鋁擠型-空間網格結構用鋁合金材料特性
近年來，國內外諸多大跨鋁材批發度空間結構的設計和建造使用了鋁合金。但就金屬空間結構建築物的總體數量而言，傳統的鋼結構仍占據主導地位，而鋁合金空間結構只占到其中的一小部分。原因之一是工程造價的制約，鋁合金材料比鋼材價格貴，某些國家相同截面規格的鋁合金型材台中鋁擠型價格甚至達到鋼材的7～10 倍。結合密度、強度因素考慮材料造價，鋁合金材料將達到鋼材價格的3～4 倍； 原因之二是已建鋁合金空間結構的數量遠少于空間鋼結構，因而包括建築和結構設計師在內的從業者對鋁合金材料特性和鋁合金結構認識不足，習慣性采用鋼結構方案實現設計理念。
1。 1 鍛造鋁合金分類及性能比較
鋁合金可分爲鍛鋁和鑄鋁兩類。前者是對未熔化的鋁坯進行熱加工或冷加工成型，後者是將熔化的鋁液倒入模具再將其鑄造成型。鍛造鋁合金牌號命名規則是由美國鋁業協會( AA) 于1954 年提出的，現已被廣泛接受並采用，我國也采納並沿用了該命名方法，並借鑒美國規範的狀態代號制訂了相關規範。不同牌號的鍛造鋁合金的強度、延展性、耐腐蝕性等特性由于其化學成分( 鋁元素和其他少量添加元素) 含量的差異而有所不同，如圖1 所示，其中4xxx 系列主要用于焊接材料，未納入比較範圍。除化學成分的影響外，鍛造鋁合金的後續處理方法也會對其力學性能帶來很大影響。在各系鋁合金中，2xxx、6xxx 和7xxx 系列是可熱處理鋁合金，通常使用熱處理加工方法( T) ； 其他各系爲非熱處理鋁合金，常使用冷加工硬化( H) 等方法進行處理。6xxx 系列中含有鎂和矽元素，該系列鋁合金具有良好的耐腐蝕性和與Q235 鋼材相近的強度，並且易于擠壓成型，建築結構中使用的大部分鋁合金型材均屬該系列，如6061-T6 鋁合金，被廣泛應用于鋁合金空間結構中。
1。 2 結構用鋁合金材料性能及其優缺點
鍛造鋁合金與結構用鋼相似，都具有很好的延展性，高強鋁合金強度甚至可與高強鋼相比，但其延性略差。在結構設計中鋁合金與鋼材有諸多相似點，同時也存在著差異，以下通過對比分析鋁合金作爲結構材料的優缺點。
鍛造鋁合金密度爲( 2。67～2。80)×103 kg /m3，在結構設計中，爲使用方便通常近似取爲2。70×103kg /m3，而結構用鋼材密度爲7。 85×103 kg /m3，約爲鋁合金密度的3 倍。鍛造鋁合金由于其牌號差異，彈性模量爲( 69。6～75。2)×103 MPa，鋼材爲205×103 MPa，亦爲鋁合金的3倍。鋁合金的彈性模量隨環境溫度的升高而減小，在100℃時減至67×103MPa，升溫至200 ℃ 時則減至59×103 MPa。在室溫下鋁合金的熱膨脹系數約爲23×10－6/℃，爲鋼材( 12×10－6/鋁材℃) 的2 倍，表明鋁合金結構對溫度的變化( 主要是升溫變化) 更爲敏感，且隨溫度的升高，鋁合金熱膨脹系數也逐漸增大，在200℃ 時可達26×10－6 /℃。當鋁合金構件不受約束時，由溫度變化引起的變形更大，這在鋁合金空間結構的構件及支座設計、施工時應加以注意。但由于彈性模量低，鋁合金構件受到約束時，溫度變化引起的變形僅爲同條件下鋼結構構件的2/3。
鋁擠型 隨著溫度降低，鋁合金的抗拉強度和伸長率提高，其力學性能有較爲穩定的改善，且鋁合金在低溫環境中表現良好。鋁合金泊鋁棒松比近鋁管似爲1 /3，隨溫度降低略微減小，但在結構設計中可以忽略該變化。
鋁合金可擠壓成型，采用獨特的擠壓工藝可制作出具有複雜截面的構件，使截面形式更加合理。鋁合金構件和節點等可以進行批量預制，再進行裝配，這種生産模式對于具有大量重複特征杆件和節點的大型鋁合金空間結構具有良好的適用性。另外，鋁合金良好的加工性能也使其能夠更好地滿足複雜建築造型的要求。
鋁合金對于各種波長的光線具有良好的反射率，外觀色澤好。由于鋁合金屋蓋對陽光有高反射率，可保證結構內部環境冬暖夏涼，所以鋁合金空間結構被大量用于植物溫室、植物園展覽廳等建築中。在建築結構中，鋁合金一般不需要專門的防腐處理，因爲鋁合金自身在空氣中可形成鋁擠型工廠致密氧化膜，使其具有良好的耐腐蝕性能。在遊泳館和溜冰場等水蒸氣含量較高的體育館鋁條，采用鋁合金結構可以很好地抵禦水蒸氣的侵蝕，減少後期維護費用。同樣，在石油化工、倉儲等防腐要求較高的大型工業建築中，鋁合金網殼也被大量應用。綜上所述，鋁合金材料與鋼材相比自重輕、耐腐蝕並具有特有的功能。而結構工程中充分發揮鋁合金上述優點的是大跨度空間結構( 如體育場、會議廳和禮堂等) 和長期暴露于潮濕、腐蝕性環境的結構( 如遊泳館等)。
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