鋼結構建筑應用領域逐漸擴大
點擊次數：2886 更新時間：2014-02-14
工控摘要：我國鋼結構在能源、交通、住宅和城鄉建設中的發展空間還很大。未來我國房屋建筑中的鋼結構用量占比至少可以達到20%。按照高層鋼結構住宅用鋼量為50千克/平方米~80千克/平方米計算，每年僅房屋建筑鋼結構用鋼量就可達到1億噸。而且，目前我國鋼橋的使用比例仍然很低。如果今后得到重視和政策支持，鋼結構橋梁用鋼量可以從當前的200萬噸/年~300萬噸/年增加到1000萬噸/年左右。
鋼管結構是一種新型節能環保的建筑體系，是一種重量輕、強度高、抗震性能好，節能環保、能循環使用的承重鋼管結構，其應用范圍幾乎涉及所有鋼結構領域，包括房屋建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺結構和塔桅等。近10年來，我國鋼管結構的用量也隨著鋼結構用量的增加而增加。
我國先后建成了一些大型的鋼管結構建筑，如長春體育館、廣州新白云航站樓、上海世博館、首都機場新航站樓等。其中，長春體育館是大截面方距型鋼管大跨度的鋼管網殼工程；廣州新白云航站樓屋蓋是國內大型的圓管結構建筑，其指廊和高架連廊采用了方管結構。在國外，鋼管結構也廣泛用于各種建筑中。例如，德國斯圖加特機場候機大廳采用鋼管構件鑄鋼節點的樹形支承結構；英國倫敦*來恩宮外露式的圓管截面桁架把立面荷載傳遞到立柱里，管截面內注入水用于防火，彌補了鋼結構建筑耐火性差的弱點。
鋼管結構應用領域擴大
目前，鋼管結構應用的領域不斷擴大，已開始向能源領域電站鍋爐、機械制造領域方向發展。相關業內數據顯示，2013年我國鋼結構行業用鋼量預計為4200萬噸~4600萬噸。而按照行業內鋼管結構用量占10%來計算，鋼管結構2013年的用量預計為420萬噸~460萬噸，較2012年的380萬噸，增加明顯。隨著未來我國鋼結構用鋼量的增加，鋼管結構用量今后的增長潛力巨大。當前，鋼管結構在建筑業方面的應用領域主要有以下幾個。
大跨度空間鋼管結構建筑。在這一應用領域，主要有體育展場館、火車站臺的建設。上海世博會中國館建筑鋼結構總重為22000噸，主要鋼管結構總重為4000噸，規格為Q345B；雙面埋弧直縫焊管用量為2800噸，規格為ф750mm×35mm；厚壁無縫鋼管用量為1200噸，規格為ф450mm×42mm、ф406mm×35mm、ф299mm×25mm、ф245mm×20mm。另外，我國火車站臺建設（規劃）中的高速鐵路網，已經進入快速發展時期。截至2013年底，我國鐵路營運里程突破10萬公里，其中高速鐵路已破1萬公里，在建規模為1.2萬公里。為此，全國大約近200個火車站臺要重新建造，估計需求鋼管為300萬噸。
特高壓輸電線路建設。發展特高壓已經成為我國“十二五”電網發展的重中之重，為此我國將建設具有遠距離、大容量、低損耗輸電能力的特高壓輸電系統。建設特高壓電網采用鋼管塔，將比采用角鋼塔節省20%左右的鋼材用量。我國國內的商用1000千伏特高壓交流電網“淮南-上海”工程采用雙回路設計，該塔高93.6米，塔重132噸，總長656公里，鋼管塔主要采用高頻直縫焊管和雙面埋弧直縫焊管，采購量約為20萬噸。
日本、韓國等國在特高壓和超高壓線路建設中大量采用鋼管塔。美國《輸電鐵塔設計導則》中共推薦了10種材料標準供設計者選用，其高強鋼材的屈服強度達到448MPa。俄羅斯的《鋼結構設計規范》中所列鋼材的強度等級已達到578MPa。因為，特高壓輸電塔在載荷上遠大于現有的輸電塔，對輸電塔的結構設計、鋼材強度提出了更高要求。為了使輸電塔的建造更加經濟、合理，鋼材強度就必須大幅提高，需要使用Q390、Q420、Q460等高強度鋼材。我國《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）已正式將Q390、Q420列入可選材料范圍，《低合金高強度結構鋼》GB／T1591-94中列入了Q460鋼材，這些新品種的強度與水平基本接近。
風力發電機塔筒。相關資料稱，到2020年，我國風電建設規模有望超過1億千瓦。風電塔筒用于支撐整個風力發電機組，是風力發電機組的主要承重鋼體，承受載荷包括風載荷、機組自重和由機組重心偏移引起的偏心力矩等。風力發電機塔筒是將鐵板卷起來焊接成的，然后加上鍛造法蘭將各節塔筒連接成風力發電機塔架。塔筒建設中對材料的焊接質量要求極為嚴格，所有焊縫要求zui低為Ⅱ級，且大多為*超聲波或射線探傷，生產塔架單位要求具備生產鍋爐壓力容器的能力和資質。FL1500風電塔筒是我國目前直徑zui大的風電塔筒，也是當今世界風力發電機組采用的主流塔筒。塔筒單套重量為116噸，基礎環為8.89噸。塔筒設計為漸變形，zui大直徑為4米，zui小直徑為2.696米。塔筒形式為截頭圓錐體，塔高64.7米。
橋梁重型鋼管結構。預計一期工程于2015年~2016年完成的港珠澳大橋是較典型的橋梁重型鋼管結構。該建筑的用鋼量估計在140萬噸，其中鋼管結構包含橋上橋下部分估計在40萬噸。同時，日本明石海峽大橋也是使用鋼管結構的橋梁，該橋用鋼量約為30萬噸，全長為3911米，主跨長1991米，可承受里氏8.5級的強烈地震和速度為80米/秒的暴風。
超高層建筑。廣州新電視塔是鋼管結構應用在高層建筑方面一個很好的例子。該建筑地上37層、地下3層，高為610米（塔身454米、天線桅桿156米），使用的鋼結構總量為5萬噸。該建筑鋼結構外筒均采用鋼管構件，包括鋼管混凝土立柱、鋼管環梁和鋼管斜撐。廣州新電視塔的柱、斜撐、環梁、樓面主梁、次梁、天線等構件主要采用Q345、Q345GJ和Q390GJ鋼材，質量標準符合現行國家標準《低合金高強度結構鋼》（GB/T1591-94）、《建筑結構用鋼板》（GB/T19879-2005）的要求。在使用材料厚度方向的性能要求方面，符合《厚度方向性能鋼板》（GB/T5313-85），此外還滿足《建筑抗震設計規范》（GB50011）的要求。
海上重工用裝備制造。海上巨型浮吊船是海上油氣田開采等海上工程的緊俏裝備。一般而言，海上巨型浮吊船的起重吊臂采用的鋼管規格為ф850mm×30mm、ф650mm×24mm、ф550mm×20mm，牌號為Q690E。一條8000噸浮吊船的鋼管用量大約為4000噸。我國主要海上重工企業近10多家，平均每年消耗重型鋼管不*統計達到100多萬噸。
鋼管結構是一種新型節能環保的建筑體系，是一種重量輕、強度高、抗震性能好，節能環保、能循環使用的承重鋼管結構，其應用范圍幾乎涉及所有鋼結構領域，包括房屋建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺結構和塔桅等。近10年來，我國鋼管結構的用量也隨著鋼結構用量的增加而增加。
我國先后建成了一些大型的鋼管結構建筑，如長春體育館、廣州新白云航站樓、上海世博館、首都機場新航站樓等。其中，長春體育館是大截面方距型鋼管大跨度的鋼管網殼工程；廣州新白云航站樓屋蓋是國內大型的圓管結構建筑，其指廊和高架連廊采用了方管結構。在國外，鋼管結構也廣泛用于各種建筑中。例如，德國斯圖加特機場候機大廳采用鋼管構件鑄鋼節點的樹形支承結構；英國倫敦*來恩宮外露式的圓管截面桁架把立面荷載傳遞到立柱里，管截面內注入水用于防火，彌補了鋼結構建筑耐火性差的弱點。
鋼管結構應用領域擴大
目前，鋼管結構應用的領域不斷擴大，已開始向能源領域電站鍋爐、機械制造領域方向發展。相關業內數據顯示，2013年我國鋼結構行業用鋼量預計為4200萬噸~4600萬噸。而按照行業內鋼管結構用量占10%來計算，鋼管結構2013年的用量預計為420萬噸~460萬噸，較2012年的380萬噸，增加明顯。隨著未來我國鋼結構用鋼量的增加，鋼管結構用量今后的增長潛力巨大。當前，鋼管結構在建筑業方面的應用領域主要有以下幾個。
大跨度空間鋼管結構建筑。在這一應用領域，主要有體育展場館、火車站臺的建設。上海世博會中國館建筑鋼結構總重為22000噸，主要鋼管結構總重為4000噸，規格為Q345B；雙面埋弧直縫焊管用量為2800噸，規格為ф750mm×35mm；厚壁無縫鋼管用量為1200噸，規格為ф450mm×42mm、ф406mm×35mm、ф299mm×25mm、ф245mm×20mm。另外，我國火車站臺建設（規劃）中的高速鐵路網，已經進入快速發展時期。截至2013年底，我國鐵路營運里程突破10萬公里，其中高速鐵路已破1萬公里，在建規模為1.2萬公里。為此，全國大約近200個火車站臺要重新建造，估計需求鋼管為300萬噸。
特高壓輸電線路建設。發展特高壓已經成為我國“十二五”電網發展的重中之重，為此我國將建設具有遠距離、大容量、低損耗輸電能力的特高壓輸電系統。建設特高壓電網采用鋼管塔，將比采用角鋼塔節省20%左右的鋼材用量。我國國內的商用1000千伏特高壓交流電網“淮南-上海”工程采用雙回路設計，該塔高93.6米，塔重132噸，總長656公里，鋼管塔主要采用高頻直縫焊管和雙面埋弧直縫焊管，采購量約為20萬噸。
日本、韓國等國在特高壓和超高壓線路建設中大量采用鋼管塔。美國《輸電鐵塔設計導則》中共推薦了10種材料標準供設計者選用，其高強鋼材的屈服強度達到448MPa。俄羅斯的《鋼結構設計規范》中所列鋼材的強度等級已達到578MPa。因為，特高壓輸電塔在載荷上遠大于現有的輸電塔，對輸電塔的結構設計、鋼材強度提出了更高要求。為了使輸電塔的建造更加經濟、合理，鋼材強度就必須大幅提高，需要使用Q390、Q420、Q460等高強度鋼材。我國《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）已正式將Q390、Q420列入可選材料范圍，《低合金高強度結構鋼》GB／T1591-94中列入了Q460鋼材，這些新品種的強度與水平基本接近。
風力發電機塔筒。相關資料稱，到2020年，我國風電建設規模有望超過1億千瓦。風電塔筒用于支撐整個風力發電機組，是風力發電機組的主要承重鋼體，承受載荷包括風載荷、機組自重和由機組重心偏移引起的偏心力矩等。風力發電機塔筒是將鐵板卷起來焊接成的，然后加上鍛造法蘭將各節塔筒連接成風力發電機塔架。塔筒建設中對材料的焊接質量要求極為嚴格，所有焊縫要求zui低為Ⅱ級，且大多為*超聲波或射線探傷，生產塔架單位要求具備生產鍋爐壓力容器的能力和資質。FL1500風電塔筒是我國目前直徑zui大的風電塔筒，也是當今世界風力發電機組采用的主流塔筒。塔筒單套重量為116噸，基礎環為8.89噸。塔筒設計為漸變形，zui大直徑為4米，zui小直徑為2.696米。塔筒形式為截頭圓錐體，塔高64.7米。
橋梁重型鋼管結構。預計一期工程于2015年~2016年完成的港珠澳大橋是較典型的橋梁重型鋼管結構。該建筑的用鋼量估計在140萬噸，其中鋼管結構包含橋上橋下部分估計在40萬噸。同時，日本明石海峽大橋也是使用鋼管結構的橋梁，該橋用鋼量約為30萬噸，全長為3911米，主跨長1991米，可承受里氏8.5級的強烈地震和速度為80米/秒的暴風。
超高層建筑。廣州新電視塔是鋼管結構應用在高層建筑方面一個很好的例子。該建筑地上37層、地下3層，高為610米（塔身454米、天線桅桿156米），使用的鋼結構總量為5萬噸。該建筑鋼結構外筒均采用鋼管構件，包括鋼管混凝土立柱、鋼管環梁和鋼管斜撐。廣州新電視塔的柱、斜撐、環梁、樓面主梁、次梁、天線等構件主要采用Q345、Q345GJ和Q390GJ鋼材，質量標準符合現行國家標準《低合金高強度結構鋼》（GB/T1591-94）、《建筑結構用鋼板》（GB/T19879-2005）的要求。在使用材料厚度方向的性能要求方面，符合《厚度方向性能鋼板》（GB/T5313-85），此外還滿足《建筑抗震設計規范》（GB50011）的要求。
海上重工用裝備制造。海上巨型浮吊船是海上油氣田開采等海上工程的緊俏裝備。一般而言，海上巨型浮吊船的起重吊臂采用的鋼管規格為ф850mm×30mm、ф650mm×24mm、ф550mm×20mm，牌號為Q690E。一條8000噸浮吊船的鋼管用量大約為4000噸。我國主要海上重工企業近10多家，平均每年消耗重型鋼管不*統計達到100多萬噸。
