建築用金屬材料

建築用黑色和有色金屬材料以及它們與其他材料所組成的複合材料的統稱。建築用金屬材料是構成土木工程物質基礎的四大類材料（鋼材、水泥混凝土、木材、塑料）之一。

簡史17世紀70年代，人類開始大量應用生鐵作建築材料，到19世紀初發展到用熟鐵建造橋樑、房屋等。這些材料因強度低、綜合性能差，在使用上受到限制，但已是人們採用鋼鐵結構的開始。19世紀中期以後，鋼材的規格品種日益增多，強度不斷提高，相應地連接等工藝技術也得到發展，為建築結構向大跨重載方向發展奠定了基礎，帶來了土木工程的一次飛躍。

19世紀50年代出現了新型的複合建築材料──鋼筋混凝土。至20世紀30年代，高強鋼材的出現又推動了預應力混凝土的發展，開創了鋼筋混凝土和預應力混凝土占統治地位的新的歷史時期，使土木工程發生了新的飛躍。

與此同時，各國先後推廣具有低碳、低合金（加入5%以下合金元素）、高強度、良好的韌性和可焊性以及耐腐蝕性等綜合性能的低合金鋼。隨著橋樑大型化，建築物和構築物向大跨、高層、高聳發展以及能源和海洋平台的開發，低合金鋼的產量在近30年來已大幅度增長，其在主要產鋼國的產量已佔鋼材總產量的7～10%，個別國家達20%以上，其中35～50%用於房屋建築和土木工程，主要為鋼筋、鋼結構用型材、板材，而且土木工程鋼結構用低合金鋼的比例已從10%提高到30%以上。近年來，各國大力發展不同於普通鋼材品種的各種高效鋼材，其中包括低合金鋼材、熱強化鋼材、冷加工鋼材、經濟斷面鋼材以及鍍層、塗層、複合、表面處理鋼材等，經在建築業中使用，已取得明顯的經濟效益。

分類及應用建築用金屬材料，包括黑色和有色金屬材料，以及近年發展起來的鋼鐵材料與各種有色金屬及其合金或與其他材料相配合的複合材料。

建築業主要採用黑色金屬材料中的鋼材，鑄鐵主要用作鑄鐵製品(如壓力管等)。中國建築用鋼多數是採用平爐和氧氣頂吹轉爐冶鍊的低碳鋼(碳含量小於0.25%)、中碳鋼（碳含量0.25～0.60%）及低合金鋼，並以沸騰鋼或鎮靜鋼工藝生產，其中沸騰鋼因衝擊、時效、冷脆性能較鎮靜鋼為差，使用時在某些結構中有所限制，如鐵路橋樑、重級工作制吊車梁等。半鎮靜鋼機械性能優於沸騰鋼而接近鎮靜鋼，其成品收得率卻接近沸騰鋼，在中國已被推廣使用。

建築鋼材的產品種類一般分為型材、板材（包括鋼帶）、管材和金屬製品四類：

①型材。鋼結構用鋼，主要有角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、吊車軌道、金屬門窗、鋼板樁型鋼等（見熱軋型鋼、冷彎型鋼、門窗用金屬）。鋼筋混凝土結構用鋼筋，有線材(直徑 5～9毫米)或小型材（直徑>9毫米）之分，前者呈熱軋盤條（包括熱處理鋼筋），後者為直條的光圓或螺紋鋼筋（見熱軋鋼筋、預應力混凝土用熱處理鋼筋）。

②板材。主要是鋼結構用鋼，建築結構中主要採用中厚板與薄板。中厚板廣泛用於建造房屋、塔桅、橋樑、壓力容器、海上採油平台、建築機械等建築物、構築物或容器、設備。薄板經壓製成型后廣泛用於建築結構的屋面、牆面、樓板等（見鋼板、壓型鋼板）。

③管材。主要用於桁架、塔桅等鋼結構中(見鋼管)。

④金屬製品。土木工程中主要使用的產品有鋼絲（包括焊條用鋼絲）、鋼絲繩以及預應力鋼絲及鋼絞線。鋼絲中的低碳鋼絲主要用作塔架拉線、綁紮鋼筋和腳手架，製作圓釘、螺釘等，以及供鋼筋網或小型預應力構件用的冷拔低碳鋼絲。預應力鋼絲及其絞線是預應力結構的主要材料。

建築鋼材一般以鋼號及相應強度級別表示，強度級別一般以分子式表示：分子代表最小屈服點(無明顯屈服台階用條件屈服點σ0.2)；分母代表最小抗拉強度，單位為兆帕。例如20MnSi鋼筋34/52級，即最小屈服點約340兆帕，最小抗拉強度約520兆帕。

建築用有色金屬材料主要包括鋁、銅、鋅、鉛、鎂、稀有金屬等。銅、鉛、鋅主要用作小五金或作鋼板塗層料。鋁在建築結構中主要採用變形鋁合金板，廣泛用於屋面、牆面等圍護結構。稀有金屬一般作為鋼中添加元素，可改善鋼的性能。

發展方向由於各類建築物、構築物對在各種複雜條件下的使用功能的要求日益提高，建築用金屬材料的發展趨勢將是：

①以高效鋼材為主體的低合金鋼將得到進一步的發展和應用。低合金鋼用作結構材料，比普通碳素鋼節約鋼材20～60%，各種冷、熱加工鋼材（如熱處理鋼筋、調質鋼板等）,經濟斷面鋼材（如軋制H型鋼、壓型鋼板或鋁板、薄壁冷彎型鋼等），鍍（塗）層鋼板和多種複合鋼板等，在建築業將進一步得到推廣、應用。

②隨著冶金工業生產技術的發展，建築鋼材將向具有高強、耐腐蝕、耐疲勞、易焊接、高韌性或耐磨等綜合性能的方向發展。例如，耐大氣腐蝕鋼所軋成的型材和板材，用於建築結構和橋樑時，與普通碳素鋼相比，它具有強度高、耐腐蝕、耐疲勞等綜合性能，可減輕結構自重，提高使用壽命，降低工程造價。

③各種焊接材料及其工藝將隨低合金鋼的發展不斷完善和配套，例如，低合金易焊接、高強高韌性的CF鋼、海洋平台用鋼、Z向鋼、輸油輸氣管線用鋼等的發展，必然促進焊接材料向高抗裂、高韌性、低雜質方向發展。