早在1791年，英國物理學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了礦石中的鈦金屬元素，但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的局限性，直到1936年才用金屬鎂和還原法生產(chǎn)出第一批金屬鈦，1948年可以做到批量生產(chǎn)。從此鈦金屬以及相關(guān)合金被應(yīng)用于航空航天、石油化工、航海船舶等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，發(fā)揮著其他金屬材料難以替代的作用。

1972年12月日本東邦公司首次利用鈦金屬制造了女神社的屋頂，雖然建筑面積較小，但是卻拉開了鈦金屬在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用的序幕。經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，鈦金屬具有非常多的優(yōu)良性能，完全可以滿足建筑工程對建筑材料的要求．因此備受建筑師和建筑工程企業(yè)的喜愛，目前已經(jīng)被應(yīng)用于世界建筑領(lǐng)域的各個(gè)角落。

1、鈦金屬在建筑結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

傳統(tǒng)金屬建筑材料的選擇尤其是對屋頂?shù)倪x則一般以金屬锏為主，但是銅造價(jià)昂貴且自身具有許多局限性。所以不少建筑企業(yè)開始用鋼板、鋁、彩鋼、不銹鋼等材料替代金屬銅，效果卻不盡如人意。

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對建筑美觀性的要求逐漸提升，傳統(tǒng)金屬材料已經(jīng)不能滿足大眾審美的要求和工程結(jié)構(gòu)建筑的要求，所以近年來不少建筑工程師開始尋求更高級的建筑材料。作為新興金屬建材，鈦金屬自身具有很多優(yōu)越性能，但是適用于建筑結(jié)構(gòu)工程的有以下性能。

1）滿足建筑結(jié)構(gòu)工程輕量化要求

鈦金屬的密度較小，只有鋼的60％，銅的50％左右，但是在耐磨耐壓，金屬強(qiáng)度上和普通鋼制材料幾乎沒有任何區(qū)別。作為建筑材料使用，可以降低建筑重量的一半以上。在建筑施工過程中更容易搬運(yùn)裝配。從建筑結(jié)構(gòu)上來說，鈦金屬的應(yīng)用可以讓建筑物整體重心向下移動(dòng)，對于建筑物抗震抗壓能力具有很大提高 。

2）結(jié)構(gòu)工程加工性焊接性能好

金屬鈦屬于常態(tài)金屬，金屬加工性能好，利用常用的焊接工藝和加工工藝就能對其組件進(jìn)行焊接。而且金屬鈦和空氣的氧化作用能夠在金屬焊接處生成一層氧化膜，從而防止焊接處斷裂破壞。此外對于一些建筑結(jié)構(gòu)工程的特殊需要，鈦金屬還可已進(jìn)行二次加工比如噴砂、蝕刻等。

3）熱膨脹系數(shù)低

與其他金屬材料相比，金屬鈦的熱膨脹系數(shù)極小，只有不銹鋼的50％，鋁的30％，基本跟玻璃、石頭、水泥相似，此外鈦的熱應(yīng)力也低于不銹鋼和鋁。

在結(jié)構(gòu)工程使用中。使用金屬鈦?zhàn)鳛槲蓓數(shù)冉Y(jié)構(gòu)主材料，不需要預(yù)留接縫。來補(bǔ)償熱脹冷縮需要。

2、鈦在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

1）日本對金屬鈦的應(yīng)用

日本是一個(gè)島國，城市多地震、降雨、工業(yè)污染。因此很早就開始將鈦金屬應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。1987年日本建筑部將金屬鈦歸為“不燃材料”。進(jìn)一步推動(dòng)鈦金屬在建筑工程中的應(yīng)用。如今日本已經(jīng)成為世界上應(yīng)用鈦金屬最廣泛的國家。除了屋頂以外，日本建筑公司將鈦金屬廣泛應(yīng)用于建筑大廈的外墻壁、幕墻、天棚、港灣設(shè)施、海底隧道、紀(jì)念碑、欄桿、管道等大量建筑中，使用部位比例詳情如表1所示。

表1 日本金屬鈦建筑物部位使用比例表

而且日本建筑用鈦全部為工業(yè)用鈦，在建筑用鈦方面具有非常成熟的使用技術(shù)和制造技術(shù)，積累了豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，目前日本已經(jīng)開始向海外兜售鈦金屬材料和使用技術(shù)。

2） 歐美對金屬鈦的應(yīng)用

目前美國、西班牙、德國、法國、意大利、比利時(shí)、瑞士等歐美發(fā)達(dá)國家，均開始大力引進(jìn)鈦金屬制作和使用工藝，將鈦金屬廣泛應(yīng)用于國內(nèi)建筑屋頂。幕墻的制作。

1997年，西班牙古根海姆博物館正式落幕，斥資將近2億美金。博物館主建筑大膽地用鈦金板的不規(guī)則雙面曲體量組合，創(chuàng)造出以往任伺建筑都不曾具備的高垂直視覺沖擊力。鈦金屬的應(yīng)用讓博物館整體建筑結(jié)構(gòu)打破常規(guī)幾何學(xué)秩序性，以奇美的建筑結(jié)構(gòu)造型，獲得世界矚目，被譽(yù)為“來自未來的建筑”。被美國《時(shí)代》周刊稱為現(xiàn)代巴洛克明珠，而金屬鈦也被世界建筑界所稱道。

3）我國對金屬鈦的應(yīng)用

我國對于金屬鈦的推廣和應(yīng)用始于1999年，從2001年興起的第一個(gè)項(xiàng)目到現(xiàn)在，已經(jīng)在全國應(yīng)用于百多個(gè)建筑結(jié)構(gòu)工程，累計(jì)使用面積達(dá)到10萬平方米 。

上海馬戲團(tuán)馬戲場屋頂造型是一個(gè)直徑為50米的半球體網(wǎng)架。這個(gè)屋蓋在建筑時(shí)整體采用了鈦合金工字房梁和屋面板，有效減少了屋頂自重和建筑強(qiáng)度。事實(shí)證明，鈦金屬在在建筑結(jié)構(gòu)中，不僅可以用作表面涂層材料，具有美觀，防腐等優(yōu)勢，作為房梁承重結(jié)構(gòu)的主要材料和傳統(tǒng)金屬鋼材比，也有很大競爭優(yōu)勢。

3、我國金屬鈦在結(jié)構(gòu)工程上未來應(yīng)用發(fā)展

目前來看，我國建筑結(jié)構(gòu)工程方面對于金屬鈦的應(yīng)用技術(shù)比較原始，建筑領(lǐng)域金屬鈦完全依賴于進(jìn)口，造成這種現(xiàn)象的主要原因有。

1）鈦產(chǎn)品單一

作為現(xiàn)代工程的結(jié)構(gòu)性材料，對于具有特殊要求的建筑工程沒有相應(yīng)的種類提供施工公司選擇。作為建筑表層裝飾材料，沒有較大規(guī)模的鈦合金金屬處理，生產(chǎn)技術(shù)相對落后，達(dá)2）建筑工程人員，對于鈦金屬的使用沒有相對整體的規(guī)劃，新材料的應(yīng)用沒有應(yīng)用于建筑工程思維，導(dǎo)致建筑原創(chuàng)設(shè)計(jì)很少講臺(tái)金屬包含進(jìn)去，用量較少。

我國沿海地區(qū)，濱海城市建筑受海風(fēng)、潮濕空氣影響較大，公路城市中心工廠附近受大氣污染腐蝕也較為嚴(yán)重。無論是從藝術(shù)美感考慮還是從建筑結(jié)構(gòu)工程的持續(xù)性、穩(wěn)定性考慮鈦金屬的應(yīng)用都是有百利而無一害的。

我國的工程設(shè)計(jì)人員必須提高自己對鈦金屬的理解，必要時(shí)可以借助外國先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，打開思維模式，促進(jìn)我國建筑業(yè)對鈦金屬的廣泛開發(fā)應(yīng)用。

4、結(jié)語

鈦金屬在我國建筑業(yè)還沒有被真正廣泛應(yīng)用，他的優(yōu)越性能也沒有被真正深刻認(rèn)識(shí)。

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和冶金技術(shù)的大力發(fā)展，金屬鈦的制造成本將會(huì)越來越低，可以肯定的是，由于鈦金屬自身所獨(dú)有的優(yōu)越性能，未來的建筑領(lǐng)域用鈦量將會(huì)穩(wěn)步上升，金屬鈦所帶來的建筑效益和社會(huì)效益將會(huì)讓越來越多的人所熟識(shí)，在建筑領(lǐng)域一定會(huì)有更好的前景。

參考文獻(xiàn)

【1】 黃麗坤．鈦金屬材料的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)測試研究[J】．世界有色金屬，2016，12(10)：174-176．

【2】 康磊，王彥皓，李軍．鈦金屬材料在工藝美術(shù)中的運(yùn)用的途徑【J】．工程技術(shù)：引文版，2016，15(5)：00296-00296．

【3】 劉穎鑫．探究鈦金屬材料在工藝美術(shù)中的應(yīng)用【J】．中國錳業(yè)，2017，35(4)：101-103．

【4】 王麗華．鍋臺(tái)金在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用、研究[J]．工程技術(shù)：引文版，20I7，12(2)：00144-00144．

【5】鄒武裝．鈦及鈦合金在航天工業(yè)的應(yīng)用及展望【J]．中國有色金屬，20l6，15(1)：70-71．

相關(guān)鏈接