钢结构工程因为施工速度快、外形美观等优点,于是随着发展,近年来在我国得以迅速发展,已逐步改变了由混凝土结构和砌体结构一统天下的局面。
尤其是我国建筑业朝着安全、抗震、环保、效益型方向发展,钢结构工程建筑这一可持续发展的"绿色产业",成为现代化建筑的必然趋势,是当前乃至今后很长一段时间我国建设领域和建筑技术发展的重点。
一、钢管结构的分类和特点
目前工程中使用的钢结构可按截面形状、结构形式和制作方法进行分类。按截面形式,钢管结构可分为圆管结构(CHS)、方(矩)形管结构(RHS)和其他形状三类。由于在外表和受力性能方面的优越性,圆管结构和方管结构的应用最广。
按结构形式来分,钢管结构可分为网架(网壳)、桁架、框架和钢管混凝土结构四种。钢管结构形式是指采用圆管和方管作构件,管与管之间通过相贯焊接连接的形式。按制作方法来分,钢管结构可分为热轧钢管结构、冷轧钢管结构、焊接钢管结构三种。热轧钢管壁厚较厚、制作成本高,冷轧钢管壁厚相对较薄。
圆管和方(矩)形钢管结构的特点如下:圆管和方(矩)形截面都具有双轴对称、截面形心和剪心重合等特点;圆管和方管截面,截面惯性矩对各轴相同,作为受弯和受压构件的优势最突出;截面闭合,抗扭刚度大、板件局部稳定好,尤其是圆管截面,截面的极轴分布均匀,抵抗扭矩特别有效;外观简洁、平滑,杆件可直接焊接于同一点,可不用节点板,以节省钢材。
二、钢管在钢结构工程中的应用概况
目前,钢管在钢结构中运用广泛。钢管结构的最大优点是能将人们对建筑物的功能要求、感观要求和经济效益要求完美地结合在一起。钢管结构凭借其自身优越的性能,近年来应用飞速发展,应用范围几乎涉及所有结构领域,包括房屋建筑、桥梁、堤坝、海洋平台结构和塔桅等。
如长春体育馆、上海体育馆、虹口体育馆、广州体育馆、首都机场新航站楼、成都双流机场新航站楼、广州新白云机场航站楼、济南遥墙国际机场等,已大量使用钢管结构。其中,长春体育馆是我国首次使用大截面方钢管的国内最大跨度的方钢管网壳工程;广州新白云国际机场航站楼屋盖是国内大型的圆管结构建筑,它的指廊和高架连廊则采用了方管结构。
根据中国钢结构协会对17家特级和29家一级钢结构制作厂消耗的钢材品种统计,目前我国钢管消耗量占钢结构产量的9%~10%。按每年2000万吨钢结构产量计算,用于工程中的结构用钢管约为200万吨,远少于热轧H型钢,也远低于日本、美国和欧洲的用量,表明钢管在我国有着较大的发展空间。
三、钢管结构应用要求和发展前景
钢管用钢强度级别在各个应用技术规程里均有规定,但均应满足《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的要求。一般分Q235、Q345、Q380、Q420四级。设计者根据钢管在结构中的功能和重要性选用各类钢管。遇到设计中采用大直径、厚壁钢管时,一般由钢结构加工厂专门制作,各类结构也规定了最小截面尺寸和技术要求。
在我国,钢结构方矩管的发展空间很大。我国H型钢年产量约为500万吨,方矩管产量仅为50万吨,产量比为1︰0.1。而在发达国家,该比值一般为1︰1。
虽然钢管结构在我国建筑工程中的应用已经得到长足的发展,但依然存在一些问题。为了促进钢管结构的进一步应用,建议大型钢厂建立建筑钢材研发中心,为用户提供方便使用钢材的解决方案,同时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。以此看来,面对中国钢管工业的现状和发展仍存在着很多挑战。