陈玉霞
浙江新中环建筑设计有限公司 310000
摘要：铝合金作为特制金属，本身具备重量轻、容易加工、比强度高等多种优点，比钢材或者混凝土更容易回收，更适合作为新型建筑材料，具备非常广阔的应用前景。本文就结合铝合金的特点，分析其在建筑结构应用中的优劣势，并列举国内外相关应用的成功案例，综述了铝合金在建筑结构中如何有效运用。
关键词：铝合金；建筑结构；有效运用
铝合金，就是对铝进行冷加工强化，然后添加铜、锂、镁等金属元素，最后进行热处理强化，从而形成的既具有物理强度，又自身重量比较轻的金属构件。铝合金在建筑工程中的应用已经有上百年的历史，例如铝合金窗框、铝合金外包层等，发展极为迅速，价格也比较实惠，进一步研究铝合金在建筑结构中如何有效运用，就成为当今热点之一。
一、铝合金的力学性能特征
建筑工程中常用的铝合金主要包括6061-T6型铝合金和高强度铝合金材料等，以前者为例，其弹性模量一般为71352E/MPa，屈服强度一般为2410f0.2/MPa，拉抗强度一般为2766fy/ MPa。
由此可以得出结论，铝合金材料是存在较为明显的线弹性阶段的，拉应力越接近屈服强度，材料的弹性模量就越低，然后进入强化阶段，最后发生受拉断裂。
二、铝合金材料应用于建筑结构中的优缺点
（一）铝合金应用于建筑结构的优点
铝合金作为一种特殊金属材料，其应用于建筑结构的优点包括：
1、铝合金具有防腐蚀性
基于铝合金的特殊材质，在大气影响下，它的表面容易形成氧化层，而这层氧化层可以很好地保护铝合金不被腐蚀。这个特点也有助于铝合金应用于强腐蚀环境的建筑结构，包括化工行业、煤炭行业、水处理厂等条件下的结构物，可以减少维护频率和费用。除此之外，我国北方寒冷地区在冬天往往需要依靠撒放除冰盐来防滑，而这些容易造成桥梁等建筑结构的钢材锈蚀，如果用铝合金作为外层材料的话，就可以避免这一问题。
2、铝合金的重量轻
铝合金由于原材料是铝，因此重量比较轻，这也有助于铝合金在建筑结构中安装比较简单，同时，铝合金的传给基础荷载少，施工耗能少，而且直接减少了劳动工人的劳动强度。
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3、铝合金的比强度高
铝合金的比强度比平常使用的碳素钢还要大，更高于其他的建筑钢材，所以，如果桥梁和房屋建筑的上部结构都采用铝合金的话，就会减少结构本身的重量，同时缩短施工周期，减少施工强度。除此之外，还可以拓展建筑结构的极限高度和跨度。
4、铝合金具有特殊光泽与质感
铝对红外线和紫外线的反射能力较强，其表面对白光反射率高于80%，与此同时，铝合金可以通过电解着色或者阳极氧化的方式，具有更为靓丽的颜色，适用于建筑装饰。
5、铝合金可以挤压成型
铝合金材质比较软，不需要热轧或者焊接就可以挤压成型，而且可以挤压成比较复杂截面的材料形状，可以适用于不同的建筑情形，这也是铝合金最大的优点。
除了上述优点之外，铝合金还具有很多优势，有助于其用于建筑结构，例如无磁性、易回收性、再用率高、吸音性、耐低温性等等。
（二）铝合金应用于建筑结构的缺点
任何材料都具有两面性，铝合金同样在建筑结构的运用中存在一定程度的缺陷，包括：
1、铝合金的弹性模量低
铝合金的弹性模量只有钢材的三分之一，因此，铝合金制材料往往缺乏稳定性，比较容易变形，在实际施工中，只能通过增大截面几何刚度来填补铝合金材料刚度不够的缺点，比较局限。
2、铝合金具有较强的温度敏感性
铝合金的线膨胀系数约为钢材的两倍，也就是说，铝合金结构对温度的敏感性要远远高于其他钢材，所以，当温度的上升或者下降幅度比较大时，铝合金就会产生大幅度的变形，直接影响其形状和功能，这也导致建筑工程中的底座和支座设计不宜使用铝合金。
3、铝合金的价格较高
目前市场上铝合金材料的价格比较高，已经达到其他钢性材料的七到八倍，虽然铝合金的密度比较低，仅为钢材的三分之一，综合而言，使用铝合金的直接成本也基本达到钢材的三倍左右，因此不能大范围的使用，以节约成本。
除了上述缺点之外，铝合金材料的焊接工艺非常复杂，这也源于铝合金对温度的敏感性，同时，铝合金基本不具有抗疲劳性，对裂纹的敏感性非常之高。
三、国外关于铝合金在建筑结构中的运用
20世纪中期，铝合金在欧美国家开始应用于房屋、桥梁等建筑工程，桥梁应用包括公路桥、浮桥、人行桥等，跨度可高达90米，包括美国、日本等都属于较早在桥梁方面运用铝合金的国家；房屋应用主要包括铝穹顶结构、空间网架结构以及平面结构，最具代表性的当属荷兰的Kieuwegein办公楼大厅的铝合金网架以及英国伦敦飞机库的铝合金门架结构。随着社会的发展，越来越多的民用建筑也开始使用铝合金，仅美国就有十几家结构工程公司。
四、国内关于铝合金在建筑结构中的运用案例
国内目前对铝合金在建筑结构中的运用方式主要包括三种，即铝合金网壳结构、铝合金网架结构和玻璃幕墙铝合金支撑体系。
（一）铝合金网壳结构
铝合金应用于网壳结构，具有很大的优势，这也源于铝合金自身重量比较轻，结构形式跨度比较大。这也是我国对铝合金的最早应用方式，以天津市平津战役纪念馆为例，建立于1996年，它是我国首个铝合金三角形网状单层球面网壳，它高33.83米，底平面直径约为45.6米，整个建筑的最大球面直径接近49米。同样运用铝合金穹顶的还有上海国际体操中心，它的单层铝合金网壳为我国最大，采用的是扇型三向型，结构是6061-T6型铝合金工字型构件，其穹顶面板是适用的厚约1.3毫米的亚光铝合金板，整个球面穹顶半径超过55米。
当然，我国第一个大型的铝合金-玻璃椭球体结构还是上海科技城中央玻璃椭球体铝合金结构，建成于2001年，它的特点在于整个结构轻巧，空透性好，同时铝合金的表面进行了事前的氧化处理，具有很好的防腐蚀性。
（二）铝合金网架结构
铝合金网架结构是铝合金网壳结构外，另一个跨度比较大的结构形式，其主要应用案例包括上海植物园展览温室、湖北清江游泳馆屋盖、上海航天科技集团公司第八研究院509研究所磁测试厂的房屋顶、以及北京北苑宾馆游泳池屋面等。
（三）玻璃幕墙铝合金支撑体系
玻璃幕墙近几年凭借其较好的建筑表现能力，逐步得到较大规模的应用，它是适用铝合金或者不锈钢等防腐性比较好的金属作为支撑。以上海金茂大厦的玻璃幕墙为例，它就是采用了铝合金制成，首先在德国制作好铝合金框型材，再运回上海，完成玻璃幕墙单元的拼装工作，最后运至现场进行安装。铝合金窗的横梁和立柱分别连接在立柱和预埋件上，玻璃则支撑在横梁和立柱之上。
结语：
铝合金应用于建筑结构中是时代发展的趋势，因为铝合金具备其他建筑材料所不具备的优势，包括耐腐蚀性、重量轻等，而且其施工比较便捷，在建筑结构上的适用前景非常广阔。
大量使用铝合金材料，既可以减少运输费用和工作量，也可以延长建筑结构的寿命，保证建筑质量的优质性。当然，铝合金结构也有其缺点和不足，这也是以后研究中必须加以解决的问题。
参考文献：
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论文作者:陈玉霞
论文发表刊物:《基层建设》2016年3期
论文发表时间:2016/5/28
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