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    鋼管工程
        

    鋼結構建筑是一種新型的節能環保的建筑體系,被譽為21世紀的“綠色建筑”。鋼結構建筑是一種重量輕、強度高、抗震性能好、節能環保、能循環使用的建筑結構,符合發展節能建筑和經濟持續健康發展的要求。

    目前我國正積極發展鋼結構行業。首先,積極擴展建筑鋼結構用鋼材的品種,提高產品性能。具體措施如下:研究和開發高性能建筑專用鋼材系列產品,包括優質焊接結構鋼、高強度優質厚板、熱成型管材、優質可焊鑄鋼等;擴大冷彎型鋼和熱軋H型鋼的品種和規格,包括大截面冷彎管材、大截面H型鋼和輕型H型鋼等;合理推廣采用耐候鋼、耐火鋼、Z向鋼和藥芯焊條等。其次,大力推動建筑鋼結構的發展,進一步提高其應用技術水平。具體措施如下:高層和超高層建筑優先采用合理的鋼結構或鋼-混凝土結構體系;大跨度建筑積極采用空間網格結構、立體桁架結構、索膜結構和施加預應力的結構體系;低層建筑大力推廣采用經濟適用的輕型鋼結構體系;總結試點經驗,結合市場需求,積極開發鋼結構住宅建筑體系,并逐步實現產業化。
     

    鋼結構建筑工程中應用鋼管概況

    自然界中顯示了圓管形狀在受壓、受扭和多方向受彎下的卓越結構性能,人們正是從風中蘆葦、雨中翠竹、支撐人體重量的大腿骨得到啟發,將管結構優越的結構性能與極具魅力的建筑外形相結合形成了鋼管結構。鋼管結構的最大優點是能將人們對建筑物的功能要求、感觀要求和經濟效益要求完美地結合在一起。鋼管結構憑借其自身優越的性能,近年來應用飛速發展,應用范圍幾乎涉及所有結構領域,包括房屋建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺結構和塔桅等。
      我國的鋼管結構應用要晚于西歐、北美和日本,但是最近10年,鋼管結構在我國得到快速發展。如長春體育館、上海體育館、虹口體育館、廣州體育館、首都機場新航站樓、成都雙流機場新航站樓、廣州新白云機場航站樓、濟南遙墻國際機場等,已大量使用鋼管結構。其中,長春體育館是我國首次使用大截面方鋼管的國內最大跨度的方鋼管網殼工程;廣州新白云國際機場航站樓屋蓋是國內大型的圓管結構建筑,它的指廊和高架連廊則采用了方管結構。

    根據中國鋼結構協會對17家特級和29家一級鋼結構制作廠消耗的鋼材品種統計,目前我國鋼管消耗量占鋼結構產量的9%~10%。按每年2000萬噸鋼結構產量計算,用于工程中的結構用鋼管約為200萬噸,遠少于熱軋H型鋼,也遠低于日本、美國和歐洲的用量,表明鋼管在我國有著較大的發展空間。

    鋼管結構的分類和特點

    目前工程中使用的鋼管結構可按截面形狀、結構形式和制作方法進行分類。按截面形式,鋼管結構可分為圓管結構(CHS)、方(矩)形管結構(RHS)和其他形狀三類。由于在外表和受力性能方面的優越性,圓管結構和方管結構的應用最廣。按結構形式來分,鋼管結構可分為網架(網殼)、桁架、框架和鋼管混凝土結構四種。鋼管結構形式是指采用圓管和方管作構件,管與管之間通過相貫焊接連接的形式。按制作方法來分,鋼管結構可分為熱軋鋼管結構、冷軋鋼管結構、焊接鋼管結構三種。熱軋鋼管壁厚較厚、制作成本高,冷軋鋼管壁厚相對較薄。

    圓管和方(矩)形鋼管結構的特點如下:圓管和方(矩)形截面都具有雙軸對稱、截面形心和剪心重合等特點;圓管和方管截面,截面慣性矩對各軸相同,作為受彎和受壓構件的優勢最突出;截面閉合,抗扭剛度大、板件局部穩定好,尤其是圓管截面,截面的極軸分布均勻,抵抗扭矩特別有效;外觀簡潔、平滑,桿件可直接焊接于同一點,可不用節點板,以節省鋼材。

    相比于普通的鋼結構,鋼管結構的優勢如下:一、相比于普通開口截面形式的型鋼而言,圓管和方(矩)形截面具有表面平整、無死角和外表面積小等特點,這樣有利于節省防腐和防火涂料,便于除塵。二、鋼管截面的風阻力系數小,應用于暴露在流體(如風、水流)中時有著顯著的優點。三、鋼管結構的內部空間可利用。例如填充混凝土(鋼管混凝土結構),不僅能提高構件的承載力,而且還能延長構件的耐火極限(平均可達2小時);管內注水,可利用內部水循環進行防火。四、管內能夠傳輸液體,目前已根據該特點開發了輸油管橋、排雨水管等。五、管內還可以放預應力索,施加體內預應力。

    鋼管結構在鋼結構工程中的應用要求和前景

    鋼管用鋼強度級別在各個應用技術規程里均有規定,但均應滿足《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)的要求。一般分Q235、Q345、Q380、Q420四級。承重結構的鋼材應有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證,焊接結構尚應具有碳含量的合格保證。焊接承重結構和重要的非焊接承重結構還應具有冷彎試驗的合格保證。鋼材的強度設計值,應符合設計規范中的規定。設計者根據鋼管在結構中的功能和重要性選用各類鋼管,包括無縫鋼管、直縫焊接管、螺旋形縫焊接管、冷彎方矩管、雙焊縫冷彎方矩鋼管、低壓流體輸送用焊接鋼管等。遇到設計中采用大直徑、厚壁鋼管時,一般由鋼結構加工廠專門制作,各類結構也規定了最小截面尺寸和技術要求。

    隨著美國的鋼鐵工業以底層商業建筑市場為開發目標,鋼管結構的需求也呈上升之勢,有成為露天結構材料的替代用材料的趨勢。最近5年,美國結構管材的消耗量每年以5%~10%的速度增長。日本是一個地震多發國家,建筑業采用H型鋼結構比較多,所以H型鋼的產量占型鋼總產量的50%~60%。最近幾年日本也在大力開發和應用鋼管結構,且規格大型化,斷面復雜化,現已生產邊長700mm、壁厚16mm~32mm的大型鋼管結構,用于建筑結構柱。在我國,鋼結構方矩管的發展空間很大。我國H型鋼年產量約為500萬噸,方矩管產量僅為50萬噸,產量比為1︰0.1。而在發達國家,該比值一般為1︰1。


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