在機(jī)場的航站樓、在火車站的候車大廳，采用鋼管做屋面桁架的建筑已越來越多。在日前閉幕的2013年全國鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會上，中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會專家委員會名譽(yù)主任陳祿如就“鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展與鋼管應(yīng)用”提出了獨(dú)到的見解。
鋼結(jié)構(gòu)前景廣闊
陳祿如從5個(gè)方面對國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)進(jìn)行了分析。，我國的能源建設(shè)還會加快，火力電廠的主廠房和鍋爐鋼架用鋼量會增加。第二，交通工程中的橋梁會有所增加，除跨江、跨海、鐵路橋均采用鋼梁外，近年來，公路橋梁采用鋼結(jié)構(gòu)已成為發(fā)展趨勢;高速公路中的護(hù)欄、收費(fèi)站、交通標(biāo)志的鋼結(jié)構(gòu)用量也明顯增加。第三，市政建設(shè)中采用鋼結(jié)構(gòu)的量會增加，譬如，地鐵和輕軌工程、城市立交橋、高架橋、環(huán)保工程、城市公共設(shè)施及臨時(shí)房屋等均越來越多地采用鋼結(jié)構(gòu)。第四，鋼結(jié)構(gòu)住宅將有所增加。國家提倡建設(shè)節(jié)能省地住宅，有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)規(guī)范及配套技術(shù)、材料基本具備。目前，我國僅有1500萬平方米的鋼結(jié)構(gòu)住宅，而發(fā)達(dá)國家卻達(dá)到建筑總量的40%～50%。第五，由于中國的鋼材價(jià)格比國際上的鋼材價(jià)格低，勞動力成本也相對較低，而中國的鋼結(jié)構(gòu)的制作水平、施工質(zhì)量優(yōu)良，因此，在國際工程市場中國的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)具有較強(qiáng)的競爭力。
鋼管應(yīng)用一二三
圓管形狀在受壓、受扭以及多方向受彎下的卓越的結(jié)構(gòu)性能已得到充分應(yīng)驗(yàn)。風(fēng)中的蘆葦、雨中的翠竹以及支撐人體重量的大腿骨均為圓管形狀。或許是人們從中得到啟發(fā)，將圓管優(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)。近年來，圓管結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍包括房屋建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺結(jié)構(gòu)和塔桅等。
據(jù)陳祿如介紹，目前，在工程中使用的鋼管結(jié)構(gòu)可按截面形狀、結(jié)構(gòu)型式和制作方法進(jìn)行分類。構(gòu)件的截面形式可將鋼管結(jié)構(gòu)分為圓管結(jié)構(gòu)、方(矩)形管結(jié)構(gòu)以及其它形狀。外表和受力性能上的優(yōu)越性在圓管結(jié)構(gòu)、方管結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)為常見。管結(jié)構(gòu)是指采用圓管和方管做為構(gòu)件，管與管之間通過相貫焊接連接的結(jié)構(gòu)。按結(jié)構(gòu)形式可分為網(wǎng)架(網(wǎng)殼)、桁架、框架和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)四種。
管結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢如下，一是相比開口截面而言，圓管和方(矩)形截面具有表面平整、無死角以及外表面積小等特點(diǎn)，有利于節(jié)省防腐和防火涂料，也便于除塵。二是鋼管截面的風(fēng)阻力系數(shù)小，應(yīng)用于暴露在流體(如風(fēng)、水流)中時(shí)有著顯著的優(yōu)點(diǎn)。三是鋼管結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間可利用，填充混凝土(鋼管混凝土結(jié)構(gòu))后不僅能提高構(gòu)件的承載力，而且還能延長構(gòu)件的耐火極限。四是在管內(nèi)注水，可利用內(nèi)部水循環(huán)進(jìn)行防火;傳輸液體，如輸油管橋，排雨水管等;管內(nèi)還可以放預(yù)應(yīng)力索，施加體內(nèi)預(yù)應(yīng)力。
陳祿如說，近5年，歐洲的鋼管用量增加了 25%。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。日本是一個(gè)多地震國家，在建筑業(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%。但是，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)邊長為700毫米、壁厚 16毫米～32毫米的大型鋼管結(jié)構(gòu)，用于建筑結(jié)構(gòu)柱。我國的鋼管結(jié)構(gòu)要晚于西歐、北美、日本等國家(地區(qū))，近10年來，鋼管結(jié)構(gòu)在我國也得到快速發(fā)展，譬如，首都機(jī)場新航站樓、廣州新白云機(jī)場航站樓等工程，值得一提的是，長春體育館是我國首次使用大截面方鋼管、國內(nèi)大跨度的網(wǎng)殼工程。
鋼管結(jié)構(gòu)大有作為
推廣鋼管結(jié)構(gòu)，陳祿如希望做好以下工作：一是組織編制冷成型方矩鋼管構(gòu)件設(shè)計(jì)、施工的專用技術(shù)規(guī)程或設(shè)計(jì)手冊，指導(dǎo)應(yīng)用。二是加強(qiáng)生產(chǎn)廠家、設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)制造廠家與高校間的技術(shù)合作與交流，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、通用化方矩管構(gòu)件與房屋體系的研發(fā)，推動應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。三是完善方矩管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，并將JG/T178—2005升級為國標(biāo)。四是提高方矩管產(chǎn)品性能、擴(kuò)大產(chǎn)品品種，研發(fā)冷彎方矩管專用鋼種(相當(dāng)于日本SN系列鋼種與雙焊縫厚壁鋼管)。五是擴(kuò)大對方矩鋼管，包括冷、熱成型鋼管構(gòu)件(包括鋼管混凝土構(gòu)件 的設(shè)計(jì)計(jì)算理論、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造優(yōu)化、材料性能改善(塑性、焊接性能等)及優(yōu)化施工工藝等方面的應(yīng)用研究。
針對鋼管在我國的應(yīng)用以及存在的問題，陳祿如提出以下8個(gè)建議：一是目前鋼管在我國的用量不大，遠(yuǎn)未達(dá)到熱軋H型鋼的數(shù)量，應(yīng)適度擴(kuò)大應(yīng)用。二是鋼管產(chǎn)品質(zhì)量有時(shí)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)(近技術(shù)規(guī)范要求達(dá)到 0.25毫米)，無縫鋼管壁厚公差較大，滿足不了結(jié)構(gòu)計(jì)算要求。三是現(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。四是需研發(fā)冷彎方矩管專用鋼材系列鋼材(如日本SN系列)，以提高冷彎鋼管力學(xué)性能。五是盡早制訂冷成型方矩管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工規(guī)程、規(guī)范。六是加大科研開發(fā)投入，需要對焊接鋼管的力學(xué)性能、新型管節(jié)點(diǎn)研究，開展冷成型方管中截面圓角效應(yīng)對節(jié)點(diǎn)承載力，殘余應(yīng)力、疲勞破壞和節(jié)點(diǎn)的剛度影響的研究試驗(yàn)等。七是冷軋或焊接管材生產(chǎn)成本低、價(jià)格較合理，且冷彎加工后冷作硬化后提高了鋼材強(qiáng)度，建議大力推廣應(yīng)用。八是建議大型鋼廠建立建筑鋼材研發(fā)中心，為用戶提供使用鋼材的便利;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。
記者 宋京平