建筑金属材料分析

1、,当代文化与技术背景下的材料表现,建筑构造（二）讨论课,金属材料,第一次汇报,低合金结构钢,二、,低合金结构钢基本性能及应用,什么是低合金结构钢,1、,普通低合金结构钢是指在普通碳素钢中加入少量或微量合金元素（如Si、V、Ti、Mn、Mo、Nb、Cu、B、Re等）,其总的质量分数不超过5%,而使钢材性能发生变化,得到比一般碳钢性能更为优良的钢,如强度高,还具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐低温等特殊性能。 由于在这种钢中加入的合金元素总量不多，这类合金钢属于低合金钢。其冶炼方法和一般碳钢差不多，成本也不高，所以称为普通低合金结构钢。简称普低钢，是焊接结构中广泛使用的低合金钢。 加入合金元素后钢材强度

2、可明显提高，使钢结构构件强度、刚度、稳定三个主要控制指标都能充分发挥，尤其在大跨度或重负载结构中优点更为突出，一般可比碳素结构钢节约20%左右的用钢量。可减轻自重，延长寿命，力学性能见表：,一、,低合金结构钢基本性能及应用,一、,低合金结构钢基本性能及应用,低合金结构钢的基本性能,2、,强度高：综合性能好，在相同使用条件下可节约用钢20%30%，可减轻自重，延长寿 命，一般其的屈服强度在300MPa以上。 高韧性：要求延伸率为15%20%，室温冲击韧性大于600kJ/m800kJ/m。 对于大型 焊接构件，还要求有较高的断裂韧性。可用于高强度部件。 耐腐性：使用低合金结构钢以后，由于减少了结构

3、中钢材的厚度，所以必须相应地提高由于大气腐蚀而引起的消损率。 耐低温性好：可用于北方，或寒冷地区等极端恶劣地区的一些工程结构，或冷库等结构部件。 抗冲击性强：使用寿命长 良好的可焊性：由于各种合金钢结构的化学成分不同，其焊接性能的差别也很大，一般以它们的强度级别分类；强度级较低（如3040Kg级）的合金钢焊接性能良好，接近普通的低碳钢，而强度大于50Kg的合金钢其焊接性能就差了。 冷加工性能：低合金钢材经常承受冷加工，经冷加工以后在较长的使用时期或存 放时期内，钢材会逐渐变脆，冲击韧性大幅度下降。,一、,低合金结构钢基本性能及应用,低合金结构钢的分类,3、,低合金高强度钢按其主要性能和用途，可

4、分为高强度用钢、低温用钢和耐蚀用钢三类： 高强度用钢 ；这类钢除高强度外还兼有优良的低温韧性，这类钢的产量在中国占低合金高强度钢产量的80%以上，其中屈服强度3540kgf/mm平方级的钢种占大多数，应用最为广泛的是16Mn钢。 低温用钢 ；它们属于铁素体型低温用钢。通过提高钢的纯净度和降低钢中磷、硫含量得到较低的韧性脆性转变温度。这类钢主要有09Mn2V（70）、06MnNb(-90）、3.5%Ni(-100）和06AlNbCuN(-120），用于制作低温设备的零部件。 耐蚀用钢 ；这类钢对大气、海水、硫化氢等环境有一定程度的抗蚀能力，如10MnPNbRE钢耐海洋大气和海水腐蚀，用于船舶、板

5、桩、井架；12MoAlV钢适于制造炼油厂高温硫化氢设备；10MoWVNb钢在用于400氢、氮、氨高压管方面效果较好。,一、,低合金结构钢基本性能及应用,低合金结构钢的结构材料的特点,4、,低合金高强度结构钢是指在冶炼过程中增添一些合金元素，其总量不超过5的钢材。加入合金元素后钢材强度可明显提高，是钢结构构件的强度、刚度、稳定三个主要控制指标都能充分发挥，尤其在大跨度或者重负荷结构中有点更为突出，一般可比碳素结构钢节约20左右用钢量。 具有优异的力学指标。同时克服了高碳素钢性能上的一应缺陷。可以很好的用焊接工艺工作在疲劳、低温等不利环境中。 土木建筑工程中普通低合金结构钢应用日益广泛，在诸如大跨

6、度桥梁、大型柱网构架、电视塔、大型厅馆中成为主体结构材料。另外，当低合金钢中的铬含量达到11.5%时，铬就在合金金属的表面形成一层惰性的氧化铬膜，这时就成为不锈钢。不锈钢具有低的导热性和良好的耐蚀性能，但温度变化时膨胀性较大。不锈钢可加工成板、管、型材、各种连接件等，表面可加工成无光泽的和高度抛光发亮的材料，既可作为建筑装饰材料也可作为承重构件。,合金结构钢易于淬硬和不易变形或开裂，便于热处理改善钢的性能。 合金结构钢广泛用于制造汽车、拖拉机、船舶、汽轮机、重型机床的各种传动件和紧固件。低碳合金钢一般进行渗碳处理，中碳合金钢一般进行调质处理 。,一、,低合金结构钢基本性能及应用,合金结构钢装饰

7、板,一、,低合金结构钢基本性能及应用,合金结构钢结构玻璃幕墙,一、,低合金结构钢基本性能及应用,一、,低合金结构钢的基本特性与现代应用,低合金结构钢在建筑结构中的应用,5、,1、低合金结构钢桥梁,一、,低合金结构钢的基本特性与现代应用,2、三峡过船闸门 高强钢800余吨,一、,低合金结构钢的基本特性与现代应用,3、石油平台 高强钢5万吨以上,4、国家重点工程项目,大型高层钢结构建筑受力复杂，要求安全可靠，能够抵抗突发灾害(如水、火、地震、风暴等)。 因此，除了有足够的屈服强度和抗拉强度外，还要求具有低的屈强比、良好的冷变形能力和高 的塑性变形功，在局部超载失稳的情况下不发生瞬间的断裂。为节省空

8、间和材料，低合金高强 度结构钢板扮演着重要的角色。,鸟巢 中央电视台 意大利馆,低合金结构钢的基本特性与现代应用,一、,5、高层建筑,低合金结构钢的基本特性与现代应用,一、,6、一般结构和工程用钢板、钢带、型钢和棒钢。其对化学成分所作的规定也适用于钢锭，包括连铸坯钢坯及其制品。,低合金结构钢的基本特性与现代应用,一、,铝和铝合金,轻量性 铝之比重仅为钢铁之三分之一 耐蚀性 铝在自然环境中表面形成薄层氧化膜可阻绝空气中氧气，避免进一步氧化，具有优良耐蚀性，铝表面如再经各种不同的表面处理，其耐蚀性更佳 成形性 利用完成退火(或部份退火)可产生质软的铝合金，适用於各种成形加工要求 强度 利用合金的添

9、加及轧延、热处理制程可生产不同强度等级的产品 表面处理性 铝具有优良的表面处理性包括阳极处理、表面化成处理、涂覆及电镀等，尤其阳极处理可产生各种不同色泽、硬度的皮膜 导电性 相同重量的铝，其导电度为铜的两倍 导热性 铝的导热性极佳 易加工性 铝的加工性特佳，可加工成棒、线、挤型材。 切削性 与钢铁比较可节省高达70%，通常强度较高的铝合金的切削性较佳。 熔接性 纯铝及铝镁合金的熔接性佳 无低温脆性 铝在超低温的状态下，无一般碳钢的低温脆性问题 无毒性 铝不具毒性 再生性 铝易於回收重熔使用，为地球上可充分且有效利用的资源 无磁性 没有磁性反应的金属。 反射性 铝表面的亮度能有效反射热、电波,一

10、、,铝合金的基本特性与现代应用,铝的基本特性,1、,一、,铝合金的基本特性与现代应用,铝合金作为结构材料的特点,2、,(1)自重轻,密度大概只有钢材的1/3。 (2)低温力学性能好,其强度、延伸率在低温下 比在常温下更好。 (3)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。 (4)弹性模量低。铝合金的弹性模量只有钢材 的1/3左右,所以稳定问题特别显著,在设计中尤其要考虑构件的屈曲问题。 (5)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。 (6)抗疲劳性能差。部分铝合金

11、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。,一、,铝合金的基本特性与现代应用,铝合金在建筑结构中的应用,3、,铝合金桥梁,一、,铝合金的基本特性与现代应用,大跨度铝合金屋盖,一、,铝合金的基本特性与现代应用,空间网格结构 是由大致相同的格子或尺度较小的基本结构单元组合而成，可均匀三向传递力流的空间结构.,一、,铝合金的基本特性与现代应用,一、,铝合金的基本特性与现代应用,铝合金支撑体系玻璃幕墙采用铝合金作为承重结构，以玻璃、铝板等为面材，根据建筑的形状和屋面下方空间的使用功能，可以设计各种造型屋面来装饰建筑,特点 1、屋面的总体重量轻，可实现大跨度空间

12、； 2、抗变形能力强。对温度变化、地震等原因引起的变形具有吸收减弱功能。 3、玻璃屋面具有良好通透效果，能使室内空间与自然天空融为一体。 4、玻璃、铝板等材料的屋面外部效果靓丽，清洗维护成本低。,用于加工门窗、幕墙等建筑用铝合金型材，主要采用变形铝合金6063，其次是6061。根据国家规范铝合金建筑型材GB/T5237-2000，铝合金型材分为基材、氧化、着色型材、电泳涂漆型材、粉末喷涂型材、氟碳漆喷涂型材5种，其中基材不能直接用于建筑物。 铝合金型材具有良好的 耐蚀性能，在工业气愤和海洋性气氛下，未经表面处理的铝合金的耐腐蚀能力优于其他合金材料，经涂漆和氧化着色后，铝合金的耐蚀性更高。 铝合

13、金型材可进行热处理（一般为淬火和人工时效）强化。铝合金具有良好的机械加工性能，可用氩弧焊进行焊接，合金制品经阳极氧化着色处理后，可制成各种装饰颜色。,二、,铝合金材料,铝合金型材,1、,对铝合金门窗来说，要求有一定的抗风压强度，有良好的气密性和水密性，还应有良好的隔热、隔音与开闭性。根据铝合金的抗风压强度、气密性与水密性三项指标，可将铝合金产品分为优等品、一等品与合格品三个等级。,二、,铝合金材料,铝合金门窗,2、,按其表面处理方式的不同，可分为阳极氧化处理与喷涂处理装饰板。按装饰效果可分为花纹板、波纹板、压型板与浅花纹板等。按几何形状可分为条形板和方形板。按色彩可分为银白色、古铜色、金色、红

14、色、兰色等多种。,二、,铝合金材料,铝合金装饰板,3、,二、,铝合金材料,铝合金装饰板,3、,铝合金花纹板 铝合金花纹板是采用防锈铝合金等坯料，用专制的花纹轧辊轧制而成。 特点：花纹多样、美观大方、筋高适中、不易磨损、放腐蚀性能强、防滑性能好、板材平整、裁剪尺寸精确、便于清洗，施工安全简便。,二、,铝合金材料,铝合金装饰板,3、,铝合金穿孔吸声板 根据成孔形式主要有圆、方、椭圆、三角及大小不一的组合孔。 特点：具有吸声、降噪、质量轻、强度高、防火、防潮、耐腐蚀、化学稳定性好等特点。 应用：宾馆、饭店、影剧院、播音室和各类厂房、计算机房、各种控制室、棉纺厂及噪声较大的车间顶棚和墙面。,二、,铝合

15、金材料,铝合金装饰板,3、,铝合金压型板 根据板材截面平凸间隔，凹凸部分截面形状有V型和U型。 特点:质量轻、外型美观、耐久、耐腐蚀、施工安装简便等。 应用：主要是墙面和屋面。,二、,铝合金材料,铝合金装饰板,3、,蜂窝芯铝合金复合板 主要特点：具有精度高、外观平整、强度高、质量轻、隔声、防震、保温隔热、色泽鲜艳、持久不变、易于成型、，用途广泛等特点. 应用：可用于各种建筑的幕墙系统，也可用于室内墙面、屋顶、顶棚、包柱等工程。,铝合金吊顶材料有质轻、不锈蚀、美观等优点，适用于较高的室内吊顶。全套部件包括铝龙骨、铝平顶筋、铝天花板及相应吊挂件等。,二、,铝合金材料,铝合金吊顶材料,4、,许多类型

16、的棒、杆和其他的铝合金制品，可拼装成富有装饰性的栏杆、扶手、屏幕和格栅，能张开的铝合金片可用作装饰性的屏幕或遮阳帘。,二、,铝合金材料,专门的铝合金装饰制品,5、,铝箔除具有保温、隔蒸汽等的功能外，也是优良的建筑装饰材料之一。,二、,铝合金材料,铝箔,6、,向窑炉中装入加有磨细的颜料的玻璃，以高温（超过427度）融化后，搪涂在铝合金表面能制得色泽光亮、坚硬耐久的装饰制品。这种制品抗酸、碱蚀的性能好，并相对的不受气候影响。由于瓷釉可以薄层施加，因而它在铝合金表面上的粘附力比在其他金属上更强。瓷釉能制成各种颜色与不同的光泽度，且耐久性较好。,二、,铝合金材料,搪瓷铝合金建筑装饰制品,7、,搪瓷锅支

17、架,铸铁,铸铁是含碳量在2%以上的铁碳合金。 工业用铸铁一般含碳量为2.5%3.5%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。,一、,铸铁的基本特性与应用,铸铁的基本特性,1、,铸铁性脆，无塑性，抗压强度较高，抗拉和抗弯强度不高，不适用于结构材料。实际建筑工程中常用于排水沟、地沟等的盖板、铸铁水管、暖气片及零部件、门、窗、栏杆、栅栏等。,一、,铸铁的基本特性与应用,铸铁在建筑中的应用,2、,其它金属：铜及铜合金,铜具有优良的导电和导热性，

18、居所有工程金属材料之冠，这是它在当前电气化和电子信息社会中产生举足轻重作用的主要依据。铜还有许多优异的综合性能：它对大气、海水、土壤以及许多化学介质有很强的耐蚀性;它用在结构上刚柔并济，富有弹性，耐摩擦，抗磨损;它具有多彩的外观，是人们钟爱的、古朴典雅的象征。除了上述众多的使用性能外，它还有一系列良好的加工、铸造、焊接、易切削等工艺性能，从而使它获得了经济和广泛的应用。,一、,铜及铜合金的基本特性与应用,基本特性,1、,中美两国在各方面利用的对比。据统计，美国铜在住宅中的应用，每户用量1970年为120公斤，到1996年增加到200公斤。,一、,铜及铜合金的基本特性与应用,应用,2、,在房屋建设中使用的类型包括： 管道系统(水，热，气，防火喷淋等) 房屋设施(空调，冰箱等) 建筑装修(屋顶，流槽，装饰等) 通讯线路(声、像、数据等),一、,铜及铜合金的基本特性与应用,应用,2、,管道系统(水，热，气，防火喷淋等),一、,铜及铜合金的基本特性与应用,应用,2、,由于钢水管具有美观耐用、安装方便、安全防火、卫生保健等诸多优点，使它与镀锌钢管和塑料管相比存在明显优越的价格性能比。在住宅和公用建筑中，用于供水、供热、供气以及防火喷淋系统，