原創(chuàng) dop設(shè)計 dop設(shè)計 2020-01-05
本文來源于微信公眾號“dop設(shè)計（ID：dopdesign）”，向原作者致謝！
隨著建造技術(shù)和材料行業(yè)的發(fā)展，越來越多非線性的，具有流線感的設(shè)計，得以脫離紙面，落地成型。其中就離不開GRG、GRC、GRP3種材料的運用。這3種材料的使用前景廣泛，但是相關(guān)的材料知識卻比較匱乏，不便于設(shè)計師對這3種材料的了解，更限制了設(shè)計師對3種材料的運用。
今天就為大家分享有關(guān)GRP材料的知識。GRP材料也是廣泛運用在非線性的，具有流線感的設(shè)計中。可能它就在你身邊，只是你不認識它而已。本文主要解決以下問題：
01.什么是GRP（FRP）？
GRP,另一個名字叫FRP（Fiber Reinforced Plastics ），俗稱玻璃鋼。由纖維材料與基體材料按一定的比例混合后形成的高性能材料，具有質(zhì)輕而硬、不導(dǎo)電、機械強度高、耐腐蝕等特性。
02.為什么要了解GRP（FRP）？
許多設(shè)計師對GRP材料都比較陌生，其實GRP材料已經(jīng)問世多年了。從20世紀40年代問世以來，F(xiàn)RP首先被應(yīng)用于航空航天、軍事等領(lǐng)域。
以客機為例，客機制造材料中的FRP占比逐年增高，至波音787和空客350均已超過50%（重量比），高于鋼、鋁、鈦等金屬及其合金。
隨著材料制備成本的降低，F(xiàn)RP也開始走入大眾生活，常用的有玻璃纖維增強復(fù)合材料GFRP(俗稱玻璃鋼)、碳纖維增強復(fù)合材料CFRP。
GFRP多用于景觀雕塑、座椅、垃圾桶、儲料罐等，CFRP可用于游艇、汽車、自行車、體育休閑器具等。
FRP最早于1960年代被用于民用建筑。但直到1990年代，隨著FRP加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的興起，工程界才逐漸認可對這種新型材料，并擴展到對鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)的加固工程中。
伴隨著生產(chǎn)技術(shù)的革新，生產(chǎn)成本的降低，材料性能的不斷提升，近年來GRP材料使用已經(jīng)越來越廣泛。
備受青睞的GRP，具有哪些特點？
1、抗拉強度高
FRP的抗拉強度明顯高于鋼筋，與高強鋼絲抗拉強度差不多，一般是鋼筋的2~10倍。
2、材料的膨脹系數(shù)相近
FRP復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)與混凝土相近，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，F(xiàn)RP與混凝土協(xié)調(diào)工作，兩者間不會產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力。
3、耐腐蝕
FRP材料抗腐蝕、抗疲勞性能好，可以在酸、堿、氯鹽和潮濕的環(huán)境中長期使用，從而可提高結(jié)構(gòu)的使用壽命，這是一般結(jié)構(gòu)材料難以比擬的。
Ps：但是，與一般混凝土相比較，F(xiàn)RP復(fù)合材料的防火性能偏差，這又制約了該類結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，成為今后要解決的一大問題。
4、重量輕
FRP材料輕質(zhì)高強，因此采用FRP材料可減輕結(jié)構(gòu)自重，施工方便，其重量一般為鋼材的20%。應(yīng)用于大跨結(jié)構(gòu)中時，可極大減輕結(jié)構(gòu)自重。
以喬布斯劇院為例，整個碳纖維屋蓋自重僅80t，可采用整體吊裝方式施工。按屋蓋直徑約47m計算，折合每平米平均重46kg，僅相當于約6mm厚的鋼板。如此驚人的減重效果，才使得屋面承重與周邊結(jié)構(gòu)玻璃的應(yīng)用成為可能，造就了令人驚嘆的空間效果。
喬布斯劇院▲
5、成型方便
FRP的生產(chǎn)制作工藝包括拉擠、纏繞、手糊、噴射成型等多種方式。不僅可規(guī)?；a(chǎn)形狀規(guī)則的FRP制品，更可制作出幾乎任意形狀的板材用于構(gòu)筑非線性建筑造型。
以下展示了手糊工藝制作異形面板的典型流程：加工底膜->手糊->脫模得到基本單元->單元組裝。
采用數(shù)控機床或3D打印技術(shù)進行模具加工，可以精確、快速地得到任意曲面造型。
6、便于拆卸組裝
FRP具有包括栓接在內(nèi)的多種連接方式，其材料的輕便性使其更便于拆卸和組裝。
扎哈的香奈兒流動藝術(shù)博物館面積約700平方米，主結(jié)構(gòu)構(gòu)件為鋼結(jié)構(gòu)，外皮為寬度不超過2.55m的GFRP曲面板，在較短時間內(nèi)就能進行拆卸和拼裝，使其成功地完成了從香港途徑東京、紐約、莫斯科、倫敦直至巴黎的全球巡展。
7、工廠化生產(chǎn)，裝配化建造
FRP屬于人工材料，可根據(jù)工程需要，采用不同纖維材料纖維含量和鋪陳方式等不同工藝設(shè)計出不同強度指標、彈性模量及特殊性能要求的FRP產(chǎn)品，工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝，有利于保證工程質(zhì)量，提高勞動效率，實現(xiàn)建筑工業(yè)化。
注意：因為FRP是纖維通過基體聚合而成，纖維間強度由基體決定（強度一般弱于纖維），所以垂直于纖維方向強度較弱。FRP的抗剪強度低，其強度僅為抗拉強度的5%~20%，這要求FRP構(gòu)件在連接過程中需要研制專門的錨具、夾具，這也使得FRP構(gòu)件的抗剪能力成為研究突出的問題。
03.如何運用GRP（FRP）？
基于GRP材料各種優(yōu)越的特點，我們將GRP制作成各種產(chǎn)品，充分發(fā)揮GRP的價值。
1、常見的GRP產(chǎn)品
1）FRP片材：包括FRP布和FRP板，主要用來粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的表面對其進行加固補強。
2）FRP棒材：包括FRP筋和FRP索；主要在FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)、FRP預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和橋索中替代鋼筋和鋼絞線。
3）FRP網(wǎng)格材和FRP格柵：可作為混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋或簡易工作平臺。
4）FRP拉擠型材：截面形式靈活多樣，力學(xué)性能好，用途廣，是FRP結(jié)構(gòu)應(yīng)用的主要產(chǎn)品。
5）FRP纏繞型材：主要用作FRP管混凝土結(jié)構(gòu)，可以作為柱、樁，甚至梁，使構(gòu)件性能大大優(yōu)于普通鋼筋混凝土。
6）FRP夾層結(jié)構(gòu)和蜂窩板：由上下面的FRP板和夾心材料組成，充分利用了面層FRP材料強度，有很高的強度重量比和剛度重量比，是非常合理的構(gòu)件形式，主要在梁和橋板中應(yīng)用。
還有一些其他工藝的FRP產(chǎn)品，如模壓產(chǎn)品、層壓和卷管產(chǎn)品、熱塑性成型產(chǎn)品以及手糊產(chǎn)品等。
2、施工及安裝工藝（以FRP采光板為例）
1）采光板在固定前需先導(dǎo)孔，孔徑必須大于固定螺釘直徑的6～9mm，以適應(yīng)材料的熱脹冷縮。
2）采光板采用鋁型材扣件固定，波形采光板采用采光板支架和自攻螺釘連接固定，再打膠密封。采光板的位置一般設(shè)置在跨中。
3）采光板與鋼板在縱向搭接時，最小必須有200mm的重疊，并貼置兩條止水帶。
4）采光板與自攻螺釘連接，必須有蓋板。陽光板冷熱變形較大，容易被自攻釘剪破，因此陽光板在打自攻釘處應(yīng)開較大孔。在安裝采光板時要考慮采光板的伸縮性。
5）采光板固定時，必須使用良好的泛水墊圈，使之介于螺釘與采光板之間，以便于防水防塵。將泛水墊圈套入螺釘內(nèi)以后，用電鉆鎖入模條內(nèi)，即完成采光板的固定工作。
6）采光板在12m以內(nèi)無需搭接，超過12m則需要搭接，搭接長度為200~400mm，搭接處施涂兩道密封膠，橫向搭膠不需收邊，縱向彩鋼板的搭接需看板型，普通壓型鋼板一般不考慮做收邊，直接將其與彩板用自攻釘固定，并施涂密封膠，咬合板則需做收邊。
7）采光板施工時，嚴禁將腳直接踩在波峰上，以免采光板開裂。必須在采光板的橫向位置，放置一塊1200mm×300mm的防滑厚木板，腳踩在其上進行采光板的導(dǎo)孔和固定螺釘工作。
FRP采光瓦正確的安裝示意▲
FRP采光瓦錯誤的安裝示意▲
04.GRC，GRG，GRP，有什么區(qū)別?
1、材質(zhì)區(qū)別
三種材料其實除了名稱相似，并沒有太多相似之處。因為三種材料都是與玻璃纖維復(fù)合而成的材料，所以開頭2個英文縮寫一致。
GRG（Glassfiber Reinforced Gypsum）是指玻璃纖維增強石膏預(yù)制構(gòu)件。G是石膏的意思。
GRC（Glassfiber Reinforced Cement）是指玻璃纖維增強混凝土預(yù)制構(gòu)件。C是水泥的意思。
GRP,另一個名字叫FRP（Fiber Reinforced Plastics ），俗稱玻璃鋼。P是指塑料的意思。
名稱的區(qū)別，也就是材料構(gòu)成的區(qū)別。不同材料，也產(chǎn)生了外觀和應(yīng)用兩個方面的區(qū)別。
外觀方面的區(qū)別▲
由于三種材料是與不同的材料進行復(fù)合而成，所以在外觀方面具有三種材料各自的特點。
GRG材料的表面呈白色，質(zhì)感與石膏一致。
GRC材料的表面粗糙，具有水泥的質(zhì)感。
GRP材料表面光滑，色彩多樣。
2、應(yīng)用方面的區(qū)別
GRG產(chǎn)品可以使用在室內(nèi)天花、墻面、隔斷等各個部位，安裝工藝均采用干掛的形式。
GRC產(chǎn)品多用于室外，做建筑的表皮使用，也可以使用在室內(nèi)天花、墻面、隔斷等各個部位，由于其本身重量大，安裝工藝均采用干掛的形式。
GRP產(chǎn)品可用于室外，適用于自重輕，造型復(fù)雜的，眾多小而美的臨時性建筑。
在紫外線、風(fēng)沙雨雪、化學(xué)介質(zhì)、機械應(yīng)力等作用下容易導(dǎo)致性能下降，出現(xiàn)老化。所以在GRP產(chǎn)品使用中，應(yīng)盡量避開此類環(huán)境。也因此，GRP材料更廣泛的應(yīng)用于室內(nèi)異形家具，室內(nèi)藝術(shù)品領(lǐng)域。
小結(jié).
關(guān)于GRP材料的知識點，你學(xué)到了嗎？我們一起來回顧一下吧~
今天關(guān)于「工藝」搞定GRP的使用和安裝工藝，看這一篇就夠了！（本文來源于微信公眾號“dop設(shè)計（ID：dopdesign）”，向原作者致謝！）就分享到這里，希望對你有所啟發(fā)，不合理之處，也歡迎留言補充，大家一起探討學(xué)習(xí)……
本地環(huán)境中已經(jīng)有太多的工作配置了（Python、Java、Maven、Docker 等等），為了不影響其他環(huán)境運行，我選擇直接在 VSCode 中創(chuàng)建工作空間并配置好 AutoKeras（反正最后也是要在 VSCode 中進行開發(fā)的）。
打開 VSCode 后先創(chuàng)建一個工作區(qū)，然后在終端運行以下代碼：
python3 -m venv autokeras-env這段代碼會在工作區(qū)創(chuàng)建一個名為 autokeras-env 的工作環(huán)境，之后所有 autokeras 插件都在這個工作環(huán)境里面安裝。接下來就要在終端中執(zhí)行以下代碼激活 autokeras-env 環(huán)境：
source autokeras-env/bin/activate當終端上出現(xiàn)了以下輸出后
MacBook-Pro:python yuanzhenhui$ python3 -m venv autokeras-env
MacBook-Pro:python yuanzhenhui$ source autokeras-env/bin/activate
(autokeras-env) MacBook-Pro:python yuanzhenhui$就證明已經(jīng)切換完畢了，接下來就可以去安裝 autokeras 插件了。
pip install autokeras在第一次安裝的時候或許會出現(xiàn)這樣的報錯，如下圖：
...
Collecting grpcio<2.0,>=1.24.3
Downloading grpcio-1.59.2.tar.gz (24.8 MB)
|████████████████████████████████| 24.8 MB 2.1 MB/s
ERROR: Command errored out with exit status 1:
command: /Users/yuanzhenhui/Documents/code_space/git/processing/python/autokeras-env/bin/python3 -c 'import sys, setuptools, tokenize; sys.argv[0]='"'"'/private/var/folders/74/mmb55nf927x36pb3bv43_zd40000gn/T/pip-install-rtnah99l/grpcio/setup.py'"'"'; __file__='"'"'/private/var/folders/74/mmb55nf927x36pb3bv43_zd40000gn/T/pip-install-rtnah99l/grpcio/setup.py'"'"';f=getattr(tokenize, '"'"'open'"'"', open)(__file__);code=f.read().replace('"'"'\r\n'"'"', '"'"'\n'"'"');f.close();exec(compile(code, __file__, '"'"'exec'"'"'))' egg_info --egg-base /private/var/folders/74/mmb55nf927x36pb3bv43_zd40000gn/T/pip-pip-egg-info-nbp93pfc
cwd: /private/var/folders/74/mmb55nf927x36pb3bv43_zd40000gn/T/pip-install-rtnah99l/grpcio/
Complete output (9 lines):
Traceback (most recent call last):
File "<string>", line 1, in <module>
File "/private/var/folders/74/mmb55nf927x36pb3bv43_zd40000gn/T/pip-install-rtnah99l/grpcio/setup.py", line 95, in <module>
import commands
File "/private/var/folders/74/mmb55nf927x36pb3bv43_zd40000gn/T/pip-install-rtnah99l/grpcio/src/python/grpcio/commands.py", line 31, in <module>
import support
File "/private/var/folders/74/mmb55nf927x36pb3bv43_zd40000gn/T/pip-install-rtnah99l/grpcio/src/python/grpcio/support.py", line 111, in <module>
errors.CompileError: diagnose_compile_error,
AttributeError: module 'setuptools.errors' has no attribute 'CompileError'
----------------------------------------
ERROR: Command errored out with exit status 1: python setup.py egg_info Check the logs for full command output.
WARNING: You are using pip version 20.2.1; however, version 23.3.1 is available.
You should consider upgrading via the '/Users/yuanzhenhui/Documents/code_space/git/processing/python/autokeras-env/bin/python3 -m pip install --upgrade pip' command.從上面的提示得知，若遇到這樣的報錯只需要重新安裝一下 pip 應(yīng)該就可以了。如下圖；
(autokeras-env) MacBook-Pro:python yuanzhenhui$ python3 -m pip install --upgrade pip
Collecting pip
Using cached pip-23.3.1-py3-none-any.whl (2.1 MB)
Installing collected packages: pip
Attempting uninstall: pip
Found existing installation: pip 20.2.1
Uninstalling pip-20.2.1:
Successfully uninstalled pip-20.2.1
Successfully installed pip-23.3.1之后再重新執(zhí)行 pip install autokeras
(autokeras-env) MacBook-Pro:python yuanzhenhui$ pip install autokeras
Collecting autokeras
Using cached autokeras-1.1.0-py3-none-any.whl (148 kB)
Collecting packaging (from autokeras)
Using cached packaging-23.2-py3-none-any.whl.metadata (3.2 kB)
...
Downloading tensorflow-2.13.1-cp38-cp38-macosx_10_15_x86_64.whl (216.2 MB)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 216.2/216.2 MB 150.3 kB/s eta 0:00:00
Using cached packaging-23.2-py3-none-any.whl (53 kB)
Downloading pandas-2.0.3-cp38-cp38-macosx_10_9_x86_64.whl (11.7 MB)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 11.7/11.7 MB 124.0 kB/s eta 0:00:00
Using cached absl_py-2.0.0-py3-none-any.whl (130 kB)
Using cached flatbuffers-23.5.26-py2.py3-none-any.whl (26 kB)
Downloading grpcio-1.59.2-cp38-cp38-macosx_10_10_universal2.whl (9.6 MB)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 9.6/9.6 MB 251.9 kB/s eta 0:00:00
Downloading h5py-3.10.0-cp38-cp38-macosx_10_9_x86_64.whl (3.2 MB)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 3.2/3.2 MB 2.8 MB/s eta 0:00:00
...
Downloading importlib_metadata-6.8.0-py3-none-any.whl (22 kB)
Downloading MarkupSafe-2.1.3-cp38-cp38-macosx_10_9_x86_64.whl (13 kB)
Downloading zipp-3.17.0-py3-none-any.whl (7.4 kB)
Installing collected packages: pytz, namex, libclang, kt-legacy, flatbuffers, dm-tree, zipp, wrapt, wheel, urllib3, tzdata, typing-extensions, termcolor, tensorflow-io-gcs-filesystem, tensorflow-estimator, tensorboard-data-server, six, regex, pygments, pyasn1, protobuf, packaging, oauthlib, numpy, mdurl, MarkupSafe, keras, idna, grpcio, gast, charset-normalizer, certifi, cachetools, absl-py, werkzeug, rsa, requests, python-dateutil, pyasn1-modules, opt-einsum, markdown-it-py, importlib-metadata, h5py, google-pasta, astunparse, rich, requests-oauthlib, pandas, markdown, google-auth, keras-core, google-auth-oauthlib, tensorboard, keras-tuner, keras-nlp, tensorflow, autokeras
Successfully installed MarkupSafe-2.1.3 absl-py-2.0.0 astunparse-1.6.3 autokeras-1.1.0 cachetools-5.3.2 certifi-2023.7.22 charset-normalizer-3.3.1 dm-tree-0.1.8 flatbuffers-23.5.26 gast-0.4.0 google-auth-2.23.3 google-auth-oauthlib-1.0.0 google-pasta-0.2.0 grpcio-1.59.2 h5py-3.10.0 idna-3.4 importlib-metadata-6.8.0 keras-2.13.1 keras-core-0.1.5 keras-nlp-0.6.1 keras-tuner-1.4.5 kt-legacy-1.0.5 libclang-16.0.6 markdown-3.5 markdown-it-py-3.0.0 mdurl-0.1.2 namex-0.0.7 numpy-1.24.3 oauthlib-3.2.2 opt-einsum-3.3.0 packaging-23.2 pandas-2.0.3 protobuf-4.24.4 pyasn1-0.5.0 pyasn1-modules-0.3.0 pygments-2.16.1 python-dateutil-2.8.2 pytz-2023.3.post1 regex-2023.10.3 requests-2.31.0 requests-oauthlib-1.3.1 rich-13.6.0 rsa-4.9 six-1.16.0 tensorboard-2.13.0 tensorboard-data-server-0.7.2 tensorflow-2.13.1 tensorflow-estimator-2.13.0 tensorflow-io-gcs-filesystem-0.34.0 termcolor-2.3.0 typing-extensions-4.5.0 tzdata-2023.3 urllib3-2.0.7 werkzeug-3.0.1 wheel-0.41.3 wrapt-1.15.0 zipp-3.17.0之后我們可以通過以下命令查看已經(jīng)安裝的 keras 的版本來確定是否已經(jīng)正常安裝了
(autokeras-env) MacBook-Pro:autokeras-env yuanzhenhui$ python
Python 3.8.6 (v3.8.6:db455296be, Sep 23 2020, 13:31:39)
[Clang 6.0 (clang-600.0.57)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import keras
2023-11-01 10:26:26.153780: I tensorflow/core/platform/cpu_feature_guard.cc:182] This TensorFlow binary is optimized to use available CPU instructions in performance-critical operations.
To enable the following instructions: AVX2 FMA, in other operations, rebuild TensorFlow with the appropriate compiler flags.
>>> print(keras.__version__)
2.13.1至此基礎(chǔ)安裝已完成。