公共設(shè)施設(shè)計中的常用材料及應(yīng)用

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1、公共設(shè)施設(shè)計中的常用材料及應(yīng)用 材料在過往的產(chǎn)品中所扮演的角色主要是提供力學(xué)的支持，它是用來組成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的成分，以使得這個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生人們所預(yù)設(shè)的功能。然而在近十年來，技術(shù)發(fā)展與設(shè)計探索使材料不再只是力量的提供者，而能夠扮演更多不同的角色。 數(shù)十年前的公共設(shè)施，材料主要以木材和石材為主，后來逐漸開始使用塑料。然而如今，公共設(shè)施在材料應(yīng)用上有了很大的轉(zhuǎn)變，對于金屬、玻璃、人造石材、混合材料等材料的使用越來越廣泛，這使得我們只有不斷的學(xué)習(xí)與研究材料及其加工工藝才能做好公共設(shè)施的設(shè)計工作。 在現(xiàn)今公共設(shè)施設(shè)計中，較常用的材料和其加工工藝如下： 一、 木材 木材作為一種天然材料，分布極其

2、廣泛，使用最為普遍。木材給人以親切感，被認為最有人性特征的材料。 1.木材的性能 （1）木材質(zhì)輕堅韌而富有彈性，具有天然的紋理和色澤。 （2）在一定環(huán)境下，木材能夠吸收或放出濕氣，因此對環(huán)境的濕度有調(diào)節(jié)作用。 （3）木材的結(jié)構(gòu)疏松多孔，能夠很好的吸音隔聲。 （4）可塑性很強，易于加工成型。 （5）導(dǎo)熱、導(dǎo)電性差，是良好的絕緣體，但是容易燃燒。 （6）由于木材的干濕變化，容易造成扭曲、開裂等變形。 2.木材的成型加工 木材基本的加工方法有：鋸割、刨削、鑿削、銑削等；木材常用的結(jié)合方式有：榫結(jié)合、膠結(jié)合、螺釘與圓釘結(jié)合、板材拼接、連接件結(jié)合及混合結(jié)合等。 （1） 榫結(jié)合 榫結(jié)

3、合是應(yīng)用最廣泛的結(jié)合方式；優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單外露，便于檢查。 （2） 膠結(jié)合 膠結(jié)合也是一種常用的結(jié)合方式，主要用于實木板的拼接及榫頭和榫孔的接合；優(yōu)點是不影響產(chǎn)品的外觀、制作簡便、結(jié)構(gòu)牢固。 （3） 螺釘與圓釘結(jié)合 螺釘與圓釘?shù)慕Y(jié)合強度取決于木材的硬度和釘?shù)拈L度，與木材的紋理也有關(guān)。木材越硬，釘直徑越大，長度越長，沿橫紋結(jié)合，強度越大，反之強度越小。 3.木材的分類 （1）原木 原木是指樹干經(jīng)過去枝去皮鋸斷處理后行車的一定長度規(guī)格的木材。其經(jīng)常用作電柱、樁木、建筑所用的木材等。 （2）人造板材 人造板材是利用原木、刨花、木屑、廢材及其他植物纖維為原料制作而成。它們質(zhì)地均

4、勻、平整光滑、易于加工、不易變形。常見的人造板材有膠合板、刨花板、纖維板、細木工板及各種輕質(zhì)板等，廣泛應(yīng)用于家具、建筑等方面。 二、 人造石材 人造石材是以天然石材為基本原料，經(jīng)一定的加工程序制成的，是天然石材的再利用。人造石材兼?zhèn)浯罄硎奶烊毁|(zhì)感、堅固質(zhì)地，木材的易加工性，是新一代的高科技產(chǎn)品，現(xiàn)今在公共設(shè)施設(shè)計中被廣泛使用。 1.人造石材的性能 （1）無放射性、阻燃性，使用安全； 　　（2）極具可塑性，可以做出任何造型； 　?。?）抗污力強，易清潔，不易被染色； （4）抗菌防霉、耐磨、耐沖擊，可重復(fù)翻新； （5）制造簡便、生產(chǎn)周期短、成本低 此外，又避免了天然石運輸不

5、便的缺陷；大面積鋪貼無需對色，可根據(jù)需求，調(diào)制出豐富的色彩和花紋。 2.人造石材的分類及加工工藝 按照人造石材生產(chǎn)所用原料，可分為以下四類： （1）樹脂型人造石材 樹脂型人造石材是以不飽和聚脂樹脂為膠結(jié)劑，與天然大理碎 石、英砂、方解石、石粉等按一定的比例配合，再加入催劑、固化劑、顏料等外加劑，經(jīng)混合攪拌、固化成型、脫模烘干、表面拋光等工序加工而成。成型方法有振動成型、壓縮成型和擠壓成型。不飽和聚脂類的石材光澤好、易于成型、顏色淺，容易配制成各種明亮的色彩與花紋；固化快，常溫下可進行操作，是目前使用最廣泛的石材。室內(nèi)裝飾工程中采用的人造石材主要就是該類。 （2）復(fù)合型人

6、造石材 復(fù)合型人造石材制作工藝是:先用水泥、石粉等制成水泥砂漿的 坯體，再將坯體浸于有機單體中，使其在一定條件下聚合而成。復(fù)合型人造石材制品的造價較低，但它受溫差影響后聚脂面易產(chǎn)生剝落或開裂。 （3）水泥型人造石材 常用種類有水磨石和各類花階磚。水泥型人造石材是以各種水 為膠結(jié)材料，砂、天然碎石粒為細骨料，經(jīng)配制、攪拌、加壓蒸養(yǎng)、磨光和拋光后制成的人造石材。配制過程中，混人色料，可制成彩色水泥石。水泥型石材的生產(chǎn)取材方便，價格低廉，但其裝飾性較差。 （4）燒結(jié)型人造石材 燒結(jié)型人造石材的生產(chǎn)方法與陶瓷工藝相似，是將長石、石英、輝綠石、方解石等粉料和赤鐵

7、礦粉，以及一定量的高齡土共同混合，一般配比為石粉60%，粘土40%，采用混漿法制備坯料，用半干壓 法成型，再在窯爐中以1000℃左右的高溫焙燒而成。燒結(jié)型人造石材的裝飾性好，性能穩(wěn)定，但需經(jīng) 高溫焙燒，因而能耗大，造價高。 三、 金屬材料 金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)的支柱，是工業(yè)化社會最重要的特征之一。金屬材料能夠依照設(shè)計者的構(gòu)思實現(xiàn)多種造型，它是現(xiàn)代設(shè)計中的一大主流材質(zhì)。 1.金屬材料的性能 金屬材料是金屬及其合金的總稱，其性能主要變現(xiàn)在以下幾個方面： （1）是電與熱的良導(dǎo)體。 （2）具有良好的延展性。 （3）金屬可以制成金屬化合物、合金，以此來改變金屬的性能。 （4）表面具

8、有金屬特有的色彩和光澤。 （5）除貴金屬外，幾乎所有金屬都易于氧化而生銹，產(chǎn)生腐蝕。 2.金屬材料的成型加工 在公共設(shè)施中，金屬材料基本的加工方法主要分為：鑄造、塑性加工、切削加工、焊接和粉末冶金五大類，不同的制造方法與加工處理對金屬材特性的影響都很大。 （1）鑄造 鑄造是將熔融狀態(tài)的金屬澆入鑄型后，冷卻凝固成為具有一定形狀鑄件的工藝方法。鑄造成型生產(chǎn)成本低，工藝靈活性大，適應(yīng)性強，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產(chǎn)。缺點是公差較大，容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。鑄造又分為砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造和離心鑄造等。常用的鑄造材料有鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等。 （2）

9、塑性加工 又稱金屬壓力加工。指在外力作用下，金屬坯料發(fā)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機械性能的毛坯或零件的加工方法。特點是：產(chǎn)品可通過此直接制取、無切削，金屬損耗小。適合專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，不宜于加工脆性材料或形狀復(fù)雜的制品。金屬塑性加工分為鍛造、軋制、擠壓、拔制和沖壓加工。 （3）切削加工 又稱為冷加工。利用切削刀具在切削機床上或手工將金屬工件 的多余加工量切去，以達成規(guī)定的形狀、尺寸或表面質(zhì)量的工藝過程。按加工方式分為車削、銑削、刨削、磨削、鉆削、鏜削及鉗工等，是最常見的金屬加工方法。 （4）焊接加工 焊接加工是充分利用金屬材料在高溫作用下易熔化的特性，使 金屬

10、與金屬發(fā)生相互連接的一種工藝，是金屬加工的一種輔助手段。常見的焊接方法有熔焊、壓焊和釬焊。 （5）粉末冶金 粉末冶金是以金屬粉末或金屬化合物粉末為原料，經(jīng)混合、成 型和燒結(jié)，獲得所需形狀和性能的材料或制品的工藝方法。粉末冶金法能生產(chǎn)用傳統(tǒng)加工方法不能或難以制得的制品，特別適合生產(chǎn)特殊性能和高性能的特殊材料，如高熔點金屬、高純度金屬、硬質(zhì)合金、不互熔金屬、多孔性金屬等，是一種“節(jié)能、省材、高效生產(chǎn)”的新技術(shù)，是現(xiàn)代冶金工業(yè)的重要生產(chǎn)方法。 3.金屬材料的分類 金屬材料種類繁多，按構(gòu)成元素分為黑色金屬和有色金屬。 （1）黑色金屬 黑色金屬包括鐵和以鐵為基體的合金，如純鐵、鑄鐵、合金鋼

11、、高碳鋼、鐵合金等。黑色金屬資源豐富、加工方便、生產(chǎn)成本低、硬度高，應(yīng)用最為廣泛。 （2）有色金屬 有色金屬包括鐵以外的金屬及其合金。常用的有金、銀、鋁、銅及銅合金、鈦及鈦合金等。有色金屬硬度低彈性大，在設(shè)計時常需加入特殊的形式以增強其結(jié)構(gòu)能力，如多重褶皺的處理手法。 四、 塑料 塑料是具有多種特性的使用材料，其品種繁多、性能優(yōu)良、加工成型方便、成本低廉，當今已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、輕工業(yè)的各個部門，它與金屬、木材具有同等重要的地位。 1.塑料的性能 塑料能夠滿足產(chǎn)品自由成型、加工方便的要求，并具有良好的綜合性能。 （1）質(zhì)輕，強度高。 （2）多數(shù)塑料制品有透明性，便于著色，且不

12、易變色。 （3）具有優(yōu)異的電絕緣性，可被用作產(chǎn)品或建筑物的絕熱保溫材料。 （4）優(yōu)良的耐磨、自潤滑性。 （5）良好的耐腐蝕性。 （6）成型加工方便，便于大批量生產(chǎn)。 （7）與其他工業(yè)材料相比也有缺點：不耐高溫、低溫容易發(fā)脆；容易變形；易老化。 2.塑料的成型加工 塑料的成型加工方法很多，每種方法的選擇取決于塑料的類型、特性、起始狀態(tài)及制成品的結(jié)構(gòu)、尺寸和形狀等。根據(jù)加工時塑料所處狀態(tài)的不同，塑料成型加工的方法大致可分為以下三種： （1） 處于玻璃態(tài)的塑料，可以采用車、銑、鉆、刨等機械加工方法和電鍍、噴涂等表面處理方法。 （2） 當塑料處于高彈態(tài)時，可以采用熱壓、彎曲、真空成型

13、等加工方法。 （3） 把塑料加熱到粘流態(tài)，可以進行注射成型、擠出成型、吹塑成型等加工方法。 3.塑料的分類 塑料種類繁多，按熱行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 （1）熱塑性塑料 熱塑料塑料加熱時材料軟化，由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，冷卻后不回復(fù)固態(tài)，目前塑料材料使用最多的一種。其柔軟富彈性，可塑性極佳，但強度和硬度較差。如：氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、尼龍（Nylon）都是常用的熱塑性塑料。 （2）熱固性塑料 此類塑料原料一旦加熱發(fā)生變化后，就具有硬度，冷卻后即使再加熱也無法軟化，因此其無法回收再利用，但優(yōu)點為耐高溫、耐化學(xué)藥品侵蝕、絕緣性良好、形

14、態(tài)固定，具有較高的強度和硬度。因為成型上的限制較多，所以造型發(fā)展亦相對減少。電木（Bakelite）、尿素樹脂（Urea resins）、環(huán)氧樹脂（Epoxy resins）等均屬熱固性塑料。 五、 玻璃 在各種自然材料和人工材料日益豐富的今天，玻璃正前所未有地發(fā)揮著它優(yōu)良的特性，逐漸成為人們現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和科學(xué)實驗中的不可或缺重要材料。 1.玻璃的性能 （1）硬度較大，比一般金屬硬。 （2）高度透明，具有吸收和通過光線的性能，有的玻璃還有防輻射的特性。 （3）常溫下玻璃是電的不良導(dǎo)體，熔融狀態(tài)時則變?yōu)榱紝?dǎo)體。 （4）導(dǎo)熱性很差，一般承受不了溫度的急劇變化。 （5）化學(xué)性

15、質(zhì)較穩(wěn)定，但是耐堿腐蝕性較差。 2.玻璃的成型加工 玻璃的成型是將熔融的玻璃液加工成具有一定形狀和尺寸的玻璃制品的工藝過程。常見的成型加工方法有：壓制成型、吹制成型、拉制成型和壓延成型。 （1）壓制成型 壓制成型是在模具中加入玻璃熔料加壓成形，多用于玻璃盤碟、玻璃磚等的制作。 （2）吹制成型 吹制成型是先將玻璃粘料壓制成雛形型塊，再將壓縮氣體吹入處于熱熔態(tài)的玻璃型塊中，使之吹脹成為中空制品。吹制成型可分為機械吹制成型和人工吹制成型，用來制造器皿、燈泡等。 （3）拉制成型 拉制成型是利用機械拉引力將玻璃熔體制成制品，分為垂直拉制和水平拉制，主要用來生產(chǎn)平板玻璃、玻璃管、玻璃纖

16、維等。 （4）壓延成型 壓延成型是將玻璃熔體壓成板狀制品，主要用來生產(chǎn)壓花玻璃、夾絲玻璃等。 3.玻璃的分類 金屬材料種類繁多，常用的品種有： （1）平板玻璃 平板玻璃是板狀玻璃的統(tǒng)稱。具有透光、透視、隔熱、隔聲、耐磨等特性，彩色玻璃、鍍膜玻璃、鋼化玻璃、夾層玻璃等特殊制品就是通過對平板玻璃進行著色、表面處理、強化、復(fù)合等方法制成的。 （2）器皿玻璃 這是一種用于制造日用器皿、藝術(shù)品和裝飾品的玻璃。這種玻璃具有很好的透明度和白度，表面潔凈有光澤，有較好的熱抗震性、化學(xué)穩(wěn)定性、機械強度。 （3）泡沫玻璃 泡沫玻璃又稱多孔玻璃，是一種由均勻氣孔組成的玻璃。氣孔封閉的泡沫玻

17、璃機械強度高、不透氣、不燃、導(dǎo)熱系數(shù)小、不變形，經(jīng)久耐用，可進行鋸、鉆、釘?shù)燃庸?，是一種良好的保溫絕熱材料。氣孔相連或部分相連的泡沫玻璃具有較大的吸音系數(shù)，多作為吸音材料。泡沫玻璃還可制成各種不同顏色，且永不褪色，是良好的裝飾材料。 （4）微晶玻璃 微晶玻璃又稱陶瓷玻璃，其結(jié)構(gòu)、性能及生成方法兼具玻璃和陶瓷兩者的性能，具有優(yōu)良的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及機械加工性。 （5）其他玻璃 ①玻璃馬賽克 玻璃馬賽克是一種小規(guī)格的乳濁狀半透明彩色飾面玻璃。表面平整光滑，背面有凹槽紋利于砂漿粘結(jié)。玻璃馬賽克色彩豐富、色調(diào)柔和；質(zhì)地堅硬，不積塵，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定

18、性好。多被拼合成各圖案，用于建筑物的墻面裝飾。 ②玻璃空心磚 玻璃空心磚強度高，絕熱、隔音、耐火，多用來砌筑透光墻壁。 六、 混合材料 混合材料是運用自然界中原有的材料加以混合所得到的新型材料，如夾板、混凝土及玻璃纖維等。 1. 混合材料的分類及性能 （1） 夾板 夾板是利用硬木木片與粘膠交互相疊，在施加壓力后得到的材料。它通常面積較大且比原木廉 價。 （2） 混凝土 混凝土是近代使用最廣泛的混合材料之一，主要以水泥、細沙、碎石與水相互拌和而成，是絕 佳的結(jié)構(gòu)材料，堅實易固定，強度佳。 七、材料的應(yīng)用 木材在使用前一定要進行防潮、防腐、防火

19、處理，它的應(yīng)用多見于坐椅、兒童游樂設(shè)施、休息亭等與人們接觸較密切的地方，尤其是公共坐椅的椅面和椅背使用最多。 人造石材在公共設(shè)施設(shè)計中的使用頻率不高，主要是在水體等觀賞系統(tǒng)方面及廣場、公園的路面鋪設(shè)上使用，使用面積通常較大。 在當今公共設(shè)施設(shè)計中，金屬是使用較多的材料之一，尤其是鐵和不銹鋼。鐵堅韌牢固但極易生銹，在使用前要進行上漆、電鍍等工作，在自行車存放處、阻車柱、郵筒、照明設(shè)施、導(dǎo)示系統(tǒng)等公共設(shè)施的設(shè)計中經(jīng)常大量使用它。不銹鋼因其強烈的質(zhì)感及不銹的優(yōu)點，被應(yīng)用于各種公共設(shè)施中，如坐椅、導(dǎo)示牌、果皮箱等；它還常與玻璃結(jié)合，用于書報亭、候車亭、電話亭等亭體的設(shè)計，將兩種材質(zhì)的優(yōu)點發(fā)揮到最佳

20、。 塑料也是當今公共設(shè)施設(shè)計中使用量較大的一種材料，它輕便、易成型、便于上色、便于組裝與運輸，因此在果皮箱、公廁、兒童游樂設(shè)施、售貨亭等造型較復(fù)雜或形體較大的公共設(shè)施中使用較多。 由于玻璃高度透明、隔聲、耐磨等優(yōu)良的特性，在公共設(shè)施設(shè)計中它逐漸開始被重視，常被用于電話亭、售貨亭、公共大廳隔斷等的設(shè)計中，有時也被用于觀賞系統(tǒng)設(shè)計中。 在公共設(shè)施設(shè)計中，有一部分設(shè)施也使用了混合材料進行設(shè)計，如廣場、公園、游樂場的路面鋪設(shè)和部分坐椅、休息亭的設(shè)計，能用到這種材料。 結(jié)語 作為一個公共設(shè)施設(shè)計者，材料的運用無疑是設(shè)計中的一項重要環(huán)節(jié)，所選擇的材料是設(shè)計師表達設(shè)計理念的重要途徑之一，所以必須具備豐富的材料知識和加工工藝知識。但同時，在今天以及未來的材料運用中，我們也應(yīng)該尊重自然、讓設(shè)計在不破壞環(huán)境的基礎(chǔ)下存在，設(shè)計人性化的公共設(shè)施。