铝合金在建筑结构中的应用与研究

铝合金在建筑结构中的应用与研究

【摘要】铝合金作为一种高效的、可回收的建筑材料广泛运用于建筑结构中，随着其行业的不断发展，铝合金的造价成本也越来越低，这也使得铝合金在建筑结构中的应用与研究也会越来越深入。

【关键词】铝合金；建筑结构；应用与研究 前言

文章对铝合金这一建筑材料进行了概述，并对其优缺点进行了详细的分析，同时对铝合金在建筑结构中的应用和研究进行了阐述，具有一定的借鉴意义。

二、铝合金在建筑结构中的使用概述

建筑结构中使用铝合金是一种新的趋势，铝合金作为一种建筑材料，具有重量轻盈、耐腐蚀、外观好、较不锈钢等材料价格低等其他建材不可替代的优点。同时铝合金结构又具有现代感强，加工制作及施工便捷等特点，在体育场馆、剧院、有较高环保要求等大跨度标志性建筑中应用前景广阔。建筑物采用铝合金结构可以达到以下目的:

1.可以减轻建筑结构的自重；

2.减少运输，制作加工及现场安装的成本；

3.提高结构的耐久性，从而延长建筑物的使用寿命；

4.可以改善高地震烈度地区建筑物的抗震性能；

5.扩大临时建筑物的使用范围，提高临建的结构性能；

6.对房屋经行内部改造时可以提供更多的选择条件；

7.提高建筑物的质量；

8.提高低温环境下的结构工作可靠性.

三、铝合金性能上的优点和缺点

1.优点

（一）铝合金在大气的影响下，其表面能自然地形成一层氧化层，这层氧化层在很大程度上防止了铝合金的腐蚀。因而铝合金的耐腐蚀性能好、免维护，尤其适用于一些有较强腐蚀环境的建筑结构，此外，在我国的北方，冬天大量使用

除冰盐，使得许多桥梁中的钢筋与钢材受到锈蚀，如果采用铝合金则可以大大缓解这方面的问题。

（二）重量轻。这一优点使它可能具有结构安装简单、全部构件在生产厂加工制作、传给基础的荷载减少、施工和维修期间耗能少和降低劳动强度等优越性。

（三）与钢材相比，铝合金最大的优势在于它的比强度高。铝合金的密度为2．7g／cm3，约为钢材密度的1／3，而建筑常用的6000系列的铝合金的强度要比一般常用的碳素钢的强度还要大。因此，采用铝合金代替钢材或混凝土来建造桥梁与房屋建筑的上部结构，可以大大减少结构的自重，这一方面可以减小施工强度，缩短施工周期，减轻下部结构的承重负担和结构所受的地震作用；另一方面也可以拓展结构的极限跨度和高度。

（四）铝合金具有易回收、再处理成本低、再利用率高、回收剩余价值高、环境保护好的优点。

（五）铝合金具有特殊的光泽与质感，因为铝的抛光表面对白光的反射达80％以上，对红外线、紫外线也有较强的反射能力。同时，铝还可以进行阳极氧化和电解着色，从而获得良好的装饰效果。

（六）可以挤压成型。这是铝合金在加工方面相对于钢材的最主要的优点。挤压成型可以生产出热轧和焊接所不能得到的复杂截面的型材，可以使得构件截面的形式更加合理。

（七）铝材料无磁。适用于航天航空、天文及雷达站等有特殊要求场合，如某航天实验室研究中心零磁试验室，就是根据铝合金的这一特点，采用了我国自行研制、设计、制造的螺栓球节点铝合金全网架结构(包括屋盖与墙体)。

（八）吸音性。铝材料对声音是非传播体，有吸收声波的性能。

（九）耐低温。铝材料在温度低时，它的强度反而增加而且无脆性，因此它是理想的低温材料。

2.缺点

（一）弹性模量比较低。铝合金的弹性模量约为70GPa，只有钢材的1／3，因而采用铝合金建造的结构，变形和稳定性是常见的问题，而且往往成为结构设计中的控制因素，一般可通过采用增大截面的几何刚度来弥补其材料刚度的不足。

（二）温度敏感性比较强。铝合金的线膨胀系数约为0．00002fC，是钢材的2倍，这就意味着铝合金结构比钢结构对温度的变化更为敏感，当它不受约束时，由温度变化引起的变形要更大，这一特点在构件安装与支座设计中必须予以重视。

（三）焊接工艺复杂。焊接热影响区材料和焊缝材料不能达到和母材等强度。

（四）抗疲劳性能差。部分铝合金对裂纹的敏感性很高，所以即使是静力荷载下也要对这一部分铝合金考虑裂纹敏感安全系数。

（五）相对钢材而言，铝合金型材的价格约为钢型材价格的7倍～10倍，考虑到铝的密度只有钢材的1／3，因此铝合金使用的直接价格约为钢材的3倍左右。但若综合考虑下部结构、施工的便捷与周期和维护费用等，铝合金结构还有其价格竞争优势，尤其在能充分发挥铝合金材料优势的大跨空间结构方面。

（六）相关设计施工及验收规范的缺乏

目前国内对铝合金结构的使用还只是处于摸索的状态。缺少一个完整的设计理论，施工方面也缺乏足够的实际工程经验。国内主要的结构设计软件都没有关于以铝合金为材质的部分，这样无法在广大的结构设计人员当中推广使用。而施工和监理部门也会缺乏相应的规范而无从下手。所以想大力推广铝合金结构，首先要从制定符合国情的规范入手。参考国际上的通用方法结合我国的实际情况制定相应的法律法规。

铝合金结构的适用范围结合上述总结的铝合金作为建筑结构材料优缺点，比较合理的适用范围如下：1)活荷载小于叵荷载的大跨度屋面系统；2)海洋气候和腐蚀环境下的建筑结构物；3)偏远山区和恶劣环境下的建筑结构物；4)各种用途的可拆装、可移动建筑结构物；5)建筑物的维护结构。

四、铝合金在建筑结构中的应用

1.铝合金结构的类型和形式

铝合金结构的基本类型分为以下三类:

（一）围护铝合金结构

各种建筑物的门面和室内装饰广泛使用铝合金结构。通常把门、窗、护墙、隔墙和天棚吊顶等的框架作为围护结构中的线结构;把屋面、天花板、各类墙体。遮阳装置等称作围护结构中的面结构。线结构中使用的是铝型材，面结构中使用的是铝薄板，

（二）半承重铝合金结构。随着围护结构尺寸的扩大和负载的增加，一些结构需起到围护和承重的双重作用，这类结构称为半承重铝合金结构，因此半承重铝合金结构广泛用于跨度大于6m的屋顶盖板和整体墙板。

（三）承重铝合金结构。从单层框架房屋到大跨度屋盖都可以使用铝合金结构做为承重件。从安全和造价成本的合理性考虑，往往采用钢柱和铝合金横梁的

混合结构类型。

其中承重铝合金结构常见的形式有铝合金桥梁、大跨度铝合金屋盖、铝合金网壳及网架和玻璃幕墙铝合金支撑体系等。另外还有一些其他形式，比如将铝合金用在天文台的无线电望远镜结构中.可以减轻结构重量;铝合金还可用于框架结构的住宅及办公楼、人行天桥、路灯及交通指示标志、广告牌的支撑等方面。

2.铝合金结构的适用范围

（一）活荷载比恒荷载小的大跨度屋面系统和桥梁结构。

（二)海洋气候和腐蚀环境下建筑物的承重结构，例如游泳池的屋面系统、江河上的桥梁和水上的建筑物。

（三）偏远山区和恶劣环境下建筑结构。在此类条件下采用铝合金结构，可以降低运输及维护的难度和费用。

（四）多用途，可拆装结构。由于铝合金构件具有自重轻，多为螺栓安装故在运输和安装方面具有比较明显的优势。

（五）移动板房结构:用铝合金材料制成的临时办公室或门卫等临时性建筑，由于重量轻建筑可以整体搬运，减少了重复安装节省人力物力和时间。

（六）一些特殊使用功能的容器结构，例如有防腐和抗低温要求的罐体或溶液池。

（七）建筑物的围护结构。

3.铝合金结构的应用概况

（一）铝合金网壳结构

铝合金网壳结构是一种比较理想的大跨度结构形式，铝合金由于自重轻的特点，应用于网壳结构具有非常明显的优势。我国在这方面发展比较迅速。

（二）铝合金网架结构

铝合金网架结构是另一种理想的大跨度结构形式，由于铝合金自重很轻，应用于网壳结构也非常有利。

（三）玻璃幕墙铝合金支撑体系

近年来，玻璃幕墙引起具有良好的建筑表现能力而得以大规模应用，其支撑大多为不锈钢或者铝合金等耐腐蚀性好的金属。

结束语

铝合金作为建筑常用材料在建筑工程中得到了广泛应用，但是材料本身存在不足和缺陷，因此对铝合金材料进行深入研究是很有必要的。

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