Алюминиевые конструкции в современном строительстве

История строительных алюминиевых сплавов, их физико-механические свойства, сортаменты, средства соединения. Основные принципы проектирования алюминиевых конструкций в строительстве. Особенности сварочных, заклепочных, болтовых и клеевых соединений.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Алюминиевые конструкции - один из привычных признаков современности. Житель крупного города ежедневно проходит мимо монументальных зданий, одетых в алюминиевые панели, бросает беглый взгляд на товары, выставленные за зеркальным стеклом алюминиевой витрины, торопливо распахивает алюминиевые двери метро или железнодорожного вокзала…

Цель работы - исследование алюминиевых конструкций и их применение в современном строительстве.

Задачи исследования:

1) история строительных алюминиевых сплавов;

2) свойства алюминиевых сплавов и соединений элементов сплавов, сортаменты, средства соединения;

3) принципы проектирования алюминиевых конструкций;

4) перспективы применения алюминия в строительстве;

Поиск информации осуществлен по библиотечным фондам СГАСУ и в интернет ресурсах. Глубина поиска - 44 года.

1 История применения алюминиевых конструкций в строительстве

Солидное место в архитектуре и строительстве алюминиевым конструкциям обеспечили изобретатели, бизнесмены и архитекторы. Так, американец Фрэнсис Плим, заметивший, как быстро гниют деревянные рамы магазинных витрин, на которых скапливается конденсат, наладил производство витрин в металлических рамах. К 1937 году 75% продукции его компании делалось из алюминия, не страдающего от коррозии.

После войны алюминиевые конструкции становятся все более привычными в архитектуре, не утрачивая, тем не менее, оттенка инновационности. Даже сейчас часовня Военно-воздушной академии США в Колорадо-Спрингс, спроектированная Уолтером Нетсчем и построенная в 1956-1960 годах, поражает смелостью линий.

В нашей стране алюминиевые конструкции стали широко использоваться при строительстве Дворца пионеров (архитекторы B. C. Егерев, B. C. Кубасов, Ф. А. Новиков, Б. В. Палуй, И. А. Покровский, М. А. Хажакян). Возведение масштабного здания, ставшего вехой в истории отечественной архитектуры, завершилось в 1962 году. А через пять лет на Ленинском проспекте было построено здание Государственного комитета по стандартам СССР по проекту Б. Белопольского, Е. В. Козлова и Ю. А. Тихонова -- в нем так же обильно представлены алюминиевые конструкции.

С каждым годом алюминиевые конструкции находят все более и более широкое применение в строительстве, и благодаря этому сегодня он окружает нас в полном смысле этих слов. [http://www.aluminiumleader.com/]

2 Алюминиевые сплавы строительного назначения. Общие сведения

Алюминиевые сплавы различают двух видов: литейные, которые применяются в виде отливок, в основном, в машиностроении, и так называемые деформируемые, из которых путем пластических деформаций изготовляются различные профили и листы, применяемые в строительстве и в других отраслях народного хозяйства.

Алюминиевые сплавы представляют собой двойные, тройные и более сложные системы с различной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Для упрощения маркировки в обозначении некоторых сплавов, кроме алюминия, с помощью букв отражается еще один элемент (основной компонент), а цифрами - его процентное содержание;

· АМц - алюминиево-марганцевый сплав.

· АМг - алюминиево-магниевый.

· АВ - алюминиево-кремниевый (авиаль).

· Д - дуралюмин.

· В - высокопрочный сплав.

В маркировке сплавов после цифр могут быть еще буквы, которые обозначают состояние поставки проката или листа, то есть вид механической или термической обработки металла. [http://www.aluminiumconstruction.ru/stroitelstvo]

2.1 Классификация

Современные алюминиевые сплавы - это популярные представители группы легированных металлов, создаваемые на основе алюминия. Алюминиевые сплавы по способу производства различных деталей подразделяются на деформируемые, которые обрабатываются путём механической деформации и литейные, которые применяются при фасонной отливке. Существует ещё особая подгруппа - антифрикционные алюминиевые сплавы, с помощью которых путём литья или механической прессовки изготавливаются детали повышенной прочности, работающие в условиях повышенного трения.

Основные компоненты, входящие в состав алюминиевых сплавов - это медь, марганец, железо, цинк, кремний, титан и магний. Определённое сочетание и количественный состав легирующих элементов по аналогии с нержавеющей сталью обеспечивает полученному металлу индивидуальные свойства, которые в свою очередь образуют область применения того или иного сплава, созданного на основе алюминия.

Для упрочнения алюминиевых сплавов используют термическую обработку и холодную деформацию, что в свою очередь подразумевает деление на упрочняемые и неупрочняемые термообработкой металлы.

Деформируемые сплавы, которые не подлежат термическому упрочнению, отличаются максимальной пластичностью и антикоррозийными свойствами. Заготовки из металлов этой группы применяются, в основном, для глубокой штамповки. Это сплавы, созданные парами AL-Mn (марка АМц) и AL-Mg (марка AMг). Включение магния в качестве легирующего элемента позволяет повысить сопротивляемость воздействию влаги и уменьшить удельный вес конечных изделий. Наличие кремния, железа и меди в таких алюминиевых сплавах минимально.

Алюминиевые сплавы, в состав которых входит алюминий, медь и магний называются дюралюминии (AL-Cu-Mg). Дюралюминий относится к деформируемым сплавам, упрочняемым термической обработкой и включает в себя около 4% меди, 1% марганца, 1% магния. Кроме того, в состав дюралюминия входят железо и кремний, процентное соотношение которых к общему объёму незначительно.

Этот популярный металл отличается следующими свойствами:

· конструкционная прочность, обеспеченная термообработкой;

· лёгкость механической обработки, включая ковку и штамповку;

· слабая антикоррозийность.

Для повышения коррозийной стойкости дюралюминия используют технологию плакирования - нанесения на листы тонкого (4-5% от общей толщины) слоя чистого алюминия путём горячего проката дюралевой болванки, завёрнутой в лист из алюминия без примесей. Такой дюралюминий активно используется в виде листов и дюралевых плит для изготовления лёгких и прочных деталей, например фюзеляжей самолётов или антикоррозийных корпусов различных плавсредств.

Следующей группой алюминиевых сплавов являются металлы, созданные на основе алюминия и кремния. Наиболее популярным представителем этого класса является силумин, создаваемый парой Al-Si. Эти алюминиевые сплавы относят к категории литейных сплавов, из которых путём фасонного литья производятся различные детали. В свою очередь силуминовые сплавы также упрочняются путём термической обработки, однако температурные режимы в данном случае будут более интенсивными, нежели для деформированных алюминиевых сплавов.

Литейные алюминиевые сплавы, созданные на основе тройки Al-Mg-Si, называются авиаль и отличаются самыми высокими в своей подгруппе антикоррозийными и механическими свойствами.

Все литейные сплавы с включением кремния предлагают производителю следующие свойства:

· низкий удельный вес изготавливаемых изделий;

· износостойкость и конструкционная прочность соответствующих деталей;

· высокая текучесть в расплавленном состоянии;

· минимальная усадка в процессе отлива.

Литейные алюминиевые сплавы являются первоклассным сырьём для фасонной отливки корпусов механизмов и деталей сложных конфигураций.

[http://www.mpstar.ru/hbc/kaes.php]

2.2 Основные физико-механические свойства

Алюминия сплавы, отличаются малой плотностью (до 3,0 г/см3), хорошими технологическими свойствами, высокими коррозионной стойкостью, теплопроводностью. электрич. проводимостью, жаропрочностью, прочностью и пластичностью при низких температурах, хорошей светоотражат. способностью. На изделия из сплавов алюминия легко наносятся защитные и декоративные покрытия. Сплавы легко обрабатываются резанием и свариваются контактной сваркой, а некоторые и сваркой плавлением.

Разнообразие свойств сплавов алюминия обеспечивается введением присадок магния, меди, цинка, кремния, марганца, церия, хрома, лития, кадмия, циркония, образующих с алюминием твердые растворы и интерметаллиды. напр. Mg2Si, CuAl2, CuMgAl2, Al2LiMg, CuLiAl2, служащие упрочняющей фазой. До 1940 наиб. применение имели сплавы Al-Cu-Mg (дуралюмины), Al-Mg (магналии), Al-Si (силумины), Al-Mg-Si (авиали). Впоследствии быстрое развитие получили высокопрочные сплавы Al-Zn-Mg-Cu, криогенные и жаропрочные Al-Cu-Mn, жаропрочные Al-Се, сплавы пониж. плотности Al-Mg-Li, Al-Cu-Li, Al-Cu-Mg-Li, порошковые и гранульные.

Деформируемые сплавы. Эти сплавы алюминия могут быть подвергнуты упрочнению закалкой с последующим старением - естественным (при комнатной температуре) или искусственным (при повышенной температуре). В результате закалки образуется пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии, из которого при старении выделяется избыток растворенных элементов в виде зон, метастабильных фаз и стабильных интерметаллидов. Некоторые сплавы алюминия, в частности содержащие хром, марг...