冷弯结构焊管的应用及生产技术特点
仪器信息网 · 2009-03-30 19:49 · 24098 次点击
一冷弯结构焊管在发达国家建筑业中的应用
冷弯型钢在国外建筑业中用途非常广泛,被用作屋架、檩条、桁架、刚架、墙架、龙骨、屋面板、墙板、楼板、门窗乃至容器、管道、围堰、钢板桩、防波堤等。近年来,冷弯型钢组合而成的网壳、货架、单层和多层房屋也得到了很快的发展,从机场到大型购物中心,从写字楼到体育场,从会议中心到居民住宅,冷弯型钢产品都是广泛应用的建筑设计材料。在发达国家,建筑业是冷弯型钢的第一大用户,冷弯型钢占钢材总量的5%,建筑业用冷弯型钢占冷弯型钢总量70%左右,冷弯型钢产品应用于建筑业的主要是结构用冷弯方矩形管和建筑用结构冷弯型钢,其中冷弯方矩形管用量占50%以上。从结构力学和经济角度,冷弯型钢和H型钢结合应用于建筑业是最佳组合,可以实现工业厂房和民用住宅建设工厂化。
在日本,80年以前日本仅生产200mm×200mm以下的方矩形管及少量的开口冷弯型钢,日本钢结构住宅中立柱均采用H型钢。84年日本仙台地震后,通过对仙台地震中遭到破坏的钢结构住宅的研究发现,立柱和横梁之间的焊缝易裂开,原因是受H型钢外形结构特点的限制,用H型钢和H型钢对焊,焊缝太少。因此,日本84年以后通过修改建筑法,规定日本的钢结构住宅立柱必须采用方矩形管,以增大焊缝的长度,从而提高住宅的抗震性。随着冷弯型钢在建筑钢结构应用上的普及,冷弯型钢生产的规格也随之增大,目前方矩形管最大规格已达到550mm×550mm,最大壁厚为22mm。2002年日本钢结构用冷弯方圆管总产量已达到200万t。目前市场需求量最大的钢管规格为200mm×200mm~400mm×400mm,这些规格冷弯方矩管覆盖了日本钢结构用方、矩形管总量的80%以上,其它规格产品占市场份额的不到10%。
在美国,椐有关调查资料显示,冷弯方矩形管和热轧H型钢在建筑业中的用量约为1:1的关系,在二十世纪九十年代,建筑钢结构所用冷弯型钢的比例甚至超过热轧H型钢的用量。其中,冷弯结构焊管(含方矩形管和原管)约占建筑钢结构用钢量的25%,各种开口冷弯型钢在建筑钢结构用钢量中的比例也在20%以上。
二冷弯型钢在我国建筑业中应用情况
在我国的工民建筑中,多年以来一直采用钢筋混凝土,工程施工周期长、污染大。近几年,随着马钢、莱钢热轧H型钢产品成功的市场推介,钢结构在建筑业中的应用不断扩大,各种钢结构实验楼、样板房、标志建筑相继推出,设计、施工的标准与规范也开始进入逐步完善阶段,中国的钢结构行业近几年大大迈进了一步。但是,目前我国建筑钢结构应用的主要是热轧H型钢和焊接的各种钢结构,我国热轧H型钢的产能已经达到300万吨,焊接轻型H型钢和各种钢结构的产量也有几十万吨,我国焊管产量一年有700多万吨,其中建筑钢结构用冷弯方矩形管和各种冷弯型钢的产量不到冷弯型钢产量总量的5%。冷弯型钢在我国工民建筑钢结构中应用处于起步阶段,冷弯方矩形结构焊管取代热轧H型钢作钢结构的立柱刚刚开始,其它冷弯型钢在建筑业中应用更少。
我国建设部目前已经在工民建筑中建设一些钢结构试验楼,如2002年在天津建成的两栋建设部钢结构示范住宅,该工程采用钢管混凝土柱钢梁框架-钢骨混凝土核心筒(SRC)结构体系,工程总面积8000m2,主体十一层,一栋柱采用圆管,另一栋柱采用方钢管350×350mm,厚度随楼层变化而变化,其中1~3层为16mm,4~6层为14mm,7~9层为12mm,10~11层为10mm,钢管内灌注C40砼。梁采用焊接工字钢,规格为350×200×10×18mm,楼板为高强螺旋肋钢筋预应力叠合板。由于当时国内没有厂家生产如此大口径的方管,工程中采用方钢管是四块板焊接的BOX柱。
天津两栋建设部钢结构示范住宅工程对冷弯型钢(主要是结构管)在钢结构住宅中应用得出两个启示:一是大规格冷弯型钢市场空间较大,钢结构住宅的合理层数为10~18层,这样的中高层结构也对冷弯方矩管的规格有一定要求。二是方钢管较圆钢管有明显优势,原因其一,同样边长和直径的方、圆管,方管的承载力和抗震性能更佳,根据天津某大学对三层二跨方管和圆管砼柱框架进行的试验,方管柱边长150mm,圆管直径150mm,试验结果前者抗侧力屈服承载力和极限承载力较后者高出80%,抗震性能指标约为后者的两倍;其二,方管施工更方便。钢结构住宅的圆管砼柱一般还需进一步施工,将圆型截面改为方型。其三,采用圆管砼柱,与梁的连接较难处理。我国未来的钢结构市场中,冷弯方矩形管将占重要的份额。