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1、.铝合金构造在工业建筑中的应用及前景蔡飞李大浪中国瑞林工程技术XX330033摘要：铝合金材料所具有的轻质、耐腐蚀、易维护和施工方便等优点，使得铝合金构造在土木工程中的应用得到迅速开展。在国内外铝合金构造已应用于桥梁和大跨民用建筑，我国目前已具备开展铝合金构造在工业建筑中应用的根底条件。本文概述了铝合金构造在工业建筑中的应用实例及科技研发进展，说明铝合金构造自身的特点、存在的问题、适用X围和前景。关键词：铝合金构造；工业建筑；应用现状APPLICATIONSTATUSANDPROSPECTOSFALUMINUMALLOYSTRUCTUREININDUSTRIALCONSTRUCTIONABST
2、RACT:Aluminumstructureshavetheadvantangessuchaslightweight,resistancetocorrosioneasyextrusionprocess,etc.Duetothesesadvantages,moreandmoreattentionwasattractedandtheirapplicationsaregettingwiderinthefieldofindustrialconstruction.Thebasicrequirementsofdevelopingthealuminumalloyindustrialconstructionh
3、avebeensatisfiedinChinaKEYWORDS:aluminumalloystructure；industrialconstruction;applicationstate1概述铝合金材料具有密度小、强重比高、耐腐蚀、焊接性能好、维护费用低及可循环利用等诸多优点，已经被广泛应用于航天、桥梁、交通工具等各个领域，在构造工程中也越来越引起人们的兴趣与重视。近年来，在国内陆续兴建了不少的铝合金空间构造和桥梁，如图一市西单商业区人行天桥主跨为38.1m1；图二XX辰山植物园温室，三个单体长x宽x高分别为203x33x20.5m，128x100x17m，2。这些工程的建立完成对铝合金构造
4、的开展提供了有利的工程经历110x34x14m和理论研究根底。现有工业建筑中主要是采用钢构造和钢筋混凝土构造，如果能积极运用和推广铝合金构造，对优化产业整体水平、绿色建筑、实现可持续开展等均具有重大意义。图一西单人行天桥图二XX辰山植物园温室.2铝合金构造的特点在目前的工业建筑中，传统的钢构造仍然占据着主导地位，而铝合金构造才刚刚起步，只用于很小的一局部。原因是：一是早些年铝合金材料的价格远高于钢构造；二是在国内铝合金构造的研究才起步，设计理论和标准还有待完善中，设计师们习惯于钢构造的设计，对铝合金材料的特性和铝合金构造的认识缺乏。以下铝合金构造的特点主要是与钢构造比照。2.1铝合金构造的优点
5、1自重轻。钢密度为7850kg/m3，铝合金密度为2780kg/m3，虽然由于铝材强度与刚度较低而使得构件截面加大，但相对于桁架钢构造，铝合金构造的自重可减轻20%30%。在跨度上，依目前施工水平钢构造跨度最大约为100m，而铝合金构造最大可做到300m，跨度更大。铝合金自重轻有利于将工厂建立在原料产地附近，适于孤岛、沙漠、高原、高寒等各种恶劣环境。在安装工艺上，铝合金构造采用高空散装，相对于钢构造的吊装对施工场地的要求更低。2回收利用率高。在工业中用的金属中，铝具有很强的抗腐蚀性能，在建筑物的使用期间，几乎没有腐蚀损失，是回收率最高的金属材料之一。欧洲铝业协会研究说明，欧洲建筑物中铝的平均回
6、收率为95.7，最高的983。而钢铁回收率最高仅为68.7%4。3材料损耗低。由于铝合金构造采取工厂化的精细加工，平方耗材上相较钢构造可少30%，节省资源，降低本钱。4耐低温。在低温下铝合金的拉伸性能提高、韧性改善、疲劳强度增加。铝合金的拉伸强度和屈服强度随温度的减低而上升，并且拉伸强度增加比拟明显，在20K以下增加停顿。铝合金焊接材料随温度降低抗拉强度和屈服强度比母材相比增加幅度较小5。工业建筑中的构筑物大局部为露天构造，如管廊、筒仓、浓密池，在低寒地区如果要采取保温措施会大大提供工程造价和维护费用。4耐腐蚀性强。工业厂房由于工艺生产要求，在不同的车间会出现不同的腐蚀情况，而铝合金构造自身的
7、可依靠外表致密的铝氧化膜来抵御腐蚀，也可根据实际情况选择不同合金的铝合金来抵御腐蚀，可大大降低后期维护和检测费用。5丰富工业建筑的外形和立面。铝合金材料的可塑性强，采用独特的挤压.工艺可制作出具有复杂截面的构件，使截面形式更加合理，也可充分实现建造师的意图，做出弧形或者异形的建筑外观，以满足复杂建筑造型的要求。6更加符合“绿色工房的趋势。铝合金对于各种波长的光线具有良好的反射率，外观色泽好。由于铝合金屋盖对阳光有高反射率，可保证建筑内部环境冬暖夏凉。铝合金面板易于锁边和咬合，增强建筑物的密闭性，减低能耗。铝合金材料是工业厂房建筑朝着绿色、环保、节能、降耗方向开展必然选择。2.2铝合金构造的需注
8、意的问题铝合金构造具有诸多的优点，但与钢构造相比其也有自身的缺乏，在铝合金构造设计和方案选型时需要引起注意。1铝合金构件连接节点的处理和防腐蚀。因铝合金构件与其他金属接触将发生电化学腐蚀，所以铝合金的机械连接主要有不锈钢螺栓连接、镀锌螺栓连接和铝合金螺栓连接。由于高强度螺栓内强大的预应力会造成与螺栓头、螺栓母相接触的铝合金构件外表损伤，因此铝合金构件不宜采用有预拉应力的高强度螺栓。2铝合金焊接热影响区对构造有不利影响。铝合金焊接后在热影响区的材料强度折减严重，一般规定主要受力构件应采用机械连接而不选择焊接，设计和施工中应予以高度重视。铝合金焊接工艺复杂、控制难度大。非常容易造成外表和内部缺陷，
9、外表缺陷有外表裂纹、外表气孔、咬边、未焊透和烧穿等，一般采用放大镜观察或渗透试验检测；内部缺陷有气孔、裂纹、夹渣及未熔合等，一般采用射线或超声波检测。所以在?铝合金构造设计标准?6中给出焊接热影响区X围内强度的折减系数haz。3铝合金材料弹性模量低，需要注意铝合金构造的变形和稳定。铝合金的弹性模量约为70GPa，仅有钢材的1/3，并且由于铝合金材质较轻，构造计算中的荷载比例发生根本变化，容易导致活荷载作用下铝合金构造竖向挠度大于钢构造，构造的自振频率高7。需要增大截面的几何尺寸来弥补构造刚度缺乏。4铝合金的热膨胀系数在常温下约为23x10-6/，为钢材的2倍。铝合金结构对于温度的变化主要是升温
10、变化敏感，且随着温度的升高，铝合金的热膨胀系数也逐渐增大，在200时可以到达26x10-6/。当铝合金构件不受约束时，由温度变化引起的变形更大，在铝合金构造的构件及支座设计、施工时必须加以注意。但是由于铝合金的弹性模量低，铝合金构件受到约束时，温度变化引起的.变形仅为同条件下钢构造构件的2/38。3铝合金构造在工业建筑中的应用工业建筑是人们从事各类生产活动的建筑物和构筑物。建筑物主要是各种工业厂房和辅助用房；主要构筑物：水塔、烟囱、厂区内栈桥、筒仓、水池和露天设备平台等。铝合金构造已在局部工业建筑中使用，如大型储罐的罐顶图三或者塔架图四。除了承受构造设计中的恒载和活载外，工业建筑与民用建筑相比
11、其自身的特点：1在工业建筑中有大量的设备和工艺管线，在施工过程中，由于设备的搬运和管线的拖拉会难免会有与构造碰撞，所以构造构件自身应有足够的刚度，保证在一般的施工条件下不会变形；2在工业建筑中，建构筑物的环境类别由工艺条件决定，如在冶炼炉、精矿库和配料车间等地方构造构件上易落上厚厚的灰尘，会对构造构件产生固相腐蚀；而在电解车间或者净液车间雾气会在构造构件上形成冷凝液，会对构造构件产生液相腐蚀；而在废酸处理车间、发烟酸车间或者酸库等地方，构造构件那么处酸雾气中，受到气相腐蚀。3在工业建筑中，由于涉及的专业多，管线多，在现场不可防止会与构造有碰撞或者需要增加支托，要切割或增加局部杆件如支撑、次梁或
12、者支架，铝合金构造要能可增加或者减少局部构件。图三铝合金网架油罐顶图四铝合金塔架4铝合金构造在工业建筑中的开展机遇中国已经是全球最大的铝挤压材生产国和消费国，至2021年底，我国约有670家铝挤压企业。铝挤压材外表处理生产线约有695条，铝挤压材的品种规格已开.发出1万余种，铝挤压材外表处理色彩到达600多种。目前我国铝挤压工业无论在装备规模上还是在铝挤压材外表处理技术上都处于全球领先水平。中国完全具备开展铝合金构造的根底条件。由于2021年起全球经济衰退的持续，使得国内铝材期货价格从2003年2月19440元t的最高价下滑到2021年1月下旬的10700元t，大幅萎缩接近50，制约铝合金构造
13、应用的重要因素价格，已降低到历史低谷。开展铝合金构造在工业建筑中的应用，能够消化铝合金过剩产能，增强中国建筑企业科技创新能力，提高企业自身的竞争力，具有重要意义，现阶段是开展铝合金构造在工业建筑中应用的最正确机遇期。5铝合金构造在工业建筑中推广的存在问题1大力开展耐高温的构造用铝合金材料。2加强对铝合金构造的抗火研究。目前对钢构造的抗火性能研究已经取得大量的成果，而对于铝合金构造的构件和整体抗火性能的研究有限。3加强对铝合金框架构造的试验和研究。铝合金构造由于材料与钢材有很大的差异，所以铝合金构造的研究和使用，应该脱离原有钢构造设计的方法和思路，充分发挥铝合金构造的特点。6结论1铝合金构造在工
14、业建筑中有着广阔的前景。铝合金构造可用于室外管架和平台，低温环境下的支撑构造，大跨度厂房屋面，压力容器罐，特殊外形的建构筑物，有消磁要求的建筑，外部的维护构造，海边和腐蚀环境下，移动构造，可拆卸构造。2虽然铝合金的热膨胀系数较大，但是对于工业建筑，舒适度要求低于民用建筑。有着良好的适应性。铝合金构造可根据工厂的环境类型选用与之相适应的合金材料，到达耐腐蚀，耐低温，3铝合金构造未来研究的重点有：铝合金型材稳定系数的选取；铝合金结构连接节点的设计。铝合金便于挤压成型，未来可以设计出各种形式多样的机械连接节点形式参考文献.1铝合金构造桥梁的应用现状、前景及开展建议姚常华，杨建国，吴利权?钢结构?,2021,24(7):1-5。2铝合金空间网格构造研究现状及关键问题杨联萍，韦申，X其林?建筑构造学报?,2021,34(2):1-19。3王祝堂?资源再生?,2005(6):39-394杨英惠(摘译)?现代材料动态?,2021(6):15-165铝合金在低温下的力学性能陈鼎陈振华?宇航材料工艺?2000(4):1-76GB50429-2007铝合金构造设计标准S7晓东新型铝合金构造在城市人行天桥中的应用J桥梁建立，2007(6)：37418DwightJAluminiumdesignandconstructionMLondonandNewYork:EFNSpon，1999.
