我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展迅速

    鋼結(jié)構(gòu)建筑是一種新型的節(jié)能環(huán)保的建筑體系，被譽為21世紀(jì)的“綠色建筑”。鋼結(jié)構(gòu)建筑是一種重量輕、強度高、抗震性能好、節(jié)能環(huán)保、能循環(huán)使用的建筑結(jié)構(gòu)，符合發(fā)展節(jié)能建筑和經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的要求。

    目前我國正積極發(fā)展鋼 

結(jié)構(gòu)行業(yè)。首先，積極擴(kuò)展建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的品種，提高產(chǎn)品性能。具體措施如下：研究和開發(fā)高性能建筑專用鋼材系列產(chǎn)品，包括優(yōu)質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)鋼、高強度優(yōu)質(zhì)厚板、熱成型管材、優(yōu)質(zhì)可焊鑄鋼等；擴(kuò)大冷彎型鋼和熱軋H型鋼的品種和規(guī)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(jié)構(gòu)的發(fā)展，進(jìn)一步提高其應(yīng)用技術(shù)水平。具體措施如下：高層和超高層建筑優(yōu)先采用合理的鋼結(jié)構(gòu)或鋼-混凝土結(jié)構(gòu)體系；大跨度建筑積極采用空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、立體桁架結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)和施加預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)體系；低層建筑大力推廣采用經(jīng)濟(jì)適用的輕型鋼結(jié)構(gòu)體系；總結(jié)試點經(jīng)驗，結(jié)合市場需求，積極開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

建筑工程中應(yīng)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(jié)構(gòu)性能，人們正是從風(fēng)中蘆葦、雨中翠竹、支撐人體重量的大腿骨得到啟發(fā)，將管結(jié)構(gòu)優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能與極具魅力的建筑外形相結(jié)合形成了鋼管結(jié)構(gòu)。鋼管結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點是能將人們對建筑物的功能要求、感觀要求和經(jīng)濟(jì)效益要求完美地結(jié)合在一起。鋼管結(jié)構(gòu)憑借其自身優(yōu)越的性能，近年來應(yīng)用飛速發(fā)展，應(yīng)用范圍幾乎涉及所有結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，包括房屋建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺結(jié)構(gòu)和塔桅等。

    我國的鋼管結(jié)構(gòu)應(yīng)用要晚于西歐、北美和日本，但是最近10年，鋼管結(jié)構(gòu)在我國得到快速發(fā)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(jī)場新航站樓、成都雙流機(jī)場新航站樓、廣州新白云機(jī)場航站樓、濟(jì)南遙墻國際機(jī)場等，已大量使用鋼管結(jié)構(gòu)。其中，長春體育館是我國首次使用大截面方鋼管的國內(nèi)最大跨度的方鋼管網(wǎng)殼工程；廣州新白云國際機(jī)場航站樓屋蓋是國內(nèi)大型的圓管結(jié)構(gòu)建筑，它的指廊和高架連廊則采用了方管結(jié)構(gòu)。

    根據(jù)中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會對17家特級和29家一級鋼結(jié)構(gòu)制作廠消耗的鋼材品種統(tǒng)計，目前我國鋼管消耗量占鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量的9%～10%。按每年2000萬噸鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量計算，用于工程中的結(jié)構(gòu)用鋼管約為200萬噸，遠(yuǎn)少于熱軋H型鋼，也遠(yuǎn)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(fā)展空間。

鋼管結(jié)構(gòu)的分類和特點

    目前工程中使用的鋼管結(jié)構(gòu)可按截面形狀、結(jié)構(gòu)形式和制作方法進(jìn)行分類。按截面形式，鋼管結(jié)構(gòu)可分為圓管結(jié)構(gòu)（CHS）、方（矩）形管結(jié)構(gòu)（RHS）和其他形狀三類。由于在外表和受力性能方面的優(yōu)越性，圓管結(jié)構(gòu)和方管結(jié)構(gòu)的應(yīng)用最廣。按結(jié)構(gòu)形式來分，鋼管結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)架（網(wǎng)殼）、桁架、框架和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)四種。鋼管結(jié)構(gòu)形式是指采用圓管和方管作構(gòu)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(jié)構(gòu)可分為熱軋鋼管結(jié)構(gòu)、冷軋鋼管結(jié)構(gòu)、焊接鋼管結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)件的優(yōu)勢最突出；截面閉合，抗扭剛度大、板件局部穩(wěn)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(jié)點板，以節(jié)省鋼材。

    相比于普通的鋼結(jié)構(gòu)，鋼管結(jié)構(gòu)的優(yōu)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(jié)省防腐和防火涂料，便于除塵。二、鋼管截面的風(fēng)阻力系數(shù)小，應(yīng)用于暴露在流體（如風(fēng)、水流）中時有著顯著的優(yōu)點。三、鋼管結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間可利用。例如填充混凝土（鋼管混凝土結(jié)構(gòu)），不僅能提高構(gòu)件的承載力，而且還能延長構(gòu)件的耐火極限（平均可達(dá)2小時）；管內(nèi)注水，可利用內(nèi)部水循環(huán)進(jìn)行防火。四、管內(nèi)能夠傳輸液體，目前已根據(jù)該特點開發(fā)了輸油管橋、排雨水管等。五、管內(nèi)還可以放預(yù)應(yīng)力索，施加體內(nèi)預(yù)應(yīng)力。

鋼管結(jié)構(gòu)應(yīng)用要求和前景

    鋼管用鋼強度級別在各個應(yīng)用技術(shù)規(guī)程里均有規(guī)定，但均應(yīng)滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）的要求。一般分Q235、Q345、Q380、Q420四級。承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)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(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)和重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。鋼材的強度設(shè)計值，應(yīng)符合設(shè)計規(guī)范中的規(guī)定。設(shè)計者根據(jù)鋼管在結(jié)構(gòu)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(shè)計中采用大直徑、厚壁鋼管時，一般由鋼結(jié)構(gòu)加工廠專門制作，各類結(jié)構(gòu)也規(guī)定了最小截面尺寸和技術(shù)要求。

    隨著美國的鋼鐵工業(yè)以底層商業(yè)建筑市場為開發(fā)目標(biāo)，鋼管結(jié)構(gòu)的需求也呈上升之勢，有成為露天結(jié)構(gòu)材料的替代用材料的趨勢。最近5年，美國結(jié)構(gòu)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(fā)國家，建筑業(yè)采用H型鋼結(jié)構(gòu)比較多，所以H型鋼的產(chǎn)量占型鋼總產(chǎn)量的50%～60%。最近幾年日本也在大力開發(fā)和應(yīng)用鋼管結(jié)構(gòu)，且規(guī)格大型化，斷面復(fù)雜化，現(xiàn)已生產(chǎn)邊長700mm、壁厚16mm～32mm的大型鋼管結(jié)構(gòu)，用于建筑結(jié)構(gòu)柱。在我國，鋼結(jié)構(gòu)方矩管的發(fā)展空間很大。我國H型鋼年產(chǎn)量約為500萬噸，方矩管產(chǎn)量僅為50萬噸，產(chǎn)量比為1︰0.1。而在發(fā)達(dá)國家，該比值一般為1︰1。

我國鋼管結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中存在的問題和建議

    雖然鋼管結(jié)構(gòu)在我國建筑工程中的應(yīng)用已經(jīng)得到長足的發(fā)展，但依然存在以下問題：鋼管用量不大，遠(yuǎn)未達(dá)到熱軋H型鋼的數(shù)量；鋼管產(chǎn)品質(zhì)量有時不夠穩(wěn)定，低壓流體輸送用焊接鋼管壁厚負(fù)公差超標(biāo)（最近技術(shù)規(guī)范要求達(dá)到+0.25mm），尤其是無縫鋼管壁厚公差較大，滿足不了結(jié)構(gòu)計算要求；現(xiàn)行鋼管的尺寸、規(guī)格（直徑、厚壁及外形）滿足不了大型工程的需要，缺少熱成型焊接方矩管品種。

    為了促進(jìn)鋼管結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步應(yīng)用，我國應(yīng)研發(fā)冷彎方矩管專用鋼材系列鋼材（如日本），以提高冷彎鋼管力學(xué)性能；應(yīng)盡早制訂冷成型方矩管結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工規(guī)程、規(guī)范；應(yīng)加大科研開發(fā)投入力度，對焊接鋼管的力學(xué)性能、新型管節(jié)點進(jìn)行研究，開展冷成型方管中截面圓角效應(yīng)對節(jié)點承載力、殘余應(yīng)力、疲勞破壞和節(jié)點的剛度影響的研究試驗等；冷軋或焊接管材生產(chǎn)成本低、價格較合理，且冷彎加工后增強了鋼材強度，建議大力推廣應(yīng)用；建議大型鋼廠建立建筑鋼材研發(fā)中心，為用戶提供方便使用鋼材的解決方案(如開展工程試點、編制產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)程、應(yīng)用手冊和研發(fā)建筑結(jié)構(gòu)體系等)，同時在需要的城市設(shè)立鋼材配送中心，急用戶所急，為用戶排憂解難。