一.前言

我国近5年来，在钢结构领域应用大口径，大厚壁，高钢级的双面埋弧直缝焊管，吸收引进国外钢管结构建筑和港口海工装备的先进设计理念，重视发展用钢管作为结构件，除了应用于建筑领域外，又成熟的运用于港口海工装备领域，快速得到了国际业界和同行的认可，取得了丰厚的成果。   

钢管结构是一种新型的节能环保的建筑体系，被誉为21世纪的“绿色建筑”。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，符合发展我国节能建筑和经济持续健康发展的要求。钢管结构的{zd0}优点是能将人们对建筑物，支撑物，承载物的功能要求，视觉要求以及效益要求xx地结合在一起。

钢管结构较其他结构的优越性，可从构件的截面特性、受力性能、经济效益等几个方面对比得出钢管结构凭借其自身优越的性能，近年来在飞速发展，应用范围几乎涉及所有钢结构领域。

政府拉动内需投资偏重“铁，公，基”设施建设：过去的一年里，安居工程2800亿、农村民生和基础设施3700亿、铁路交通电网等18000亿、医文400亿、环境3500亿、创新1600亿、灾后重建10000亿，以上基础设施约30000亿。将需要2000万吨钢结构用材，其中钢管结构用材，总量占8%，如果把各应用领域全部统计在内的话，估计不会少于20%。因此，抓住国家为克服金融危机，扩大内需的大好时机，积极承担钢结构工程，发展钢管结构的产品，是焊管企业结构调整，发展状大的良好契机。

二.钢管结构在国内外应用情况

2.1 国内外应用状况

钢管结构起初用于海上，如海洋平台结构。1947年世界上{dy}个现代化的海洋平台在墨西哥海湾建成后，人们才真正认识到钢管作为钢管结构的优越性，从而促使人们开始探索钢管结构的性能。而后，在将近半个多世纪里，世界各国涌现出许多造型独特、构造优美、功能{zy1}的钢管结构，如德国Stuttgart机场候机大厅采用钢管构件铸钢节点的树形支承结构，具有造型独特、简捷明快的特点；日本大阪的Kansai机场航站楼屋面结构，采用了圆管截面的曲线三角桁架；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，正好弥补了钢结构建筑耐火性差的弱点；还有加拿大多伦多Skydome的开合屋盖、法国戴高乐机场的高速铁路火车站等都是xx的钢管结构建筑。

我国钢管结构的发展远晚于西欧、北美、日本等国，但在过去的10年，钢管结构在我国已得到了快速发展。我国先后建成了一些大型的钢管结构建筑，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、沈阳桃仙机场、济南遥墙国际机场等。其中，长春体育馆是我国首次使用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，它的指廊和高架连廊则采用了方管结构。最xx的奥运场馆，上海世博场馆这些钢管结构的建成对管结构在我国的推广应用起着非常积极的作用。

2.2 设计标准

1969年10月美国石油协会颁发了{dy}个有关海洋平台的建议（API RP 2A），1972年美国焊接协会将钢管结构设计纳入新的焊接结构规范中（AWS AI.I）。从20世纪70年代之后，钢管结构的研究发展较快，很多研究成果已经成功地应用于工程实践中，相继形成一些国际技术文件或规范，如：美国焊接学会焊接结构规范（AWS）、美国石油学会规范（API）、CIDECT指南、日本建筑学会规范（AIJ）、欧洲钢结构设计规范（EUR）等。

我国以日本规范为基础，综合了API、EUR及大连理工学院、同济大学两套计算结果，形成了我国《钢结构设计规范》（GBJ 17-88）第十章的有关平面圆管结构的设计条文。此后，同济大学、哈尔滨工业大学以及国内许多科研院校对钢管结构进行了更深入广泛的研究和总结，在新版的《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中增加了空间圆管节点的强度计算公式，增补了方矩形管结构平面管节点强度计算方法及有关的构造要求。

 钢管结构设计可分为两大种类。其中之一是IIW（国际焊接协会）的规范，它已被西欧各国、加拿大、澳大利亚等国所采用。IIW的规范附加了易于理解的说明－－CIDECT Design Guide，已经被翻译成英语、德语、法语、西班牙语、中文等多种语言，在国际上获得了广泛的认可。另一种是API（美国石油协会）及AWS（美国焊接学会）的规范。这些规范中，对于方（矩）形钢管的节点来说基本上是相同的，但是对于圆形钢管节点设计公式则与上述IIW有所不同。美国规范在其提出建议当初没有采用IIW和CIDECT等获得的研究成果。其中主要是因为美国规范是以海洋平台结构为其主要对象，而海洋平台结构与建筑结构相比在管件尺寸、径厚比范围、疲劳特性等方面有很大的差异。

近年来，随着我国钢铁产量的不断增长，钢结构以其自身的优势，在建筑中所占的比例越来越大，钢管结构也取得较大的突破。钢管结构中的管桁架结构以它独特的优势受到人们的青睐。管桁架整体性能好，扭转刚度大且外表美观，制作、安装、翻身、起吊都比较容易；由冷弯薄壁型钢制作的钢管屋架，具有结构轻、刚度好、节省钢材，并能充分发挥材料强度等优点，尤其是在由CD比控制的压杆及支撑系统中采用更为经济。目前采用这种结构的建筑物基本属于公共建筑，如美国匹兹堡新机场、英国伦敦第三国际机场丝丹期戴德航空港、日本关西国际机场候机楼大厅等。我国现已采用这种结构的建筑物有近50个，其跨度为50～90m。该结构具有造型美观（可建成平板形、圆拱形、任意曲线形）、制作安装方便、结构稳定性好、屋盖刚度大、经济效果好等特点。

建筑结构设计中选用钢管的规范、规程有：     

（1）钢结构设计规范 GBJ50017-2003；

（2）网架结构设计与施工规程 JCJ7－91；

（3）网壳结构设计规程  JCJ61-2003；

（4）钢-混凝土组合结构设计规程 DL/ 5058-1999；

（5）矩形钢管混凝土结构技术规程 CECS159-2004；

（6）钢管混凝土叠合柱结构技术规程 CECS188-2005；

（7）塔桅钢结构工程施工质量验收规程 CECS80-2006；

（8）钢管混凝土结构技术规程 DBJ13-51-2003；

（9）钢管结构技术规程  CECS -2008正在审批中；

（10）钢结构质量验收规范 GB 50205－2001；

（11）低合金高强度结构钢 GB/T 1591-2008

（12）上海市企业标准结构用双面埋弧直缝焊接钢管 Q/SVSD1-2009I

三.双面埋弧直缝焊管应用于钢管结构

3.1钢管结构的定义

所谓现代钢结构应用的钢管具有三条特征，大口径，大厚壁，高钢级。常见的钢管口径为&500mm-&1200mm,钢管的壁厚为20mm-50mm,钢管的材质为Q345BCD-Q690E。能具备这些参数条件的钢管品种中，用JCOE方式生产的双面埋弧直缝焊管产品具有得天独厚的优势，是主导产品，其它的钢管品种如无缝钢管，螺旋钢管，高频焊接钢管在钢管结构中作为辅助产品。特殊口径壁厚焊管，采用卷制钢管，大型水平液压数控三辊卷板机制造，口径可达&1600mm-&3000mm，壁厚可达90mm-110mm,材料屈服强度可达245Mpa-345Mpa.

3.2钢管结构应用领域和市场需求

3.2.1 超高层建筑钢管结构

目前亚洲{zg}塔超高层建筑钢管柱广州新电视塔（GZTV），广州新电视塔地上37层、地下3层，610m （塔身454米 +天线桅杆156米）。

1、柱、斜撑、环梁、楼面主梁、次梁、桁架、天线等构件主要采用Q345、Q345GJ和Q390GJ钢材，其质量标准应符合现行国家标准《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, 应保证材料的抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验、冲击韧性合格。当有厚度方向性能要求时，应符合《厚度方向性能钢板》（GB/T5313-85）的要求，对Q345GJ、Q390GJ建筑结构用钢板应保证碳当量Ceq和焊接裂纹敏感性指数Pcm。

2、钢材应满足《建筑抗震设计规范》（GB50011）的要求：钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值对Q345钢和Q345GJ钢不应大于0.83，对于Q390钢和Q390GJ钢不应大于0.85；钢材应具有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20％；钢材应具有良好的可焊性和合格的冲击韧性；同时应具有冷弯试验的合格保证。 

3、钢材冲击韧性要求：Q345、Q345GJ、Q390GJ均为C级钢，即0°时的冲击功不小于34J。

塔体主要钢管结构规格和钢材牌号     

                                                                       表1

3.2.2.大跨度空间钢管结构建筑（体育会展场馆，火车站台）

体育会展场馆 中国馆位于世博轴东侧，总建筑面积160126平方米，包括中国国家馆和地区馆两个单体工程。其中国家馆为中国馆核心，由4个钢筋混凝土核心筒和钢结构组成，钢结构从柱高33.3米居中升起，层叠出挑，呈拱斗型，成为凝聚中国元素、象征中国精神的雕塑感造型主体——东方之冠。16字设计理念体现了中国文化的深厚积淀:“东方之冠，鼎盛中华，天下粮仓，富庶百姓”。地区馆水平展开，以舒展的平台基座的形态映衬国家馆，成为开放、柔性、亲民、层次丰富的城市广场。

上海世博会中国馆建筑钢结构总重22000吨，主要钢管结构规格，总量4000吨 Q345B，双面埋弧直缝焊管2800吨，750*35 mm，厚壁无缝钢管1200吨450*42 mm，406*35 mm，299*25 mm ，245*20 mm。用750*35 mm的钢管，每支长30-35m，9支一根柱子，4根柱子支撑起近万吨的东方之冠。

火车站台 建设（规划）中的高速铁路网，已进入快速发展时期，近6年建成高速铁路3万多公里，今明两年还将开工建设2万公里，到2012年总里程达到11万公里，基本建成以“四纵四横”为骨架的全国快速客运网。大约近200个火车站台要重新建造，估计需求钢管300万吨。

                                                                  表2

3.2.3. 特高压输电线路钢管铁塔

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，国家将重点发展特高压输电线路，据介绍，日本、韩国等国在特高压和超高压线路中大量采用钢管塔。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。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。为了使输电塔建造经济、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。我国750千伏输电塔，尝试采用了Q420高强度钢材，塔重降低了15%，取得了较大的经济效益。

建设特高压电网采用钢管塔，钢管塔比角钢塔节省20%左右的钢材。国内首条商用1000千伏特高压交流电网”淮南-上海”工程采用双回路设计，该塔全高93.6米，呼高48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20万吨。其中&89-&406,近10万吨，&426-&965，近10万吨，壁厚{zd0}为22mm，牌号Q345B--Q460B。我国计划在2009年和2012年特高压电网投资将达到830亿元。

目前，国家电网在建的特高压输电线路有两条，其中“四川向家坝-上海奉贤”的±800千伏直流示范工程已全线开工，计划2010年建成，另有一条“四川锦屏-江苏苏南”的±800千伏直流示范工程尚未开工，计划2012年建成。南方电网有一条特高压线路正在建设中，是云南-广东的±800千伏直流示范工程，线路全长1300公里。

一条特高压输电线路用钢管的量，相当于一条西气东输工程的用管量。

特高压输电线路钢管铁塔：

3.2.4  风力发电机塔筒

国家计划用１０多年时间，在甘肃、内蒙古、河北和江苏建成４个上千万千瓦级的风电场。因为这些风电场的装机容量与三峡水电工程相差无几，这４个省区被称为“风电三峡”，已核准的三个风电项目，河北华电沽源风电场项目和江苏如东二期风电特许权项目扩建项目和甘肃酒泉风电基地建设，均将建设６７台１５００千瓦风电机组。到2020年，风电建设规模有望超过1亿千瓦

到2009年底，全国有22个省区市共建成风电场239个，安装风电机组11638台，总装机容量1217万千瓦。2009年，全国新增风电装机614万千瓦，当年风电上网电量148亿千瓦时，按照每户每年用电量1500千瓦时计算，可基本满足1000万户城市居民一年的生活用电需求。

目前，美国、德国和西班牙位列世界风电累计装机前3名，中国从2007年的第5名升至2008年的第4名，占据10%的市场份额。

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、机组自重及由机组重心偏移引起的偏心力矩等，塔架呈圆锥台型，底圆直径3.5米，高度（地面以上部分）为70米，共分三段，每段之间采用法兰连接，所有材质均为Q345D，塔身{zd0}板厚32mm，法兰毛坯焊件板厚{zd0}为100mm，塔筒自重在100t-120t左右，从2006年-2008年共用钢管150万吨。塔架顶部机组重25吨，设计生存风速50m/s，使用年限大于20年。该产品对焊接质量要求极为严格，所有焊缝要求{zd1}为Ⅱ级，且大多为{bfb}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{zd0}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116吨，基础环8.89吨。塔筒设计为渐变型，{zd0}直径4米，最小直径2.696米。塔筒形式为截头圆锥体，塔高64.7米。最短一段为18.86米，最长一段为24.33米。

3.2.5.桥梁重型钢管结构

港珠澳大桥是一座连接香港、珠海和澳门的巨大桥梁，大桥跨越珠江口伶仃洋海域，相比目前世界上最长跨海大桥杭州湾跨海大桥全长36公里，港珠澳大桥仅主体工程跨海总长便达到约35公里，其中海底隧道长约6.75公里、桥梁长约29公里，实现桥隧转换的海中人工岛两座，“三地三检”口岸分别设置于各自行政区域内近岸的三个人工岛上。其以公路桥的形式连接香港、珠海和澳门，整个大桥将按6车道高速公路标准建设，设计行车时速每小时100公里，建成通车后，开车从香港到珠海的时间将由目前的3个多小时缩减为半个多小时。计划中长达29公里的大桥估计耗资20亿美元，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，建成后将成为世界最长的大桥。

日本明石海峡大桥用钢量：30万吨，这座目前世界上主跨最长的悬桥(全长3911米，主跨长1991米)，世界上最长的双层桥，将日本的本州、九州、北海道和四国岛连在了一起。该桥可承受里氏8.5级的强烈地震和80米/秒的暴风。

3.2.6.海上重工用钢管结构

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，8000吨全回转单臂浮吊船，全长241米，宽50米，型深20.4米，相当于一个足球场的面积；总吨64110吨，起重吊梁高98.1米，{zd0}起重能力8000吨。顶点{zg}达150米，相当于40多层楼高，{zg}起重

高度可达130米；整个浮吊船同时能容纳300人食宿作业，并设有直升机停机坪，自航速度亦达到了11节.

起重吊臂采用钢管口径牌号 850*30 650*24  550*20   Q690E   一条8000吨浮吊船用钢管4000吨左右。

我国海上重工xx企业近10多家，平均每年消耗重型钢管不xx统计达100多万吨。

材料采用宝钢产焊接结构用高强度厚钢板Q/BQB 613－2004.其技术指标见下表：

                                                                           表3

                                                                           表4

物理性能                                                                   表5

低温冲击                                                                  表6

四.结束语