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铝单板的几个特点

发表时间: 2018-04-08 22:52:39

作者: 陈工

   在了解了铝这种材料的各种特性之后,现在我们就可以来关注铝及其合金铝单板在建筑中的应用了,房屋建设对铝材的需求日益增加,这主要是因为它有着无可争议的优点和特性,然而,最重要的开发利用还是在飞行器制造业中,很显然这是由于采用了铝锂合金而降低了总重量,在汽车工业中,借助模拟以及计算等有限元分析方[finiteelement methods,所谓有限元分析法是指,用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导出整个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。—译者注],可以精确地预测铝合金构件的具体表现,以整体变形效应为依据来辅助车身和底盘的设计铝在这两个行业中取得的成就正逐渐应用在建筑领域中。


铝单板耐久性

  铝单板的寿命很长,甚至不需给予特别的养护,事实上这种材料的寿命几乎是无限长的。我们从 San Gioacchino大教堂(罗马,1897)的屋顶、帝国大厦上的构件(纽约1935)以及皮卡迪里广场( Piccadilly Circus)上爱神伊洛士的雕像(伦敦,1893)中都能很清楚地看到这点。所有这些例子中用到的铝至今都保持完好。铝单板不吸潮,不膨胀,不腐烂,不收缩也不开裂,也不用采取什么防护措施来抵抗紫外线。它也不像有机物那样会老化。在建筑中有着广泛应用的(锰、镁、硅)合金在应对不利环境的影响和老化问题上都表现出很好的耐受性。建筑中采用的铝有着很长的使用寿命,也许除了美观的要求而进行必要的清洁之外,再不需要什么特殊的关照。即便是处在不利的环境中,甚至是那些人们无法靠近的地方,之外,再不需要什么特殊的关照。即便是处在不利的环境中,甚至是那些人们无法靠近的地方,铝单板幕墙所具备的耐腐蚀性也能确保建筑的长期无恙。


0.91mm铝板的平均腐蚀深度

海洋性气候:5年后:0.070mm

20年后:0.085mm

工业性气候:5年后:0.045mm

20年后:0.050mm

热带性气候:5年后:0.025mm

20年后:0.025mm

(资料来源:欧洲铝协会)

铝箔和铝板的众多用途之一就是给其他建材做保护层,例如做保温层。

铝单板

铝单板构件


  由于铝单板不透水,因此铝板外墙可以用来防水以避免保温材料受潮。铝最常见的应用就是用铝板充当建筑的单层外围护饰面,它能更好地保护屋面以及墙面来对抗风和其他恶劣天气的影响。这层外皮尤其多用于承重结构或是钢筋混凝土墙面以及砖墙面之外,其表面有平板的,也有为了增加横向刚度而设计的肋板(^形断面、梯形断面等)。

双层铝板饰面就是将一层金属外皮固定在另一张金属底衬(也就是内层)上形成的,内层可直接贴附在主体结构表面或是那些用来支撑外墙并将荷载传递到承重构件上的辅助框料的表面上。

矩形板——通常都是预制的平板——可直接粘贴在承重构件外或是包在辅助框架的外面。其固定方式采用暗装法。

三明治板或复合板基本上都是一体的构件,它由两层板构成一外层和内层—中间是保温材料(聚氨酯泡沫塑料.聚乙烯泡沫塑料或是类似的材料)。保温材料有利于提高板面的刚度并能保证良好的保温性能,这类板加工度可达15m,既可横向安装也可竖向安装,夹芯中有时也会采用铝制的或者塑料的蜂窝结构来增加板的刚度,这类板材与边框是一体的,因此安装非常便捷,还能保证墙面的密闭性。

双层立面是在墙体外皮做完金属饰面之后再外加一层不受力的玻璃“幕墙”。这两层之间有不少150mm的空腔,事实上,所有玻璃构件,立面龙骨配件、不透明板面以及其他必需的构件均可用铝合金来加工。

大多数铝单板幕墙构件表面都采用了铝单板阳极氧化处理、铝单板表面喷漆处理或是铝单板PVC涂层处理,它们用水或者中性清洗剂清洗起来十分方便。


铝单板强重比


  铝的这一特性令人赞叹不已(重度27kN/m3),因为在某些情况下它可以减轻结构的自重。与其他广泛应用的材料相比,在相同的环境下,同样重量的铝具有更高的强度(顺便提一句,可以通过精心选择相应品种的铝单板合金暮墙来满足不同的需要——参见分类),此外,其刚度也要更胜筹,建筑用铝单板合金的弹性模量E为69000N/mm2.使得材料的极限强度有所提高。

此外,这种材料的弹一塑性表现意味着它可被划归安全金属的类别,因为它不会出现突然脆性断裂的情况当对安全性要求非常高的情况下,这种特性则是必不可少的,例如窗间墙。因此,需兼顾精细精巧又要坚固结实的情况下就会优先选用这种金属,此外尺寸比较大的构件如建筑的预制构件、幕墙、饰面板、玻璃墙或玻璃屋面、门窗等也会优先选用这种金属。事实上,它适用于任何对刚度有要求的案例中:露天的装置、高大的建筑、大型框架结构、承重构件等。这种金属所具备的刚度可以允许人们设计出非常精巧的框架体系,而且在普通荷载作用下不会发生变形。

  现代高技术倾向的外窗和外墙体系都具有良好的热性能指标,因此可以从生态学和经济性的角度来实施对建筑的维护。为了获得最大限度的通透效果,铝单板厂家外装修施工单位以及特种铝生产商共同研发出了纤巧的承重结构和框架结构。当采用铝单板作为建筑的围护结构时(铝单板外墙、铝单板屋顶等),其强重比的优势就会全面得以体现。铝单板材料重量轻就会削减运输费用,此外现场操作更容易,总体自重也相应减轻。每平方米2-3kg重的板子用人力就可以搬得动,而不需要使用起重设备。铝单板不论是单独使用还是与木材、塑料等其他材料结合使用,都可以用来制作遮阳板、温室、屋面面层、栏杆扶手等,铝箔还可以用来制作保温板。

铝单板幕墙


铝单板防火


  我们并非对各种国家颁布的防火规范抱有成见,但是我们可以很明确地说,铝单板完全能够满足防火安全上的需要它是非燃烧品,也不会释放有毒的气体或是蒸汽。铝合金暮墙吊顶的熔点接近660C,火灾后期也不过才刚刚达到这一温度。

这个熔点比烧毁大多数其他材料所需的温度还要高出很多。当一个铝单板建筑暴露在火中,铝相对很高的热传导性就意味着,热量会从外露部位被很快地散发出去。这是个很关键的问题,因为为了确保整体结构的稳定,需要降低重要结构部位所遭受的高温,因此要延长建筑的排风时间。

此外,假设建筑发生了火灾,那么屋面以及外墙表层的薄铝板就会被大火所熔化,这也能起到防火的作用,这是因为,饰面由于熔化而被破坏,建筑因此被“打开"大量的热和烟气从这里被排放出去。这有助于保护消防设施和结构体系的安全,至少可以维持一段时间。

设计上的多样性

  铝单板极大地拓展了设计师的设计思路。而压延法又可以生产出各式各样的实心的以及空心的构件,构件不仅在性能上能够满足使用的要求,而且构件的误差还可以控制在几百分之一毫米的范围内。绝大部分的压延构件都是可以加工出来的:从为满足美学要求而设计的构件(如方形

圆形、椭圆形以及其他断面形式等)到为满足技术要求而设计的构件(如夹式连接件、构件间的拼缝、断桥做法、冷凝水导水槽、幕墙框料体系等)都是如此。随着压延加工厂和压延工艺在设计方面所取得的技术进步,再加上生产效率的不断提高,对于气密性和水密性的要求也提出了新的要求。铝单板合金压延加工十分简便易行,而这一点正是这种金属的最大优势。从材料的价格来看,低价位又是它的另一个优势。而铝及其合金的弹性模量仅有钢的1/3这个弱点也因为它们的广泛适用性而得到了弥补。如果将根铝梁的强度增加50%,那么它就有可能达到钢材的强度—而梁的重量却要少上一半。采用压延铝还可以生产出扭转强度很高的构件,即便构件上留有安装电缆和管线的开口或是用于安装夹层的槽口之类的孔洞,这都没有什么问题。

  压延设备的价格相对低廉,在工厂里的组装时间也越来越短,此外还可以进行小批量(几百公斤)的铝制品加工等,这些优点对于那些规模相对较小的工程而言,定做一些专门的构件也是完全有可能的。各种不同的外围护(外墙、屋面等)饰面板可以做成平的、弧的或是波浪形的特殊形状的板可以采用便携式成形机在现场进行加工。定做的铝构件也可以采用浇铸法生产。铝可以锯、钻、折弯、拼、焊,无论是在工厂还是在施工现场都可以进行这类操作。此外,铝单板还可以进行多种处理。前面已经提到最常用的铝单板表面处理方法是铝单板阳极氧化和铝板表面上漆。阳极氧化是通过电解处理在金属表面生成一层本色的或是彩色的氧化膜。最开始只有三种颜色(本色、青铜色以及香槟色)不过在此期间,其他金属质感的颜色或是矿石(黄铁矿)质感的颜色也被生产出来。有不少建筑还使用了经阳极氧化处理的双色板(颜色可根据光线环境发生变化).这样的建筑在日本尤其多见。

  铝单板表面处理,氟碳铝单板、铝单板喷漆法通常都是采用静电粉末喷涂技术,需要在炉子里进行固化处理,这种技术可用于单个构件或者连续板面(卷材)的面层处理。需要在炉中进行烘制加工的聚酯涂层做法目前应用得非常广泛,其表面颜色和质感效果多种多样。近期出现的麻面和金属质感的表面效果让我们不禁想到.也许更新的技术成果已经躺在生产线上了.很多铝单板生产厂商都开始涉足诸如木贴面做法等铝构件表面处理:防木纹铝单板、防大理石铝单板等新领域。

机场铝单板


铝单板热工性能


  建筑中热量的流失包括传导和对流两种方式。铝单板是热的良导体。因此,为了避免在使用中出现热桥问题,就需要采取一些防护措施。构件不易变形的能力,特别是铝单板构件(如热胀变形小、材料不易开裂等),是建筑水密性和气密性的长期保证。

铝制窗框和门框通常会在两个半片框料中填充保温材料,这也是出于刚度、不易变形以及延长使用寿命的考虑采用聚酰胺、树脂等)。构件的内皮与外皮之间用保温材料分隔开来,这样可以将热量散失降低到最低程度:另外,这样也能有效提高内表面的温度以避免结露现象的发生良好的接缝处理也可以确保框料的气密性。这样一来,由传导和对流造成的整体结构的热损失只可能在构件交接处发生,因此,构件接缝的完全闭合以及避免在整体结构或是节点构造中热桥的出现就显得尤其重要。显然,铝单板制构件应首选双层或者多层通风外墙的做法。

  从外墙饰面与内墙承重结构连接的保温措施上来看,外墙饰面有时也会出现薄弱点,这是因为机械固定件是无法避免的,而这些固定点处的保温层也因此受到了严重压缩。此外,如果采用多层构造做法的墙体内侧没有密闭或是密闭不严的话,那么热空气—在室内较高压力的作用下—就会透过墙体的各层做法后将外饰面板的内表面加热。即便饰面板受到了加热,但如果饰面板的外表皮温度仍然低于露点温度的话,就会发生结露现象,而冷凝水则会滞留在墙体内部。因此,在金属饰面板内皮贴上一道致密保温板的做法是非常有必要的,这样可以避免室内的热量在保温层附近发生对流或是穿透保温层等问题的发生因为一旦发生这样的问题,材料的热性能将会被大幅度地降低(可高达50%以上)。惟一可以解决由于外饰面板外表面温度过低(例如表面温度低于室外空气的温度)进而导致饰面板内表面(人们看不到的地方)发生结露的方法就是所谓的不通风构造( non-ventilated construction)—死膛单层屋面做法,也就是所谓的保温屋面( warm decks)。

铝单板保温屋面采用了直立锁边设计。这些槽形板固定在压延铝支架上,再通过一个独立的梁托安装在主体结构上。由于整体密封性好,因此不会形成热对流。要想达到这样的效果,首先要安装上厚度富余一些的保温层,等屋面板安装后保温层就会被压缩到合适的厚度了。

直立接缝采用机器来锁边。这种固定方式不会破坏外饰面,它不仅能够保证极佳的气密性,而且板面受热胀开时也不会受到任何约束。隔气层铺贴时一定要仔细谨慎以确保室内的湿气不会因风所造成的负压而侵入到屋顶面层中。

  

生态学方面的优势


  铝单板的可回收性也是它的一个重要属性。建筑被拆掉后,铝构件仍然可被再次利用,事实上其原有的品质和性能都没有任何损失。早些年还有过使用回收铝也是一项重要节能措施的提法(熔化回收的铝材所消耗的能量是新生产铝材所消耗能量的5%)。此外,这种材料自重轻的特点并不仅仅意味着它的加工、运输和操作过程中能量消耗少,此外,建筑越轻,那么用在基础上的材料就会越少。


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