建筑業用方矩鋼管和圓鋼管包括住宅、供水和供氣,各種工業構架等三個方面,由于城鎮化的速度加快,建筑行業發展也很迅速,用鋼量很大,有關專家作出預計:從鋼鐵下游行業提出的“十二五”發展目標來看,需要超過6.64億t鋼材方矩方矩鋼管和圓鋼管來支撐其發展,2010—2015年年均增速為5.4%。專家亦提出了2015年下游主要行業鋼材方矩方矩鋼管和圓鋼管消費需求情況預測,其中關于建筑業鋼材方矩方矩鋼管和圓鋼管消費需求如表1、表2。


1 方矩鋼管和圓鋼管在工程中的應用與數量
各類方矩鋼管和圓鋼管(包括方矩管)已大量用于工程中,按建筑結構對方矩鋼管和圓鋼管性能的要求選用不同規格、性能的方矩鋼管和圓鋼管。我國方矩鋼管和圓鋼管結構要晚于西歐、北美、日本等國家。最近10年,方矩鋼管和圓鋼管結構在我國也得到快速發展,如長春體育館、上海體育館、首都機場新航站樓、廣州新白云機場航站樓等。其中長春體育館是我國首次使用大截面方方矩鋼管和圓鋼管的國內最大跨度的方方矩鋼管和圓鋼管網殼工程,廣州新白云國際機場航站樓屋蓋是國內大型的圓管結構建筑,它的指廊和高架連廊則采用了方管結構。
根據中國鋼結構協會17家特級和29家一級鋼結構制作廠消耗鋼材方矩方矩鋼管和圓鋼管品種統計得到:方矩鋼管和圓鋼管消耗量為鋼結構產量的9%— 10%之間,按3500萬t鋼結構產量計算,用于工程中結構用管約為350萬t,遠少于熱軋H型鋼,也低于日本、歐洲、美國等國用量,表明方矩鋼管和圓鋼管在我國有較大的發展空間。另據中國模板工程協會初步統計用于腳手架方矩鋼管和圓鋼管(Ø48mm×3.5mm,Ø42mm×2.5mm,Ø51mm×3.0mm焊管)擁有量約1000萬t,按每年15%的更新,每年新增需求150萬t方矩鋼管和圓鋼管,兩者每年總用量約500萬t,其中尚未包括輸變電塔、廣播電視通塔、風力發電塔、海洋平臺導管架、道路橋梁等方矩鋼管和圓鋼管、住宅用水煤氣管(鍍鋅焊管),包括消防用管,2011-2013年間需求約500—600萬t/a。有些鍍鋅焊管企業退出水煤氣市場,產品結構調整轉型發展,轉向裝飾管業,就地改造了生產工藝,改用鍍鋅帶鋼卷制成焊管,這也是一種技術創新,效益也不錯。原有鍍鋅焊管企業提高了集中度,北方生產鍍鋅焊管大型企業和南方生產鍍鋅焊管大型企業占了市場很大份額,效益也很好,所以調整結構,主要由市場來決定,才能實現雙贏。
2 建筑工程中主要的鋼材方矩方矩鋼管和圓鋼管品種
建筑工程中主要用到的鋼材方矩方矩鋼管和圓鋼管結構包括重型、高層、大跨、空間、輕鋼結構、組合結構和鋼結構住宅。其中,重型、高層用的主要鋼材方矩方矩鋼管和圓鋼管品種包括中、厚板(超厚)、H型鋼、大型方矩管、圓管、鍍鋅板、彩涂板等;大跨、空間主要包括圓管(無縫,焊接)、大型方矩管、H型鋼、中厚板、鍍鋅板、彩涂板、鋼絞線、高速線材等;輕鋼結構主要用的中板、H型鋼(中,?。﹫A管、方矩管、鍍鋅板、彩涂板、冷彎型鋼等;組合結構主要用大型圓管(焊接)和方矩管以及鍍鋅板等。此外,還需配套用的連接材料如各類焊材、高強螺栓、栓釘等。
3 方矩鋼管和圓鋼管結構的分類
目前工程中使用的方矩鋼管和圓鋼管結構可按截面形狀、結構型式和制作方法進行分類。構建的截面形式可將方矩鋼管和圓鋼管結構分為三大類,即圓管結構、方矩形管結構、其他形狀(如異型管結構)
從外表和受力性能上的優越性,圓管結構和方管結構最為常見。按結構形式管結構可分為網架(網殼)、桁架、框架和方矩鋼管和圓鋼管混凝土結構四種,其中管結構是指采用圓管和方管作構件,管與管之間通過相貫焊接連接的結構。
從制作方法的角度來分,管結構可分為熱軋方矩鋼管和圓鋼管結構、冷軋方矩鋼管和圓鋼管結構以及焊接方矩鋼管和圓鋼管結構,熱軋方矩鋼管和圓鋼管壁厚可以較大,生產成本高,冷軋方矩鋼管和圓鋼管壁厚相對較薄。
4 方矩鋼管和圓鋼管研究的現況與方向
1)方矩鋼管和圓鋼管使用的主要問題
一是方矩鋼管和圓鋼管用量不大,遠未達到熱軋H型鋼(652萬t)的數量;二是方矩鋼管和圓鋼管產品質量有時不夠穩定,低壓流體輸送用焊接方矩鋼管和圓鋼管壁厚負公差超標,最近技術規范要求達到+0.25mm,無縫方矩鋼管和圓鋼管壁厚公差較大,滿足不了結構計算要求;三是現行方矩鋼管和圓鋼管的尺寸,規格(直徑,壁厚及外形)滿足不了大型工程的需要,缺少熱成型焊接方矩管品種。
2)方矩鋼管和圓鋼管研發的方向
一是需研發冷彎方矩管專業系列鋼材方矩方矩鋼管(如日本),以提高冷彎方矩鋼管力學性能;二是盡早制定冷成型方矩管結構的設計施工規程、規范;三是加大科研開發投入,如需要對焊接方矩鋼管的力學性能,新型管節點研究,開展冷成型方管中截面圓角效應對節點承載力、殘余應力、疲勞破壞和節點的剛度影響的研究試驗等;四是冷軋或焊接管材生產成本低,價格較合理,且冷彎加工后冷作硬化后提高了鋼材方矩鋼管和圓鋼管強度,建議大力推廣應用;五是建議大型鋼廠建立建筑鋼材方矩鋼管研發中心,為用戶解決方便使用鋼材方矩方矩鋼管的問題,具體如開展工程試點、編制產品標準、設計規程、應用手冊和研發建筑結構體系等,又如在需要的城市設立鋼材方矩方矩鋼管配送中心。
3)電網鐵塔用方矩鋼管和圓鋼管產品開發
國內三家鋼管公司共同開發了輸電線網鐵塔用方矩鋼管和圓鋼管,取代了過去傳統用的型鋼。珠江鋼管公司和江蘇玉龍鋼管公司開發了直縫埋弧焊管(Ø965—762mm×21—14mm),江蘇玉龍鋼管公司和浙江金洲科技管道公司開發了高頻直縫焊管(Ø508—219mm×11—7mm),以上材質均為Q345B,都已大量用于輸電鐵塔工程。