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钢结构发展与钢管应用

发布日期:2016-07-27 作者: 点击:

在机场的航站楼、在火车站的候车大厅,采用钢管做屋面桁架的建筑已越来越多。在日前闭幕的2013年全国钢结构技术学术交流会上,中国钢结构协会专家委员会名誉主任陈禄如就“钢结构发展与钢管应用”提出了独到的见解。

钢结构前景广阔

陈禄如从5个方面对国内钢结构行业进行了分析。第一,我国的能源建设还会加快,火力电厂的主厂房和锅炉钢架用钢量会增加。第二,交通工程中的桥梁会有所增加,除跨江、跨海、铁路桥均采用钢梁外,近年来,公路桥梁采用钢结构已成为发展趋势;高速公路中的护栏、收费站、交通标志的钢结构用量也明显增加。第三,市政建设中采用钢结构的量会增加,譬如,地铁和轻轨工程、城市立交桥、高架桥、环保工程、城市公共设施及临时房屋等均越来越多地采用钢结构。第四,钢结构住宅将有所增加。国家提倡建设节能省地住宅,有关钢结构住宅的设计规范及配套技术、材料基本具备。目前,我国仅有1500万平方米的钢结构住宅,而发达国家却达到建筑总量的40%~50%。第五,由于中国的钢材价格比国际上的钢材价格低,劳动力成本也相对较低,而中国的钢结构的制作水平、施工质量优良,因此,在国际工程市场中国的钢结构企业具有较强的竞争力。

钢管应用一二三

圆管形状在受压、受扭以及多方向受弯下的卓越的结构性能已得到充分应验。风中的芦苇、雨中的翠竹以及支撑人体重量的大腿骨均为圆管形状。或许是人们从中得到启发,将圆管优越的结构性能与极具魅力的建筑外形相结合形成了钢管结构。近年来,圆管结构的应用范围包括房屋建筑、桥梁、堤坝、海洋平台结构和塔桅等。

据陈禄如介绍,目前,在工程中使用的钢管结构可按截面形状、结构型式和制作方法进行分类。构件的截面形式可将钢管结构分为圆管结构、方(矩)形管结构以及其它形状。外表和受力性能上的优越性在圆管结构、方管结构中表现最为常见。管结构是指采用圆管和方管做为构件,管与管之间通过相贯焊接连接的结构。按结构形式可分为网架(网壳)、桁架、框架和钢管混凝土结构四种。

管结构的优势如下,一是相比开口截面而言,圆管和方(矩)形截面具有表面平整、无死角以及外表面积小等特点,有利于节省防腐和防火涂料,也便于除尘。二是钢管截面的风阻力系数小,应用于暴露在流体(如风、水流)中时有着显著的优点。三是钢管结构的内部空间可利用,填充混凝土(钢管混凝土结构)后不仅能提高构件的承载力,而且还能延长构件的耐火极限。四是在管内注水,可利用内部水循环进行防火;传输液体,如输油管桥,排雨水管等;管内还可以放预应力索,施加体内预应力。

陈禄如说,近5年,欧洲的钢管用量增加了 25%。随着美国的钢铁工业以底层商业建筑市场为开发目标,钢管结构的需求也呈上升之势。日本是一个多地震国家,在建筑业采用H型钢结构比较多,所以,H 型钢的产量占型钢总产量的50%~60%。但是,近几年,日本也在大力开发和应用钢管结构,且规格大型化,断面复杂化,现已生产边长为700毫米、壁厚 16毫米~32毫米的大型钢管结构,用于建筑结构柱。我国的钢管结构要晚于西欧、北美、日本等国家(地区),近10年来,钢管结构在我国也得到快速发展,譬如,首都机场新航站楼、广州新白云机场航站楼等工程,值得一提的是,长春体育馆是我国首次使用大截面方钢管、国内最大跨度的网壳工程。

钢管结构大有作为

推广钢管结构,陈禄如希望做好以下工作:一是组织编制冷成型方矩钢管构件设计、施工的专用技术规程或设计手册,指导应用。二是加强生产厂家、设计、钢结构制造厂家与高校间的技术合作与交流,进行标准化、通用化方矩管构件与房屋体系的研发,推动应用技术的发展。三是完善方矩管产品标准,并将JG/T178—2005升级为国标。四是提高方矩管产品性能、扩大产品品种,研发冷弯方矩管专用钢种(相当于日本SN系列钢种与双焊缝厚壁钢管)。五是扩大对方矩钢管,包括冷、热成型钢管构件(包括钢管混凝土构件 的设计计算理论、节点构造优化、材料性能改善(塑性、焊接性能等)及优化施工工艺等方面的应用研究。

针对钢管在我国的应用以及存在的问题,陈禄如提出以下8个建议:一是目前钢管在我国的用量不大,远未达到热轧H型钢的数量,应适度扩大应用。二是钢管产品质量有时不够稳定,低压流体输送用焊接钢管壁厚负公差超标(最近技术规范要求达到 0.25毫米),无缝钢管壁厚公差较大,满足不了结构计算要求。三是现行钢管的尺寸、规格(直径、厚壁及外形)满足不了大型工程的需要,缺少热成型焊接方矩管品种。四是需研发冷弯方矩管专用钢材系列钢材(如日本SN系列),以提高冷弯钢管力学性能。五是尽早制订冷成型方矩管结构的设计施工规程、规范。六是加大科研开发投入,需要对焊接钢管的力学性能、新型管节点研究,开展冷成型方管中截面圆角效应对节点承载力,残余应力、疲劳破坏和节点的刚度影响的研究试验等。七是冷轧或焊接管材生产成本低、价格较合理,且冷弯加工后冷作硬化后提高了钢材强度,建议大力推广应用。八是建议大型钢厂建立建筑钢材研发中心,为用户提供使用钢材的便利;在需要的城市设立钢材配送中心,急用户所急,为用户排忧解难。


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