鋼管結(jié)構(gòu)因其具有優(yōu)美的外觀、合理的受力特點(diǎn)以及優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性,在現(xiàn)代工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、大型場(chǎng)館、航站樓、高鐵站及商業(yè)中心、賓館、居民住宅等建筑中得到了廣泛的應(yīng)用,如早期的上海體育場(chǎng)、上海科技城、首都機(jī)場(chǎng)T2航站樓、廣州新白云及航站樓、廣州國(guó)際會(huì)展中心、上海新國(guó)際博覽中心等;近十年來(lái)的應(yīng)用如上海世博會(huì)中國(guó)館、廣州電視塔、首都博物館新館和廣州新白云機(jī)場(chǎng)、首都新機(jī)場(chǎng)、青島新機(jī)場(chǎng)等均采用了鋼管結(jié)構(gòu)。工程實(shí)際表明,鋼管結(jié)構(gòu)既可以很好地滿足建筑要求,又能夠使結(jié)構(gòu)達(dá)到安全、適用、經(jīng)濟(jì)等性能指標(biāo),符合鋼結(jié)構(gòu)的最新設(shè)計(jì)觀念。


  鋼管結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域里主要的應(yīng)用包括:高層結(jié)構(gòu)、大跨度空間結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)、鋼管和混凝土組合結(jié)構(gòu)等。鋼管結(jié)構(gòu)分為三大類,即圓管結(jié)構(gòu)、方矩形管結(jié)構(gòu)、其他形狀(如異形管結(jié)構(gòu))。


  在不同的建筑結(jié)構(gòu)中,不同管形的鋼管使用占比也不同。在大型建筑主體鋼管結(jié)構(gòu)中,無(wú)縫鋼管用量占比約為25%,規(guī)格≤Φ500mm;直縫埋弧焊管用量約占65%,規(guī)格≤φ800mm;高頻直縫焊管用量約占10%,規(guī)格≤φ219mm;牌號(hào)一般為Q345~Q390。鋼管強(qiáng)度級(jí)別已從過去的Q235、Q345逐步向Q345、≤φ219mQ390、Q420和Q460級(jí)的強(qiáng)度轉(zhuǎn)變,下面舉例說(shuō)明鋼管在典型建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。


  無(wú)縫鋼管在大型建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。例如北京新機(jī)場(chǎng):航站樓鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分核心區(qū)、指廊兩大部分,均由支撐系統(tǒng)和屋蓋鋼結(jié)構(gòu)組成,總用鋼量約為4萬(wàn)多噸,核心區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)面積達(dá)18萬(wàn)平方米,以8根C型柱為主要支撐,C型柱間距達(dá)200m,整個(gè)核心區(qū)屋頂由63450根桿件(鋼管)和12300個(gè)球節(jié)點(diǎn)拼裝而成。指廊鋼網(wǎng)架為不規(guī)則自由曲面,采用桁架和網(wǎng)架混合結(jié)構(gòu),最大跨度41.6m,網(wǎng)架最大高差約5m。鋼結(jié)構(gòu)桿件采用圓鋼管截面和方鋼管截面,節(jié)點(diǎn)為相貫節(jié)點(diǎn)或焊接球,5個(gè)指廊屋面鋼網(wǎng)架一共由8472個(gè)焊接球、55267根桿件(鋼管)拼裝而成。C型柱由鋼管和方形鋼管柱組成,雙層處鋼管為φ219mmmm×12mm~φ800mm×30mmm,單層處鋼管為φ800mmm×30mm~φ1500mm×4040mm,材質(zhì):大規(guī)格為Q460GJC,小規(guī)格為345B。上海世博會(huì)中國(guó)館建筑用鋼管約6000t,其中無(wú)縫鋼管1200t,規(guī)格為φ450mm×42mm、φ435mm、φ299m9mm×25mm16mm、φ245mnm×20n0mm、φ114mm×10mm等,材質(zhì)為Q345B、Q345GJC。成都雙流機(jī)場(chǎng):鋼管桁架上弦管φ273mm×(16~20)nmm,下弦管(跨中部位)51mm×(16~20))mm,懸挑段下弦管 φ299mm×16mm,水平腹桿φ114mm×8mm,豎向腹桿φ159~140×φ351m10mm,材質(zhì)Q345C。另外,該建筑還采用了100mm×100mm×3mm、260mm×180mm×8mm 方矩形焊管。圖8-31為北京新機(jī)場(chǎng)采用無(wú)縫鋼管制作的網(wǎng)架結(jié)構(gòu);圖8-32為廣州新白云機(jī)場(chǎng)鋼管結(jié)構(gòu)幕墻;圖8-33為長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)鋼管桁架。


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  熱軋方矩形管應(yīng)用于大型場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)。例如,首都博物館新館和廣州新白云機(jī)場(chǎng)主航樓、連接橋、指廊等鋼管結(jié)構(gòu),采用的方形管規(guī)格為500mm×500mm×22、16mm,矩形管為500mm×300mm×16mm;廣州正佳商業(yè)廣場(chǎng)的主桁架弦桿為450mm×450mm×25mm、35mm,直腹桿為450mm×450mm×20mm、30mm,x16mm、20mm、25mm、35mm,腹桿為450mm×350mm×16mm、20mm、次桁架弦桿為450mm×350mm×25mm、35mm;北京奧運(yùn)會(huì)國(guó)家游泳中心(“水立方”)鋼結(jié)構(gòu)用熱軋方矩形管最大壁厚達(dá)到40mm,如450mm×300mm×40mm。以上鋼結(jié)構(gòu)建筑在建造時(shí)采用的無(wú)縫方矩形鋼管均從國(guó)外引進(jìn)。圖8-34是國(guó)家游泳中心“水立方”方矩形鋼管結(jié)構(gòu)。


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  焊管在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也很廣泛。例如,上海世博會(huì)中國(guó)館中,直縫埋弧焊管用量為2800t,典型規(guī)格有φ750mm×35mm,鋼級(jí)Q345B,單根長(zhǎng)度約32m,9根組成一根柱子,4根柱子支撐起近萬(wàn)噸的“東方之冠”。矩形斜支撐鋼管1200t,800mm×1500mm×35mm Q345B;方管1000余噸8800mmx800mm×(25~50)mm Q345B Q345GJC。貴陽(yáng)奧體中心的體育場(chǎng)大量采用高頻直縫焊管,從材質(zhì)Q345、規(guī)格6mm、ф219mm×8mm,一直到材質(zhì)Q390、規(guī)格φ377mm×12mm,達(dá)幾十個(gè)品種。廣州新電視塔總高610m,主塔高454m,天線高156m。其中24根鋼管混凝土柱,底部鋼管直徑2m,頂部直徑減小到1.2m,壁厚最大為50mm,材質(zhì)為Q345GJC、Q390GJC。這部分鋼管主要采用輥彎式成形,由鋼結(jié)構(gòu)廠制造;環(huán)梁、斜支撐、天線采用直縫埋弧焊管制造,詳細(xì)規(guī)格、牌號(hào)見表8-16所示。該工程共使用鋼結(jié)構(gòu)5.5萬(wàn)噸,其中24根柱16940t,環(huán)梁、斜支撐、天線超過12000t。圖8-35為廣州電視塔主柱、環(huán)梁、斜支撐形成的鋼管結(jié)構(gòu)。


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