铝合金材料在建筑工程上应用研究.doc

1、铝合金材料在建筑工程上应用研究【摘要】不同于老式常规的钢材和混凝土，铝合金具有自重轻、比强度高、可模性好、防腐性能好、便于回收利用等优点，是一种新型的、能够大规模应用于建筑工程的理想建筑材料。及现状，本文详细阐述了铝合金的优缺点，并以铝合金的特点为基础，总结了适合于使用铝合金的建筑结构形式，铝合金结构的适用范围及其应用概况。 【关键词】铝合金；建筑结构；特点；应用 中图分类号： TU395 文献标识码： A 文章编号： 一、前言 铝合金是纯铝通过冷加工强化，把强度提高倍以上或通过添加镁、锰、硅、铜、锌、锂、钛等合金元素，再经热处理进一步强化，所形成的。 它不仅有着优良的物理力学性能而且有着比强

2、度高等特有优点，是一种相当理想的建筑材料。 铝合金在建筑工程中的应用其实已具百年历史，但，为人们所熟知的还是是其作为建筑装饰材料， 如铝合金门窗外框、 玻璃幕墙支撑体系以及铝合金的外包层等的应用。不过，伴随着铝合金价格的降低且趋于平稳，以铝台金作为结构材料的铝合金建筑工程在国内乃至整个世界市场正逐渐风靡，并越来越被重视。 二、铝合金的特点 1、铝台金的优点 (一)耐腐蚀性强，无需特别维护。铝合金的化学特性决定其在空气常态下会生成一层氧化膜，该氧化膜的存在能极大程度的防止铝合金被腐蚀，所以，铝合金特别适合应用在施工环境腐蚀性很强的建筑工程建设中，如：化工、煤炭、水处理等行业结构建筑等。另外，由于

3、气候条件，国内北方地区冬季冰盐的使用使得钢材等易锈蚀，相反铝合金则没有这方面的困扰。 (二)重量相对较轻。正因为如此，应用铝合金在生产加工制作、建筑结构安装方面会相对简单、负荷低，能很大程度上节约建筑成本。 (三)比强度高。较之钢材，铝合金的密度要大的多，为279，cIIl3，其中建筑常用之 6000 系列铝合金强度甚至超过了碳素钢。正因为如此，用铝合金作为房屋上部结构材料不仅可以减轻建筑自身结构负重，而且还能降低工人劳动强度，有效的缩减建筑施工时间，一定程度上还能减轻地震对建筑结构可能造成的影响。 (四)铝台金清洁环保、回收再利用成本低，性价比高。 (五)铝合金外表美观、很适合用于装饰。铝合

4、金抛光表面能极强程度的反射白光、红外线、紫外线，相当细腻特别的光泽和质感更很大程度的提高了建筑装饰效果。 (六)较之钢材，铝合金最大的优势在于其更易挤压成型，从而能够良好的优化构件截面的形式。 (七)铝合金没有磁性，对有特殊条件要求的建筑场合，如雷达站、零磁试验室等非常实用。 (八)吸音性好，且耐低温。 2、铝合金的缺点 (一)易变形且稳定性较低。铝合金的弹性模量约为 70GPa，相对较低，使其在一定条件下会扭曲变形，会对结构施工产生一些影响 (二)对温度非常的敏感。较之钢材，铝合金的线膨胀系数是其 2 倍，约为 O00002，正因为这样的结构特性，相对于钢材，铝合金对周围温度的变化要敏感许多

5、，某些情况下会间接造成铝合金更大程度的变形，这一点，对构件安装与支座设计方面影响更加显著。 (三)焊接繁复、抗疲劳效果差强人意。 (四)价格相对较高。铝合金型材的价格是钢材价格的 710 倍，但钢材的密度却是铝合金的 3 倍，也就意味着铝合金比钢材贵了整整 3 倍。不过，要是结合铝合金的优点及性价比的话，铝合金的优势还是非常被看好的。 三、铝合金结构的适用范围 1、大跨度屋面系统和桥梁结构，此类建筑要求其活荷载比恒荷载小 2、方便拆装、有移动部件的各种建筑工程结构 3、潮湿湿热环境、易腐蚀的环境，边远山区环境下的承重建筑结构。4、要求防腐耐低温的特殊容器结构以及工程建筑物的维护结构。 四、铝合

6、金在建筑结构中的应用 1、铝合金结构的类型和形式 铝合金结构基本可以分为以下三种类型： 围护铝合金结构。 围护铝合金结构分为线结构和面结构。其中屋面、天花板、各类墙体等被称为围护结构中的面结构。而门、窗、护墙、隔墙和天棚吊顶等的框架一般情况下则被视为面结构。 铝型材一般应用于线结构，而像平板、波纹板、压型板、蜂窝板等各种类型的铝薄板和铝箔则通常应用于面结构。 (二)半承重铝合金结构。 半承重铝合金结构是指围护结构尺寸扩大和负载增加后，需起到围护和承重的双重作用的铝合金结构模式。 屋顶盖板、整体墙板、无中间构架屋顶，如盛装各种液体的罐、池等多采用这种结构建筑。 (三)承重铝合金结构。 承重铝合金

7、结构，概括的讲，就是无论是单层房屋的构架还是大跨度屋盖的承重部件都使用铝合金的结构模式。当然，考虑到技术、安全、经济等建筑工程中不可或缺的因素，承重铝合金结构往往采用钢玄柱和铝横梁做混合结构。 铝合金桥梁、大跨度铝合金屋盖、铝合金网壳及网架和玻璃幕墙铝台金支撑体系等是承重铝合金结构中最为普遍广泛的应用形式。 除此之外，为了降低结构重量、减少往来工程运输和安装费用，偏远地区的输电塔也多用此结构。另外，天文台的无线电望远镜结构中该铝合金结构也存在相当程度的应用，还有，一些过街天桥、采用框架结构的办公建筑、路灯等也是该结构的应用方式之一。不管怎么说，全面细致的对比下，铝合金的性价比还是很高的。 2、

8、铝合金结构的应用概况 桥梁及房屋工程是始源于二十世纪四十年代的铝合金结构的主要应用领域，最初的技术来自欧美国家当时的航空航天业。 其中，人行桥、公路桥、铁路桥与浮桥是铝合金结构在桥梁方面的最重要应用形式。加拿大、美国、英国及日本是较早建成跨度达 90m 以上铝台金桥梁的国家。而平面桁架、铝穹顶结构及空间网架结构体系则是铝合金结构在房屋方面的主要具体应用，如荷兰完工于 20 世纪五十年代、覆盖面积达 4500m2 的 Kieuwegein 办公楼大厅的铝合金网架和直径达 63m 的 zoetemeer 体育中心的球形铝合金建筑；还有覆盖面积达10117m2、由 Fcs6al 建成的英国南方银行展

9、览厅的屋顶采用的是铝台金制造得球面网壳结构；英国伦敦飞机库采用了铝合金门架结构；美国海军在南极建造的铝合金巨蛋建筑直径达 50m；美国加州长滩上的铝合金网架机库为 1265m703m。 但是高潮之后便是低谷，在其后几十年的时间里，因为造价、技术、安全等一系列因素影响，铝合金结构的发展应用陷入低谷，处于迟滞状态。不过，随着科技的发展，铝合金制造、连接等方面技术的更新，信息化建设的加速，铝合金原材料价格的降低，在在民用建筑领域铝合金结构的应用日益的深入与普遍。 目前，从事铝合金结构工程的企业在国际上越来越多，单以美国为例，就有 conservatek，unistut，Tecor 等十多家结构工程公

10、司在从事铝合金结构的设计、制作及安装。 而在我国国内，九十年代，铝合金结构的应用才出现于我国的航空航天业，起步相对较晚，并且现在航空航天业依旧是铝合金结构应用的重头戏。在我国，网架和穹顶结构是建筑结构领域现在最主要的铝合金结构应用形式。 过去百年，工业的发展进程决定了国内建筑结构领域钢结构的大兴，而作为新型建筑结构的铝合金空间结构，即便是业内，知道与了解的人也不是很多。由是，国内采用了铝合金网壳和网架的也只有少数几座大跨度建筑，如天津市平津战役纪念馆是我国首幢铝合金三角形网格单层球面网壳；上海马戏城的铝钛合金圆球形网壳屋顶；上海科技馆(51mx67m416m 的玻璃椭球体单层网壳)等。其中，中

11、国建筑设计研究院参与设计和施工的北京航天城 1858m2 全铝合金空间网架结构，该全铝螺栓球节点网架结构是首次设计与建造，为国内乃至国外首创。 五、结语 综上，具有轻盈、耐腐蚀、现代感强，施工便捷等其他建材不可替代之诸多优点的铝合金，作为一种新型建筑材料，在建筑结构工程尤其是体育、演艺、环保等太跨度标志性建筑中的应用前景相当广阔。 是以，虽然铝合金结构还存在一定的局限性与瑕疵，但其成为建筑结构工程市场上的宠儿却已经是大势所趋。 参考文献: 1李志强，铝合金的特点及其在建筑结构中的应用工业建筑2007 增刊 2石永军，铝合金在建筑结构中的应用与研究建筑科学2005年 12 月第 21 卷第 6 期 3陈奇芳，铝合金在建筑结构工程中的应用中国新技术新产品2010 年第 24 期