【复材视界】一睹建筑结构中碳纤维复合材料的风采

碳纤维增强聚合物 (CFRP) 是以碳纤维为增强体、高聚物树脂为基体的复合材料，通常用于用于航空航天、汽车和运动设备领域。

CFRP主要优点包括以下几个方面：

• 强度高，是钢材的5倍

• 极其轻巧，易于材料运输

• 高强度重量比

• 刚度高，是钢的2倍

• 耐化学性高，因此经久耐用

• 低热膨胀

• 施工简单，需要的专业劳动力较少

• 短交货链

CFRP也存在一定的缺点，如生产成本较高，难以回收，即便回收后碳纤维性能会出现一定程度的下降。

在建筑领域，CFRP可以在建筑结构、凉亭、便携式小屋、悬臂结构等方面具有一定的应用潜力；它可以通过用机械臂在金属框架上编织线材或在木质表面涂上胶水来构建。

下面两张图分别展示了采用3D打印金属框架（同济大学桥）和竹子（隈研吾设计的竹环）编织碳纤维的结构图。

由英国建筑师Asif Khan设计的2020年迪拜世博会入口建筑终于由效果图变成现实，迪拜世博会2020入口三座大门是由超轻的碳纤维混合丝编织而成（如下所示），采用三维编织工艺，碳纤维缠绕在旋转臂上。

作为世博会的主要入口，大门高21米、长30米，由于采用了超轻碳纤维编织物，可使得建筑具有高强度的结构，且不需要任何额外的支撑。

下图则展示了Ali Tayar 设计的基于碳纤维材料现代住宅别墅，大多数现代主义别墅利用钢柱让立面像表皮一样悬挂，而在碳纤维房屋中，Tayar 将立面发挥作用，甚至使窗户竖框可承载结构载荷。这种结构设计颠覆了传统思想，并使得纤维悬臂和柚木体积将内部空间从突兀的柱子中解放出来。