金属材料在建筑上的应用

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第十章 金属装饰材料
金属材料在建筑上的应用，从古到今，具有悠久的历史。在现代建筑中，金属材料品种繁多，尤其是钢、铁、铝、铜及其合金材料，它们耐久、轻盈，易加工、表现力强，这些特质是其它材料所无法比拟的。金属材料还具有精美、高雅、高科技并成为一种新型的所谓“机器美学”的象征。因此，在现代建筑装饰中，被广泛地采用，如柱子外包不锈钢板或铜板，墙面和顶棚镶贴铝合金板，楼梯扶手采用不锈钢管或铜管，隔墙、幕墙用不锈钢板等。
金属材料中，作为装饰应用最多的是铝材，近年来，不锈钢的应用大大增加，同时，随着防蚀技术的发展，各种普通钢材的应用也逐渐增加。铜材在历史上曾一度在装饰材料中占重要地位，但近代新型金属装饰材料的质高价廉已使它失去了竞争力。
第一节 金属装饰材料的种类与结构
一、种类
金属装饰材料有各种金属及合金制品如铜和铜合金制品、铝和铝合金制品、锌和锌合金制品、锡和锡合金制品等等，但应用最多的还是铝与铝合金以及钢材及其复合制品。
二、结构
金属装饰材料主要结构为各种板材，如花纹板、波纹板、压型板、冲孔板。其中波纹板可增加强度，降低板材厚度以节省材料，也有其特殊装饰风格。冲孔板主要为增加其吸声性能，大多用作吊顶材料。孔型有圆孔、方孔、长圆孔、长方孔、三角孔、菱形孔、大小组合孔等等。
金属装饰箔是一种极薄的装饰材料。幅面常在100mm以下，常用于古建筑的装修。
第二节 铝及铝合金装饰板
铝作为化学元素，在地壳组成中占第三位，约占7.45%，仅次于氧和硅。随着炼铝技术的提高，铝及铝合金成为一种被广泛应用的金属材料。
一、铝的特性
铝属于有色金属中的轻金属，质轻，密度为2.7g/cm3，为钢的1/3，是各类轻结构的基本材料之一。铝的熔点低，为660℃。铝呈银白色，反射能力很强，因此常用来制造反射镜、冷气设备的屋顶等。铝有很好的导电性和导热性，仅次于铜，所以，铝也被广泛用来制造导电材料、导热材料和蒸煮器具等。
铝是活泼的金属元素，它和氧的亲和力很强，暴露在空气中，表面易生一层致密而坚固的氧化铝（Al2O3）薄膜，可以阻止铝继续氧化，从而起到保护作用，所以铝在大气中的耐腐蚀性较强。但氧化铝薄膜的厚度一般小于0.1μm，因而它的耐腐蚀性亦是有限的，如钝铝不能与盐酸、浓硫酸、氢氟酸、强碱及氯、溴、碘等接触，否则将会产生化学反应而被腐蚀。
铝具有良好的延展性，有良好的塑性，易加工成板、管、线及箔（厚度6――25μm）等。铝的强度和硬度较低，所以，常可用冷压法加工成制品。铝在低温环境中塑性、韧性和强度不下降，因此，铝常作为低温材料用于航空和航天工工程及制造冷冻食品的储运设备等。铝的力学性质见表11-1。
表11-1 铝的力学性质
铝的纯度 状态 抗拉强度(Mpa) 条件屈服点δ0.2(Mpa) 伸长率(%) 硬度(H
高纯度 退火75%加工 48115 13105 505.5 1727
一般纯度 退火半硬硬 90120170 3590150 3595 233244
二、铝合金及其性质和应用
钝铝强度较低，为提高其实用价值，常在铝中加入适量的铜、镁、锰、硅、锌等元素组成铝合金，如Al-Cu系合金、Al-Cu-Mg系硬铝合金（杜拉铝）、Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝合金（超杜拉铝）等。
（一）铝合金的一般性质
铝中有入合金元素后，其机械性能明显提高，并仍能保持铝质量轻的固有特性，使用也更加广泛，不仅用于建筑装修，还能用于建筑结构。铝合金装饰材料具有重量轻、不燃烧、耐腐蚀、经久耐用、不易生锈、施工方便、装饰华丽等优点。
铝合金与碳素钢相比较，显示出其所特有的良好性能，见表11-2。
表11―2 铝合金与碳素钢性能比较
性能 指 标
铝合金 碳素钢
密度ρ(g/cm3) 2.7――2.9 7.8
弹性模量E(Mpa) 63000――80000 210000――220000
屈服点δs(Mpa) 210――500 210――600
抗拉强度δb(Mpa) 380――550 320――800
比强度（δs/ρ）(Mpa) 73――190 27――77
（δb/ρ）(Mpa) 140――220 41――98
（二）铝合金的应用
目前铝合金广泛用于建筑工程结构和建筑装饰，如屋架、屋面板、幕墙、门窗框、活动式隔墙、顶棚、暖气片、阳台和楼梯扶手以及其他室内装修及建筑五金等。如日本的高层建筑98%采用了铝合金门窗。美国已用铝合金制造了跨度为66m的飞机库，其全部建筑物的重量仅为钢结构的1/7。
我国航天工业部第四规划设计研究院在首都机场72m大跨度波音747飞机库设计中，采用彩色压型铝板作两端山墙，壮观美丽，效果显著。另外，在山西太原34m悬臂钢结构机库设计中，屋面与吊顶均采用压型铝板，吊顶上铺岩棉做保温层，降低了屋盖和下部承重结构的耗钢量。铝屋面本身荷载轻，耐久性也好。
经氧极氧化处理后的铝可以着色，做成装饰制品。近年来，日本制成铝-聚乙烯（Al-PE）复合板，可做建筑室内装饰材料。复合板的两面是0.1――0.3mm厚的铝板，中间的夹心材料主要采用中低压聚乙烯（高密度聚乙烯）。铝板的表面进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，这种复合板的特点是质量轻，有适当的刚性，能耐振和隔声。德国在工业建筑上使用两层铝板之间填充泡沫材料的保温板材，可以用螺栓固定，质量仅为8kg/m2，其构件长