钢管结构，让建筑更绿色

  近年来，随着绿色建筑理念逐渐深入人心，我国钢筋混凝土结构使用的规模和比例在逐渐缩小，钢结构住宅日益受到推广，用量逐年增长。同时，政府也出台了相应的政策进行大力支持，并将其列为化解钢铁产能严重过剩矛盾的措施之一，钢结构使用规模的扩大已经成为趋势。

    我国钢结构在能源、交通、住宅和城乡建设中的发展空间还很大。未来我国房屋建筑中的钢结构用量占比至少可以达到20%。按照高层钢结构住宅用钢量为50千克/平方米~80千克/平方米计算，每年仅房屋建筑钢结构用钢量就可达到1亿吨。而且，目前我国钢桥的使用比例仍然很低。如果今后得到重视和政策支持，钢结构桥梁用钢量可以从当前的200万吨/年~300万吨/年增加到1000万吨/年左右。

    钢管结构是一种新型节能环保的建筑体系，是一种重量轻、强度高、抗震性能好，节能环保、能循环使用的承重钢管结构，其应用范围几乎涉及所有钢结构领域，包括房屋建筑、桥梁、堤坝、海洋平台结构和塔桅等。近10年来，我国钢管结构的用量也随着钢结构用量的增加而增加。

    我国先后建成了一些大型的钢管结构建筑，如长春体育馆、广州新白云国际航站楼、上海世博馆、首都机场新航站楼等。其中，长春体育馆是大截面方距型钢管大跨度的钢管网壳工程；广州新白云国际航站楼屋盖是国内大型的圆管结构建筑，其指廊和高架连廊采用了方管结构。在国外，钢管结构也广泛用于各种建筑中。例如，德国斯图加特机场候机大厅采用钢管构件铸钢节点的树形支承结构；英国伦敦布什来恩宫外露式的圆管截面桁架把立面荷载传递到立柱里，管截面内注入水用于防火，弥补了钢结构建筑耐火性差的弱点。

    目前，钢管结构应用的领域不断扩大，已开始向能源领域电站锅炉、机械制造领域方向发展。相关业内数据显示，2013年我国钢结构行业用钢量预计为4200万吨~4600万吨。而按照行业内钢管结构用量占10%来计算，钢管结构2013年的用量预计为420万吨~460万吨，较2012年的380万吨，增加明显。随着未来我国钢结构用钢量的增加，钢管结构用量今后的增长潜力巨大。当前，钢管结构在建筑业方面的应用领域主要有以下几个。

    大跨度空间钢管结构建筑。在这一应用领域，主要有体育展场馆、火车站台的建设。上海世博会中国馆建筑钢结构总重为22000吨，主要钢管结构总重为4000吨，规格为Q345B；双面埋弧直缝焊管用量为2800吨，规格为ф750mm×35mm；厚壁无缝钢管用量为1200吨，规格为ф450mm×42mm、ф406mm×35mm、ф299mm×25mm、ф245mm×20mm。另外，我国火车站台建设(规划)中的高速铁路网，已经进入快速发展时期。截至2013年底，我国铁路营运里程突破10万公里，其中高速铁路已破1万公里，在建规模为1.2万公里。为此，全国大约近200个火车站台要重新建造，估计需求钢管为300万吨。

    特高压输电线路建设。发展特高压已经成为我国“十二五”电网发展的重中之重，为此我国将建设具有远距离、大容量、低损耗输电能力的特高压输电系统。建设特高压电网采用钢管塔，将比采用角钢塔节省20%左右的钢材用量。我国国内的商用1000千伏特高压交流电网“淮南-上海”工程采用双回路设计，该塔高93.6米，塔重132吨，总长656公里，钢管塔主要采用高频直缝焊管和双面埋弧直缝焊管，采购量约为20万吨。

    日本、韩国等国在特高压和超高压线路建设中大量采用钢管塔。美国《输电铁塔设计导则》中共推荐了10种材料标准供设计者选用，其高强钢材的屈服强度达到448MPa。俄罗斯的《钢结构设计规范》中所列钢材的强度等级已达到578MPa。因为，特高压输电塔在载荷上远大于现有的输电塔，对输电塔的结构设计、钢材强度提出了更高要求。为了使输电塔的建造更加经济、合理，钢材强度就必须大幅提高，需要使用Q390、Q420、Q460等高强度钢材。我国《钢结构设计规范》(GB50017-2003)已正式将Q390、Q420列入可选材料范围，《低合金高强度结构钢》GB/T1591-94中列入了Q460钢材，这些新品种的强度与国际水平基本接近。

    风力发电机塔筒。相关资料称，到2020年，我国风电建设规模有望超过1亿千瓦。风电塔筒用于支撑整个风力发电机组，是风力发电机组的主要承重钢体，承受载荷包括风载荷、机组自重和由机组重心偏移引起的偏心力矩等。风力发电机塔筒是将铁板卷起来焊接成的，然后加上锻造法兰将各节塔筒连接成风力发电机塔架。塔筒建设中对材料的焊接质量要求极为严格，所有焊缝要求最低为Ⅱ级，且大多为100%超声波或射线探伤，生产塔架单位要求具备生产锅炉压力容器的能力和资质。FL1500风电塔筒是我国目前直径最大的风电塔筒，也是当今世界风力发电机组采用的主流塔筒。塔筒单套重量为116吨，基础环为8.89吨。塔筒设计为渐变形，最大直径为4米，最小直径为2.696米。塔筒形式为截头圆锥体，塔高64.7米。

    桥梁重型钢管结构。预计一期工程于2015年~2016年完成的港珠澳大桥是较典型的桥梁重型钢管结构。该建筑的用钢量估计在140万吨，其中钢管结构包含桥上桥下部分估计在40万吨。同时，日本明石海峡大桥也是使用钢管结构的桥梁，该桥用钢量约为30万吨，全长为3911米，主跨长1991米，可承受里氏8.5级的强烈地震和速度为80米/秒的暴风。

    超高层建筑。广州新电视塔是钢管结构应用在高层建筑方面一个很好的例子。该建筑地上37层、地下3层，高为610米(塔身454米、天线桅杆156米)，使用的钢结构总量为5万吨。该建筑钢结构外筒均采用钢管构件，包括钢管混凝土立柱、钢管环梁和钢管斜撑。广州新电视塔的柱、斜撑、环梁、楼面主梁、次梁、天线等构件主要采用Q345、Q345GJ和Q390GJ钢材，质量标准符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-94)、《建筑结构用钢板》(GB/T19879-2005)的要求。在使用材料厚度方向的性能要求方面，符合《厚度方向性能钢板》(GB/T5313-85)，此外还满足《建筑抗震设计规范》(GB50011)的要求。

    海上重工用装备制造。海上巨型浮吊船是海上油气田开采等海上工程的紧俏装备。一般而言，海上巨型浮吊船的起重吊臂采用的钢管规格为ф850mm×30mm、ф650mm×24mm、ф550mm×20mm，牌号为Q690E。一条8000吨浮吊船的钢管用量大约为4000吨。我国主要海上重工企业近10多家，平均每年消耗重型钢管不完全统计达到100多万吨。