：建筑设计发展朝着仿生学方向发展，智能材料将扮演着更加重要的角色未来发展建筑业的变革：建筑业的变革将推动智能材料的发展仿生学方向：建筑设计发展朝着仿生学方向发展智能材料的重要性：智能材料将扮演着更加重要的角色智能材料在建筑技术中的应用§11.1智能材料在建筑中的应用智能材料在建筑结构中的应用：智能材料的作用感知外力和变化：智能材料可以感知材料自身所受到的外力、震动、温度、裂纹等的变化状况判断受损程度：材料的受损程度可以得到判断预警和消除危害：智能材料可以通过预警、自适应调整、自修复补救等主动应对，消除危害自愈合纤维检测和响应：自愈合纤维可以检测和响应混凝土中产生的裂纹和钢筋受到的腐蚀情况修补裂纹：自愈合纤维可以主动修补混凝土中所产生的裂纹防止腐蚀：自愈合纤维可以阻止钢筋继续受到腐蚀智能材料在建筑技术中的应用§11.1智能材料在建筑中的应用智能材料在建筑节能环保方面的应用：智能建筑的目标可持续发展：实现资源的有效持续利用，节能节水节地，减少废弃物，减低或消除污染社会、经济、环境效益：实现社会、经济、环境效益的高度统一智能建筑的内容建筑内部子系统：包括能源优化系统、生态绿化系统、废弃物管理与处置系统、水热光气声环境优化系统等建筑与周围环境的协调关系：实现建筑与周围环境的协调关系以及自身的稳定性可持续性绿色建筑、节能建筑和生态建筑：体现绿色建筑、节能建筑和生态建筑的思想内容智能材料在建筑技术中的应用§11.2装配式建筑的应用国家政策支持《关于完善质量保障体系提升建筑工程品质的指导意见》《关于开展质量提升行动的指导意见》《关于促进建筑业持续健康发展的实时意见》《“十三五”装配式建筑行动方案》《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》发展目标2020年全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%当前发展状况我国的装配式建筑已经步入加速发展期智能材料在建筑技术中的应用§11.2装配式建筑的应用国内外装配式混凝土结构的发展与应用现状：美国：起源于20世纪30年代，1976年国会通过法案并出台行业规范标准，1991年装配式混凝土建筑迎来发展契机。目前其比例约占混凝土结构建筑的35%，有多家生产单元式建筑公司，建材产品和部品部件商品化供应且构件通用化、大型化，连接以干式连接为主，注重质量、美观、舒适与个性化，构件标准化、系列化等程度高。英国：1945年政府发布白皮书推动建筑生产规模化、工厂化，装配式混凝土结构主要体现为预制混凝土大板结构，工厂化预制建筑部件、现场安装方式已广泛应用。智能材料在建筑技术中的应用§11.2装配式建筑的应用德国：二战后广泛采用装配式混凝土建筑，产业链处于世界领先水平，建筑各专业协作配套好，施工与机械等企业合作紧密，且在降低建筑能耗方面发展迅速，当前主要采用装配式叠合板体系，构件预制与装配设计建造工业化、专业化等程度高且节能低耗、绿色环保。日本：建筑行业以框架结构为主，柱、梁、板构件连接以湿式连接为主，构件生产、储运和现场安装能力强，减震隔震技术发达，如软钢耗能器应用广泛。国内外装配式混凝土结构的发展与应用现状：智能材料在建筑技术中的应用§11.2装配式建筑的应用国内外装配式混凝土结构的发展与应用现状：其他国家：新加坡：受政府政策推动，装配式混凝土建筑在组屋项目中强制推行，装配率达70%，提高了建造效率并缓解外用劳工成本问题。加拿大：借鉴美国经验，混凝土建筑装配率高、构件通用性高，大城市多为装配式混凝土建筑和钢结构建筑，低烈度地区甚至推行全预制混凝土建筑。法国：1950-1970年间推行，现已比较完善，装配率达80%，多采用框架或板柱体系及焊接等干式连接方法。新西兰：在预制结构抗震性能评估与设计研究成果突出，为高烈度地区提供先进预制混凝土结构体系，应用于中高层结构。澳大利亚：大力推动模块化装配式结构，以减少现场建筑活动和返工。智能材料在建筑技术中的应用§11.2装配式建筑的应用国内外装配式混凝土结构的发展与应用现状：我国：起步阶段：20世纪50年代起源，梁思成提出“建筑工业化”理念并纳入“一五”计划，借鉴前苏联和东欧经验，北京第一建筑构件厂兴建，北京民族饭店建成标志起步。持续发展阶段：60年代初到80年代初期多种装配式建筑体系快速发展，原因包括当时建筑标准、形式、抗震要求、建设总量、资源状况及用工制度等因素。低潮阶段：1976年唐山大地震暴露装配式房屋缺点，且建筑业发展使装配式无法满足新要求，加之劳动力成本变化等，80年代发展近乎停滞，现浇结构施工技术广泛应用。新发展阶段：改革开放深化、经济发展、劳动力紧缺及节能环保要求下，装配式建筑重新焕发生机，国务院提出相关目标，产业扶持政策推动其迅猛发展。智能材料在建筑技术中的应用§11.2装配式建筑的应用装配式建筑与绿色建筑关系：绿色建筑为方向，装配式为载体，新型绿色装配式房屋融合二者，装配式契合绿色建筑理念，是其发展主途径，兼具节能等优势且利环保。资源消耗优势：标准化生产促精益化，建筑工业化各环节实现资源循环利用与节约，如万科数据表明其比传统施工大幅降材料、水、电消耗，香港装配式建筑在资源节约与回收利用成效显著且随装配率上升节能更优。节能减排优势：装配式可大幅减少施工与二次装修垃圾排放、降低能耗与碳排放，生态社会效益显著，装配率越高节能减排潜力越大。装配式建筑与绿色建筑的关系：智能材料在建筑技术中的应用§11.2装配式建筑的应用装配式建筑与绿色建筑的关系：工程现场环境和质量优势：工厂精细加工提升建筑质量品质，保证高比例干作业环境与工序，精准控制建筑公差，质量把控超95%。工期缩短优势：工厂与现场施工搭接，主体工期相近，装修工期大减，总工期缩短约15%，还省工程费用、提工程形象，相关报告显示其比传统建筑工期与每层建造天数节约明显，万科实践项目工期节约达19%。人工节约优势：建筑工业化利于长期节约人工成本、提高劳动生产率，工人经培训转工厂技术人员可提产品生产率解用工荒，国外研究与McGrawHill报告均显示装配式相比传统建筑在劳动力方面有显著节约。智能材料在建筑技术中的应用§11.2装配式建筑的应用装配式建筑与建筑工业化、产业现代化的关系：建筑工业化定义：采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理的工业生产方式特征：标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理重要性：是实现建筑产业现代化的主要途径和趋势装配式建筑定义：以标准化设计、工厂化生产的建筑构件，用现场装配式建成的住宅和公共建筑关系：是建筑工业化的重要构成部分智能材料在建筑技术中的应用§11.2装配式建筑的应用装配式建筑与建筑工业化、产业现代化的关系：建筑产业现代化定义：包括设备和工具的现代化、产业结构的现代化、劳动力的现代化、管理方式的现代化等目标：建造绿色环保、可持续的建筑关系：涵盖了建筑工业化的范畴，是建筑工业化与其他要素结合的结果区别范围：建筑产业现代化的范围更为广泛侧重点：建筑工业化侧重于建筑生产方式的转变，建筑产业现代化强调大生产在建筑建造过程中的作用总结建筑工业化和建筑产业现代化的目标是一致的建筑工业化是实现建筑产业现代化的主要途径和趋势建筑产业现代化涵盖了建筑工业化的范畴智能材料在建筑技术中的应用§11.3智能化软件-BIMBIM在建筑全寿命周期中的作用与价值：BIM在建筑全寿命周期中的作用勘察设计阶段：建立三维设计模型专业协同和碰撞检查自动生成二维设计图纸进行各种分析和模拟施工阶段：BIM对工程施工的价值和意义智能材料在建筑技术中的应用§11.3智能化软件-BIMBIM在建筑全寿命周期中的作用与价值：运营维护阶段：提供建设项目中所有系统的信息形成最终的BIM竣工模型（As-builtmodel）提供有关建筑使用情况或性能、入住人员与容量、建筑已用时间以及建筑财务方面的信息提供数字更新记录，并改善搬迁规划与管理BIM在建筑全寿命周期中的优势减少信息损失：基于BIM模型的协同合作模型下，利用三维可视化、数据信息丰富的模型，各方可以获得更大投入产出比提高效率：BIM可以帮助减少错误、遗漏，需要花费额外的精力来创建、补充精确的信息提高价值：BIM可以帮助提高建筑的价值，通过提供更多的信息和数据，帮助业主和管理者做出更好的决策智能材料在建筑技术中的应用§11.3智能化软件-BIMBIM在建筑全寿命周期中的作用与价值：BIM的应用范围规划：BIM可以应用在建筑的规划阶段设计：BIM可以应用在建筑的设计阶段施工：BIM可以应用在建筑的施工阶段运营：BIM可以应用在建筑的运营阶段BIM的未来发展更加广泛的应用：BIM将被应用在更多的工程项目中更加复杂的应用：BIM将被应用在更加复杂的建筑项目中更加集成的应用：BIM将被集成到建筑的全生命周期管理中。智能材料在建筑技术中的应用§11.3智能化软件-BIMBIM技术的应用前景：BIM技术与其他技术的集成应用BIM技术与信息化：利用“互联网+”BIM及相关物联网技术、移动APP构建项目信息化管理引领信息革命BIM技术与云计算：BIM与云计算集成应用，提升计算效率、方便数据存储与共享应用分初级、中级、高级阶段BIM技术与智能全站仪：二者集成整合软硬件，带模型入现场，对比实际与模型数据辅助深化设计实现精确放样定位、指导施工、检查质量智能材料在建筑技术中的应用§11.3智能化软件-BIMBIM技术的应用前景：BIM技术与其他技术的集成应用BIM技术与GIS（地理信息系统）：集成应用可拓展BIM应用范围到长线及大规模区域工程增强公共设施运维管理能力，拓宽和优化功能BIM技术与虚拟现实：集成应用内容涵盖多种模拟，目的是辅助虚拟现实在建筑全生命周期应用提升模拟真实性、工程质量，提前发现并解决施工问题BIM技术与绿色建筑：BIM整合建筑设计流程，为绿色分析软件提供数据，助力绿色建筑跨学科设计实现单一数据平台协调，提前物理信息分析辅助决策智能材料在建筑技术中的应用§11.3智能化软件-BIMBIM技术的应用前景：BIM技术与其他技术的集成应用BIM技术与装配式结构：装配式建筑是我国建筑结构发展方向，BIM技术可提高其生产效率与工程质量联系上下游企业，实现参数化设计、4D模拟等，推动建筑产业化及发展模式转型BIM技术与EPC：EPC总承包模式应用渐广，对项目信息集成管理要求高我国建筑业信息化有差距，住建部提出信息化目标及重点，强调推广BIM等技术改进生产与管理模式智能材料在建筑技术中的应用§11.3智能化软件-BIMBIM在装配式建筑中的发展趋势：未来装配式建筑智慧建造的发展趋势集成化：应用系统一体化：单点登录、数据共享、多参与方协同工作生产过程一体化：设计-生产-施工一体化，采用EPC模式、集成化交付模式等精细化：管理对象细化：材料表、部品部件细化管理施工细化：流程化、管理前置化、精益建造智能化：管理过程智能化：系统取代人或辅助人决策，使用BIM数据、管理数据等作业层智能化：全自动化工厂、现场作业、3D打印、机器人等智能材料在建筑技术中的应用§11.3智能化软件-BIMBIM在装配式建筑中的发展趋势：未来装配式建筑智慧建造的发展趋势最优化：设计方案最优化：对于建筑全生命期至关重要作业计划最优化：构件生产、施工等阶段的最优化运输计划最优化：达到最短运输路径未来装配式建筑智慧建造的特点高效率：集成化、精细化、智能化、最优化等特点可以提高建造过程的效率高质量：精细化、智能化等特点可以提高建造过程的质量低成本：最优化等特点可以降低建造过程的成本高科技：智能化等特点可以应用高科技技术，如3D打印、机器人等智能材料在建筑技术中的应用§11.3智能化软件-BIMBIM在装配式建筑中的发展趋势：未来装配式建筑智慧建造的发展方向深化集成化：进一步深化应用系统一体化和生产过程一体化推广精细化：推广材料表、部品部件细化管理等精细化管理方法加速智能化：加速应用系统取代人或辅助人决策、全自动化工厂等智能化技术完善最优化：完善设计方案最优化、作业计划最优化、运输计划最优化等最优化方法。智能材料在建筑技术中的应用§11.4被动式建筑的发展和应用被动式建筑与普通建筑优劣比较分析：被动式建筑的特点热能获取方式独特：依靠太阳、家电及热回收装置等被动收集热量，维持舒适温度，无需主动热源供给。意义多元积极：以人为本，创造绿色舒适环境，关乎居住健康，能提高建筑质量，适应当地环境，减少对外界能源依赖，降低全生命周期运行费用。建筑健康标准：建筑构造满足热工要求，室内空气环境质量优良，CO2、VOC污染物、PM2.5等指标合规。评判体系：以建成后能耗及室内舒适性指标为最终评判依据，普通人可依室内环境指标和能源费用判断。智能材料在建筑技术中的应用§11.4被动式建筑的发展和应用被动式建筑与普通建筑优劣比较分析：被动式建筑的特点技术实用性：设计时每项技术投入要做投入产出及负面影响分析，用可再生能源需谨慎权衡。设计精细化：设计精细化程度高，建筑和暖通图纸远超普通建筑，节点需精确计算、关键构造要画出。精细化施工：被动式低能耗建筑促使施工从粗放转向精细，如窗安装工艺要求高，带玻璃整窗安装。耐久性与可识别性：可解决建筑短命问题，按德国标准维护周期长，理论上结构体系在保护层中近乎永久不坏。智能材料在建筑技术中的应用§11.4被动式建筑的发展和应用被动式建筑与普通建筑优劣比较分析：被动式建筑的优势节能：减少对外界能源依赖，降低全生命周期运行费用。健康：室内空气环境质量优良，CO2、VOC污染物、PM2.5等指标合规。舒适：创造绿色舒适环境，关乎居住健康。耐久：可解决建筑短命问题，按德国标准维护周期长。可识别：节能舒适两大特征便于百姓识别，甚至催生民间自发宣传建造现象。智能材料在建筑技术中的应用§11.4被动式建筑的发展和应用被动式建筑与普通建筑优劣比较分析：被动式建筑的挑战设计复杂：设计精细化程度高，需要精确计算和专业知识。施工难度：被动式低能耗建筑促使施工从粗放转向精细，需要高技能的施工人员。成本：被动式建筑的设计和施工成本可能高于传统建筑。材料选择：需要选择合适的材料来满足被动式建筑的要求。被动式建筑的未来推广：被动式建筑将成为未来建筑的主流。改进：不断改进被动式建筑的设计和施工技术。规模化：被动式建筑将从小规模到大规模建设。国际合作：被动式建筑的技术和经验将在国际上进行交流和合作。智能材料在建筑技术中的应用§11.4被动式建筑的发展和应用中国被动式