铝合金材料在建筑领域的应用分析

       铝合金材料由于其强度重量比高、断裂韧性好和疲劳强度高、耐腐蚀性好、可塑性和焊接性好，在机械、航空航天、造船、汽车制造、包装、军工等领域得到了广泛的应用。

       此前铝合金建筑型材多用在铝合金门窗外框等基础结构上，随着适用范围的推广，其逐渐应用到铝合金网壳结构、铝合金网架结构、玻璃幕墙铝合金支撑体系、通信塔、人行天桥等承重建筑结构件领域。

       从适用范围来看，铝合金结构件由于其自身轻量化、耐腐蚀等特点，在建筑结构跨度较大，地质环境相对恶劣的情况下优势更为明显。目前国内外比较成熟的应用领域包括，（1）活荷载小于恒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、可移动建筑物；（5）建筑物的维护结构。

       在我国铝合金网壳结构、铝合金网架结构、玻璃幕墙铝合金支撑体系、通信塔、人行天桥等已成为铝合金建筑结构件的主要应用领域。

       1、铝合金网架和网壳结构

       网架结构是指由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构；网壳结构是指以杆件为基础，按一定的规律组成网格，并按壳体坐标进行布置的空间构架，它兼具杆系和壳体双重性质。这类建筑结构的主要优点是自重轻、施工速度快、建筑造型美观，适用于覆盖大跨度建筑结构。国际上，穹顶网壳的最大跨度单层可以达到131米，双层可以达到236.5米。

       近年来大型空间建筑的网架和网壳结构在实践中已得到大量应用，丰田博物馆、康涅狄格大学及夏威夷大学竞技场，贝尔经济中心，亚拉巴马国立大学直径80.77米圆盖，加利福尼亚州长滩盖云杉古柏的126.49米圆盖等。

       我国近几年在铝合金网架和网壳结构中的应用也在逐渐增加。1996年天津市平津战役纪念馆是我国首幢铝合金三角网格单层球面网壳结构，其底平面直径45.6米，建筑物高33.83米，最大球面直径48.945米，网壳重34.4吨，连同铝合金屋面板的总重为58.7吨。1997年建成的上海国际体操中心主馆，1999年建成的上海杂技馆，2010年建成长沙经济技术开发区招商服务中心等。

       2、铝合金桥梁

       随着桥梁结构设计理论与施工技术的不断进步，各种桥梁结构形式的最大跨度屡被刷新。但随着桥梁跨度的进一步增大，桥梁结构材料成为一个重要的制约因素。另一方面，采用钢筋混凝土、预应力混凝土与钢材等建造的桥梁也越来越暴露出一些问题，如混凝土盐化腐蚀、钢结构的锈蚀等耐久性问题也越来越严重。在这种背景下，强度更高、重量更轻、耐久性更好的材料用以替代传统材料成为桥梁结构成为行业发展的重点，铝合金材料在今后的城市人性天桥建设中将具有广泛的应用前景。

       国际上第一次采用铝合金结构的桥梁于1956年，在加拿大的Segena河上建造了总长152.5米的拱形公路桥。双曲拱跨度为88.5米，高度为14.1米，整个结构采用Al-Cu-Mg铝合金构成，重量181吨，相较同样结构钢制桥梁质量减轻254吨。建设周期仅仅用时三个半月。

       我国第一次采用铝合金桥梁结构建于2007年，位于杭州市核心区的庆春中河人行天桥。受中河高家梁底标高的控制以及桥下通行电车的需要，使得该处采用传统钢箱梁方案难以实施。采用铝合金结构后，其重量降低至同体积钢材的34%，行人通行高度达到2.5米-3.2米，桥下机动车通行高度达到4.8米-5.3米。

       3、铝合金玻璃幕墙

       幕墙原材料主要为铝型材、玻璃、铝板材料，除了传统建筑材料所具备的一般建筑功能，其更具有节能和安全功能。建筑幕墙主要应用于城市高层建筑、大跨度建筑、异形建筑等建筑综合体。从具体分类来看，铝合金玻璃幕墙一般分为有框幕墙和隐框幕墙，其中隐框幕墙又分全隐、半隐两种，半隐又分竖隐横不隐和横隐竖不隐两种。

       随着近年来大型公共项目、商业项目和高档住宅的数量与体量不断增大，以及二三线城市化水平的提升，行业市场空间日趋扩大。产品的规格、品种也日益增加，档次不断提高。根据《中国建筑装饰行业“十二五”发展规划纲要》，建筑幕墙行业在2015年产值将达到4000亿元，年平均增长率在20%以上。

       我们认为随着行业的不断发展，铝合金幕墙行业呈现出三大特征：一是铝合金幕墙体积大、产品形成过程长，考虑到运输成本的因素，区域性优势逐渐加强；二是随着行业成熟度不断加大，中高端客户对铝合金边框型材加工企业规模的要求不断增大；三是客户对美观度的不断提升使得玻璃幕墙的技术逐渐进步，比如铝合金隐框玻璃幕墙正在得到客户的认可，这要求铝合金型材需要经过阳极氧化后再进行电泳涂漆，同时对其合金牌号（LD31/6063）、机械强度等都具有国家标准，产品质量较高、一致性较强的企业行业优势地位将更加明显。

       4、铝合金通信塔

       目前国内用于通讯或电力领域的塔架以钢结构为主，随着人们对通信塔架轻盈、美观要求的增强，以及腐蚀性强的海洋地区或重污染区域通信塔架构件的增多，铝合金材料需求量不断增加。

       在国外铝合金塔架结构已有一定应用，主要适用于通信、军事领域，以及监控、无线数据传输等业务。国内近年来也有少量铝合金塔架建成使用，其中最具代表性的是建立在福州的一个铝合金微波塔，建造在42米高的科研监测楼楼顶。由于铝合金在抗腐蚀性方面远远优于钢材，同时大量实验资料也表明，与镀锌板相比，其在耐腐蚀、耐磨、耐热性等方面优势明显。未来随着通信覆盖面积的不断扩大，基站范围逐渐向海岸、海岛、化工厂、化肥厂等污染严重、腐蚀性强的区域拓展，铝合金通信塔应用经济性将得到明显提升。