鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大
點(diǎn)擊次數(shù)：2380 更新時(shí)間：2014-02-14
工控摘要：我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)在能源、交通、住宅和城鄉(xiāng)建設(shè)中的發(fā)展空間還很大。未來(lái)我國(guó)房屋建筑中的鋼結(jié)構(gòu)用量占比至少可以達(dá)到20%。按照高層鋼結(jié)構(gòu)住宅用鋼量為50千克/平方米~80千克/平方米計(jì)算，每年僅房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量就可達(dá)到1億噸。而且，目前我國(guó)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(jié)構(gòu)橋梁用鋼量可以從當(dāng)前的200萬(wàn)噸/年~300萬(wàn)噸/年增加到1000萬(wàn)噸/年左右。
鋼管結(jié)構(gòu)是一種新型節(jié)能環(huán)保的建筑體系，是一種重量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好，節(jié)能環(huán)保、能循環(huán)使用的承重鋼管結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用范圍幾乎涉及所有鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，包括房屋建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)和塔桅等。近10年來(lái)，我國(guó)鋼管結(jié)構(gòu)的用量也隨著鋼結(jié)構(gòu)用量的增加而增加。
我國(guó)先后建成了一些大型的鋼管結(jié)構(gòu)建筑，如長(zhǎng)春體育館、廣州新白云航站樓、上海世博館、首都機(jī)場(chǎng)新航站樓等。其中，長(zhǎng)春體育館是大截面方距型鋼管大跨度的鋼管網(wǎng)殼工程；廣州新白云航站樓屋蓋是國(guó)內(nèi)大型的圓管結(jié)構(gòu)建筑，其指廊和高架連廊采用了方管結(jié)構(gòu)。在國(guó)外，鋼管結(jié)構(gòu)也廣泛用于各種建筑中。例如，德國(guó)斯圖加特機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳采用鋼管構(gòu)件鑄鋼節(jié)點(diǎn)的樹(shù)形支承結(jié)構(gòu)；英國(guó)倫敦*來(lái)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(nèi)注入水用于防火，彌補(bǔ)了鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火性差的弱點(diǎn)。
鋼管結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大
目前，鋼管結(jié)構(gòu)應(yīng)用的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已開(kāi)始向能源領(lǐng)域電站鍋爐、機(jī)械制造領(lǐng)域方向發(fā)展。相關(guān)業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)顯示，2013年我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)用鋼量預(yù)計(jì)為4200萬(wàn)噸~4600萬(wàn)噸。而按照行業(yè)內(nèi)鋼管結(jié)構(gòu)用量占10%來(lái)計(jì)算，鋼管結(jié)構(gòu)2013年的用量預(yù)計(jì)為420萬(wàn)噸~460萬(wàn)噸，較2012年的380萬(wàn)噸，增加明顯。隨著未來(lái)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)用鋼量的增加，鋼管結(jié)構(gòu)用量今后的增長(zhǎng)潛力巨大。當(dāng)前，鋼管結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)方面的應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)。
大跨度空間鋼管結(jié)構(gòu)建筑。在這一應(yīng)用領(lǐng)域，主要有體育展場(chǎng)館、火車站臺(tái)的建設(shè)。上海世博會(huì)中國(guó)館建筑鋼結(jié)構(gòu)總重為22000噸，主要鋼管結(jié)構(gòu)總重為4000噸，規(guī)格為Q345B；雙面埋弧直縫焊管用量為2800噸，規(guī)格為ф750mm×35mm；厚壁無(wú)縫鋼管用量為1200噸，規(guī)格為ф450mm×42mm、ф406mm×35mm、ф299mm×25mm、ф245mm×20mm。另外，我國(guó)火車站臺(tái)建設(shè)（規(guī)劃）中的高速鐵路網(wǎng)，已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。截至2013年底，我國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程突破10萬(wàn)公里，其中高速鐵路已破1萬(wàn)公里，在建規(guī)模為1.2萬(wàn)公里。為此，全國(guó)大約近200個(gè)火車站臺(tái)要重新建造，估計(jì)需求鋼管為300萬(wàn)噸。
特高壓輸電線路建設(shè)。發(fā)展特高壓已經(jīng)成為我國(guó)“十二五”電網(wǎng)發(fā)展的重中之重，為此我國(guó)將建設(shè)具有遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗輸電能力的特高壓輸電系統(tǒng)。建設(shè)特高壓電網(wǎng)采用鋼管塔，將比采用角鋼塔節(jié)省20%左右的鋼材用量。我國(guó)國(guó)內(nèi)的商用1000千伏特高壓交流電網(wǎng)“淮南-上海”工程采用雙回路設(shè)計(jì)，該塔高93.6米，塔重132噸，總長(zhǎng)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(gòu)量約為20萬(wàn)噸。
日本、韓國(guó)等國(guó)在特高壓和超高壓線路建設(shè)中大量采用鋼管塔。美國(guó)《輸電鐵塔設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中共推薦了10種材料標(biāo)準(zhǔn)供設(shè)計(jì)者選用，其高強(qiáng)鋼材的屈服強(qiáng)度達(dá)到448MPa。俄羅斯的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中所列鋼材的強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)到578MPa。因?yàn)椋馗邏狠旊娝谳d荷上遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的輸電塔，對(duì)輸電塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼材強(qiáng)度提出了更高要求。為了使輸電塔的建造更加經(jīng)濟(jì)、合理，鋼材強(qiáng)度就必須大幅提高，需要使用Q390、Q420、Q460等高強(qiáng)度鋼材。我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）已正式將Q390、Q420列入可選材料范圍，《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB／T1591-94中列入了Q460鋼材，這些新品種的強(qiáng)度與水平基本接近。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒。相關(guān)資料稱，到2020年，我國(guó)風(fēng)電建設(shè)規(guī)模有望超過(guò)1億千瓦。風(fēng)電塔筒用于支撐整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要承重鋼體，承受載荷包括風(fēng)載荷、機(jī)組自重和由機(jī)組重心偏移引起的偏心力矩等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒是將鐵板卷起來(lái)焊接成的，然后加上鍛造法蘭將各節(jié)塔筒連接成風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架。塔筒建設(shè)中對(duì)材料的焊接質(zhì)量要求極為嚴(yán)格，所有焊縫要求zui低為Ⅱ級(jí)，且大多為*超聲波或射線探傷，生產(chǎn)塔架單位要求具備生產(chǎn)鍋爐壓力容器的能力和資質(zhì)。FL1500風(fēng)電塔筒是我國(guó)目前直徑zui大的風(fēng)電塔筒，也是當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用的主流塔筒。塔筒單套重量為116噸，基礎(chǔ)環(huán)為8.89噸。塔筒設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。預(yù)計(jì)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(jié)構(gòu)。該建筑的用鋼量估計(jì)在140萬(wàn)噸，其中鋼管結(jié)構(gòu)包含橋上橋下部分估計(jì)在40萬(wàn)噸。同時(shí)，日本明石海峽大橋也是使用鋼管結(jié)構(gòu)的橋梁，該橋用鋼量約為30萬(wàn)噸，全長(zhǎng)為3911米，主跨長(zhǎng)1991米，可承受里氏8.5級(jí)的強(qiáng)烈地震和速度為80米/秒的暴風(fēng)。
超高層建筑。廣州新電視塔是鋼管結(jié)構(gòu)應(yīng)用在高層建筑方面一個(gè)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(jié)構(gòu)總量為5萬(wàn)噸。該建筑鋼結(jié)構(gòu)外筒均采用鋼管構(gòu)件，包括鋼管混凝土立柱、鋼管環(huán)梁和鋼管斜撐。廣州新電視塔的柱、斜撐、環(huán)梁、樓面主梁、次梁、天線等構(gòu)件主要采用Q345、Q345GJ和Q390GJ鋼材，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591-94）、《建筑結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)規(guī)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(kāi)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(guī)格為ф850mm×30mm、ф650mm×24mm、ф550mm×20mm，牌號(hào)為Q690E。一條8000噸浮吊船的鋼管用量大約為4000噸。我國(guó)主要海上重工企業(yè)近10多家，平均每年消耗重型鋼管不*統(tǒng)計(jì)達(dá)到100多萬(wàn)噸。
鋼管結(jié)構(gòu)是一種新型節(jié)能環(huán)保的建筑體系，是一種重量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好，節(jié)能環(huán)保、能循環(huán)使用的承重鋼管結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用范圍幾乎涉及所有鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，包括房屋建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)和塔桅等。近10年來(lái)，我國(guó)鋼管結(jié)構(gòu)的用量也隨著鋼結(jié)構(gòu)用量的增加而增加。
我國(guó)先后建成了一些大型的鋼管結(jié)構(gòu)建筑，如長(zhǎng)春體育館、廣州新白云航站樓、上海世博館、首都機(jī)場(chǎng)新航站樓等。其中，長(zhǎng)春體育館是大截面方距型鋼管大跨度的鋼管網(wǎng)殼工程；廣州新白云航站樓屋蓋是國(guó)內(nèi)大型的圓管結(jié)構(gòu)建筑，其指廊和高架連廊采用了方管結(jié)構(gòu)。在國(guó)外，鋼管結(jié)構(gòu)也廣泛用于各種建筑中。例如，德國(guó)斯圖加特機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳采用鋼管構(gòu)件鑄鋼節(jié)點(diǎn)的樹(shù)形支承結(jié)構(gòu)；英國(guó)倫敦*來(lái)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(nèi)注入水用于防火，彌補(bǔ)了鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火性差的弱點(diǎn)。
鋼管結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大
目前，鋼管結(jié)構(gòu)應(yīng)用的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已開(kāi)始向能源領(lǐng)域電站鍋爐、機(jī)械制造領(lǐng)域方向發(fā)展。相關(guān)業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)顯示，2013年我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)用鋼量預(yù)計(jì)為4200萬(wàn)噸~4600萬(wàn)噸。而按照行業(yè)內(nèi)鋼管結(jié)構(gòu)用量占10%來(lái)計(jì)算，鋼管結(jié)構(gòu)2013年的用量預(yù)計(jì)為420萬(wàn)噸~460萬(wàn)噸，較2012年的380萬(wàn)噸，增加明顯。隨著未來(lái)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)用鋼量的增加，鋼管結(jié)構(gòu)用量今后的增長(zhǎng)潛力巨大。當(dāng)前，鋼管結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)方面的應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)。
大跨度空間鋼管結(jié)構(gòu)建筑。在這一應(yīng)用領(lǐng)域，主要有體育展場(chǎng)館、火車站臺(tái)的建設(shè)。上海世博會(huì)中國(guó)館建筑鋼結(jié)構(gòu)總重為22000噸，主要鋼管結(jié)構(gòu)總重為4000噸，規(guī)格為Q345B；雙面埋弧直縫焊管用量為2800噸，規(guī)格為ф750mm×35mm；厚壁無(wú)縫鋼管用量為1200噸，規(guī)格為ф450mm×42mm、ф406mm×35mm、ф299mm×25mm、ф245mm×20mm。另外，我國(guó)火車站臺(tái)建設(shè)（規(guī)劃）中的高速鐵路網(wǎng)，已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。截至2013年底，我國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程突破10萬(wàn)公里，其中高速鐵路已破1萬(wàn)公里，在建規(guī)模為1.2萬(wàn)公里。為此，全國(guó)大約近200個(gè)火車站臺(tái)要重新建造，估計(jì)需求鋼管為300萬(wàn)噸。
特高壓輸電線路建設(shè)。發(fā)展特高壓已經(jīng)成為我國(guó)“十二五”電網(wǎng)發(fā)展的重中之重，為此我國(guó)將建設(shè)具有遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗輸電能力的特高壓輸電系統(tǒng)。建設(shè)特高壓電網(wǎng)采用鋼管塔，將比采用角鋼塔節(jié)省20%左右的鋼材用量。我國(guó)國(guó)內(nèi)的商用1000千伏特高壓交流電網(wǎng)“淮南-上海”工程采用雙回路設(shè)計(jì)，該塔高93.6米，塔重132噸，總長(zhǎng)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(gòu)量約為20萬(wàn)噸。
日本、韓國(guó)等國(guó)在特高壓和超高壓線路建設(shè)中大量采用鋼管塔。美國(guó)《輸電鐵塔設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中共推薦了10種材料標(biāo)準(zhǔn)供設(shè)計(jì)者選用，其高強(qiáng)鋼材的屈服強(qiáng)度達(dá)到448MPa。俄羅斯的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中所列鋼材的強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)到578MPa。因?yàn)椋馗邏狠旊娝谳d荷上遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的輸電塔，對(duì)輸電塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼材強(qiáng)度提出了更高要求。為了使輸電塔的建造更加經(jīng)濟(jì)、合理，鋼材強(qiáng)度就必須大幅提高，需要使用Q390、Q420、Q460等高強(qiáng)度鋼材。我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）已正式將Q390、Q420列入可選材料范圍，《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB／T1591-94中列入了Q460鋼材，這些新品種的強(qiáng)度與水平基本接近。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒。相關(guān)資料稱，到2020年，我國(guó)風(fēng)電建設(shè)規(guī)模有望超過(guò)1億千瓦。風(fēng)電塔筒用于支撐整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要承重鋼體，承受載荷包括風(fēng)載荷、機(jī)組自重和由機(jī)組重心偏移引起的偏心力矩等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒是將鐵板卷起來(lái)焊接成的，然后加上鍛造法蘭將各節(jié)塔筒連接成風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架。塔筒建設(shè)中對(duì)材料的焊接質(zhì)量要求極為嚴(yán)格，所有焊縫要求zui低為Ⅱ級(jí)，且大多為*超聲波或射線探傷，生產(chǎn)塔架單位要求具備生產(chǎn)鍋爐壓力容器的能力和資質(zhì)。FL1500風(fēng)電塔筒是我國(guó)目前直徑zui大的風(fēng)電塔筒，也是當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用的主流塔筒。塔筒單套重量為116噸，基礎(chǔ)環(huán)為8.89噸。塔筒設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。預(yù)計(jì)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(jié)構(gòu)。該建筑的用鋼量估計(jì)在140萬(wàn)噸，其中鋼管結(jié)構(gòu)包含橋上橋下部分估計(jì)在40萬(wàn)噸。同時(shí)，日本明石海峽大橋也是使用鋼管結(jié)構(gòu)的橋梁，該橋用鋼量約為30萬(wàn)噸，全長(zhǎng)為3911米，主跨長(zhǎng)1991米，可承受里氏8.5級(jí)的強(qiáng)烈地震和速度為80米/秒的暴風(fēng)。
超高層建筑。廣州新電視塔是鋼管結(jié)構(gòu)應(yīng)用在高層建筑方面一個(gè)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(jié)構(gòu)總量為5萬(wàn)噸。該建筑鋼結(jié)構(gòu)外筒均采用鋼管構(gòu)件，包括鋼管混凝土立柱、鋼管環(huán)梁和鋼管斜撐。廣州新電視塔的柱、斜撐、環(huán)梁、樓面主梁、次梁、天線等構(gòu)件主要采用Q345、Q345GJ和Q390GJ鋼材，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591-94）、《建筑結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)規(guī)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(kāi)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(guī)格為ф850mm×30mm、ф650mm×24mm、ф550mm×20mm，牌號(hào)為Q690E。一條8000噸浮吊船的鋼管用量大約為4000噸。我國(guó)主要海上重工企業(yè)近10多家，平均每年消耗重型鋼管不*統(tǒng)計(jì)達(dá)到100多萬(wàn)噸。
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