新型金属材料在建筑领域的应用

新型金属材料在建筑领域的应用

2011级房地产开发与管理王希梅 12011244945

摘要：伴随着建筑领域的不断发展，新型金属材料的应用也越来越广范。本文简要分析几种主要金属材料的特性，分析了出金属材料在建筑领域的应用发展历程，着重介绍了近年来建筑领域中出现的新型金属材料及其在建筑领域中的应用。

关键词：金属材料建筑装饰

1金属材料在建筑领域的应用发展历程

金属材料在建筑中的应用发展历史非常久。17 世纪70年代起人类便开始大量应用生铁作为建筑的材料，发展到19世纪初发展到用熟铁、软钢去建造桥梁以及房屋。19 世纪中期起，钢材的品种、规格及生产规模开始大幅度增长，随着钢材的强度提高，其焊接工艺技术也不断发展，为建筑结构大跨重载方向的发展奠定了非常重要的基础。同时，钢筋混凝土的出现和20世纪30 年代的预应力技术的出现，使得近代建筑结构的规模发生了巨大的进展。伴随着钢的冶炼及加工技术的进步以及新型建筑对材料提出更高的要求，使得高强耐蚀的合金钢从20 世纪60 年代初开始不断增长。高强度钢材及其复合的钢筋混凝土和预应力混凝土材料，现已成为现代建筑结构的主要材料。各种金属材料作为建筑装饰材料，有着悠久辉煌的历史。北京的铜亭，山东泰山的铜殿，云南的金殿，西藏布达拉宫的装饰等极大地给予了古建筑独特的艺术魅力和文化内涵。那么在现代建筑中，金属材料更以其性能赢得了建筑师的喜欢，比如说高层建筑的金属铝门窗到围墙、栅栏、柱面等，金属材料应用广泛，从建筑装饰到赋予建筑物美好的效果。据说有专家把金属材料应用于现代建筑装饰物上，被看作是一种美学的流行趋势。随着新型金属材料在建筑领域的应用，建筑领域在不断大范围的扩大，建筑师对建筑物的要求越来越严格，对建筑物的寿命理想状态不断提升，对建筑金属材料的强度、耐久性、耐腐蚀性、耐火性、及装饰性能提出了更苛刻要求。所以人们不断制造出功能更加强大、性能更加好并符合可持续发展环保的新型金属材料，并将新型金属材料其用于建筑结构及建筑装饰中。

2金属材料的特性

金属材料具有很高的强度、很好的塑性和韧性，能够抵抗冲击载荷的性能；且具有导电性和导热性；延展性良好，可以进行冷弯、冷拉、冷拔或冷轧等多种加工，制造成各种不同型材、板材和线材，可以进行焊接、铆接等加工制造，能做成长而大尺寸的构件，尺寸精度准确；金属材料用作建筑装饰材料，有着轻盈、高雅且有力度等优点。那么由此可知金属材料的缺点是生产成本价值高，耐高温差，耐腐蚀问题还需解决。伴随着现代加工工艺的不断改进，有助于建筑材料的工厂生产和在现场安装的现代化建设。我们从未来建筑业的发展趋势来看，应该尽量减少金属材料的使用量，缩短施工的工期，进行构件生产标准化，与此同时，有利于可循环利用，在上述方面，金属材料都比混凝土材料好很多。接下来将已开发出的新品种和应用的情况做如下介绍。

3.1耐腐蚀性铝质装饰材料

因为在大气环境中自然形成的氧化铝保护膜非常薄，对金属的保护作用有不好，为了进一步加强铝质金属的耐腐蚀性，人类发明出了阳极氧化保护膜处理技术，用人工的方法形成更加坚厚的氧化保护膜。方法就是将铝质金属制品泡在电解液当中，以铝质金属材料为阳极通入电流，便在铝质金属表面形成了氧化膜。那么通过改变电解液的组成及温度、电流密度及铝合金的成分等不同因素，就可以获得不同的氧化膜，可以得到金色、银色、黑色等不同的金属表面颜色，赋予了铝合金板材良好的的装饰性。现在这种铝合金板材大量被用于高层建筑的幕墙装饰材料。

3.2低屈强比钢

钢材的屈服强度和极限强度的比值称为为屈强比。反映的是钢材受力超过屈服极限至破坏所具有的安全功能。如果屈强比越小，那么钢材在受力超过屈服极限工作时的可靠性就越大，相对来说结构安全。所以对于工程上大量使用的钢材，不单希望具有较高的强度极限和屈服强度，还还希望屈强比可以适当降低。

钢材的屈强比值对于整个建筑结构的抗震性能非常重要。在设计一个建筑物的时候，为了要实现其抗震的安全性，故要求在使用期限内，发生中等强度地震时候结构做到不破坏，不产生过大的变形，并且能保证正常使用；可是如果发生概率较小的大型或者特别大的地震时，能够保证建筑结构主体不坍塌，也就是建筑物的变形在允许范围之内，以便提供充分的避难时间。因为对建筑物的抗震性能要求越来越高，故低屈强比钢在建筑领域中的应用范围也将越来越广。

3.3高耐蚀性金属及钛合金建材

钛金属具有很多优点，比如说强度高，韧性、焊接性良好，并且有强度钛合金，高温力学性能良好、持久强度很高。它优秀的耐腐蚀性主要是因为其表面所形成的一层薄薄的致密的氧化膜。钛金属的装饰性能也非常优越。钛金属经氧化处理可以形成二氧化钛膜层，那么利用光的干涉作用，可以应膜层的不同厚度，发出不同颜色，形成彩色的钛合金板，其颜色由于入射光的波长分布不同、入射角、氧化物膜层的厚度和折射率、钛金属表面的粗糙程度而展现微妙的变化，能够获得涂料涂层所无法达到的金属光泽。现如今发达国家已经在沿海地区以及腐蚀严重的地区将钛合金广泛应用到建筑物的屋顶和外装修板材。比如我国国家大剧院工程就是由法国和中国合作设计，现已决定采用钛金属结构。但是因为价格太高，钛金属还未达到普及使用的广泛程度。因为腐蚀作用主要从材料的表面开始，要想降低材料的成本，应该使内部采用不锈钢或普通碳素钢，表面用钛金属覆盖形成薄薄的保护层。

3.4新型不锈钢

新型不锈钢材料中不含镍元素，却添加了一些稳定性更好的金属元素，从而形成了高纯度的贝氏体不锈钢材料，其耐腐蚀性大幅度提升，而且耐热性、焊接加工性能也得到很大幅度的发展。由于不锈钢在450℃高温下表现出脆弱性，故适宜用于300℃以下的环境中。现如今又制造出了铬含量很大的新品种不锈钢材料，可以耐500-700℃的高温，主要用于火电厂或建筑物中的耐火覆盖层等。

3.5耐火钢虽然钢材

在常温下具有非常高的强度，但是由于耐热性差，伴随着温度升高强度反而降低，变形非常严重。随着高层建筑的建设发展，城市建筑物密度的不断增大，开发耐火钢材，提高建筑物的防火、耐火性非常有必要。为了提高钢结构建筑物的耐火性能，可以在钢材表面涂刷耐火的涂料，或者在钢材表面覆盖耐火的材料。

3.6装饰性金属表面膜

金属表面膜用于建筑物的装饰从古代就有广泛应用，古代有用金箔作为装饰材料的。但是由于金箔价格非常贵，不可能普遍的用于建筑物的装饰。所以采用金属饰面的建筑物多数采用的是铜板，用铜在大气中被氧化而自然形成的铜锈来增加建筑装饰效果。除此之外还有铝、钛等金属材料也被于建筑装饰。

3.7非晶质金属

一般的金属材料的内部质点在空间都按照规律整齐地排列成空间格子形式，即形成晶体结构，所以表现为具有较高的强度，是电和热的良好导体。但是非晶质金属是将高温下熔融状态的液态金属在冻结而成，内部质点没有充足的时间去晶核并按规则排列，在很短的时间内就被冻结了。所以非晶质金属的内部质点在空间的排列是没有顺序的，具有与玻璃体同样的内部结构。非晶质金属的内部不存在晶界、错位、空位等结晶缺陷，与普通的金属相比导电性较小，所以非晶质金属具有优异的耐腐蚀性。通过利用这一特性，将非晶质金属加工成薄膜状的材料广泛用于防腐的覆盖层，这种加工方法也比普通的金属容易，现在已经能够很容易生产出宽幅的板状材料了。

参考文献：

[1]赵娟,蒋冬青. 新型金属材料在建筑领域的应用[J]. 陕西建筑,2005,05:29-33

[2]刘建伟,解念锁. 新型金属材料及其应用研究[J]. 科技信息,2009,29:444

[3]刘彩棉. 浅析21世纪材料的发展前景[J]. 科技信息,2010,05:425+788.

[4]刘玉山,舒华文,隋新国. 新型金属热喷涂技术在油田储罐防腐上的应用[A]. 胜利油田腐蚀与防护研究所.山东石油学会第三届腐蚀与防护技术学术交流会论文集[C].胜利油田腐蚀与防护研究所:,2005:6

[5]姚书芳,王自东,吴春京,蔡开科,谢建新,毛磊,韩鹏彪. 新型金属材料及其加工技术的研究进展[J]. 材料导报,2002,05:5-7

[6]王鹏飞. 多孔金属的动态力学响应及其温度相关性研究[D].中国科学技术大学,2012

[7]田越. 500MPa级高性能钢（Q500qE）在铁路钢桥中的应用研究[D].中国铁道科学研究院,2010

[8]刘畅. 当代中国金属包覆式表皮建筑发展探究[D].华南理工大学,2013.

[9]刘少婷. 金属作为建筑表皮的表现力研究[D].同济大学,2008