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钢管在钢结构中的应用及前景

参考中国报告网发布《2017-2022年中国钢管行业运营现状及十三五运行态势预测报告

        1 概述

        钢结构具有重量轻、强度高、抗震性能好、节能环保、能循环使用的建筑材料,符合发展节能建筑的趋势和经济持续健康发展的要求。目前我国钢结构用钢量仅占钢产量的6%-7%,远低于发达国家30%-40%的水平,尤其在量大面广的住宅建筑和中小跨度桥梁中的应用比例不到1%,因此钢结构在我国发展空间巨大。“十三五”规划中,我国钢结构行业产量目标是力争达到1亿吨,其中钢管在钢结构中的占比预计达到10%-12%。近年来,钢管(无缝管、焊接管、方矩管等)结构凭借自身优越的结构性能与极具魅力的建筑外形,其应用范围得到飞速发展,几乎涉及所有钢结构领域,民用建筑(如住宅、学校、商店、机场航站楼、火车站、大型展览馆、体育馆场、大会堂、纪念馆等)、工业建筑(工业厂房及辅助、动力、仓储等厂房)、桥梁、堤坝、海洋平台、特高压输电工程和塔桅等均已大量使用钢管结构。钢管结构的优点是能将人们对建筑物的功能要求、感观要求和经济效益要求完美地结合在一起。

        2 钢结构用钢管的优势

        1)相比于普通开口截面形式的型钢而言,钢管(方形、矩形)截面具有表面平整、无死角和外表面积小等特点,这样不仅有利于节省防腐和防火涂料,而且便于除尘;

        2)钢管截面的阻力系数小,因此,当应用于流体(如风、水流)环境中时有着显著的优点;

        3)截面都具有双轴对称、形心和剪心重合等特点;截面惯性矩对各轴相同,作为受弯和受压结构优势突出;截面闭合,抗扭刚度大、局部稳定好,外观简洁、平滑,节省结构用钢材;

        4)管内能够传输液体,目前已根据该特点开发了输油管桥、排雨水管等;

        5)管内还可以放预应力钢丝绳,施加体内预应力;

        6)钢管结构的内部空间可利用。例如填充混凝土,不仅能提高构件的承载力,而且还能延长构件的耐火极限;管内注水,可利用内部水循环进行防火;

        7)还具有重量轻、强度高、抗震抗灾性能好、.节能环保、能循环使用等优点;

        另外,钢结构用钢管钢强度级别在各个应用技术规程里均有规定,一般分Q235、Q345、Q390、Q420四级,均满足《钢结构设计规范》(GB50017)等相关标准的要求。具体而言,承重结构的管材具有抗拉强度、伸长率、屈服强度的保证;焊接结构具有碳含量的合格保证;焊接承重结构和重要的非焊接承重结构还具有冷弯试验的合格保证。设计者根据钢管在结构中的功能和重要性选用各类钢管,包括无缝钢管、直缝焊接管、螺旋焊接管、冷弯方矩管、双焊缝冷弯方矩钢管、低压流体输送用焊接钢管等。遇到设计中采用大直径、厚壁钢管时,一般由钢结构加工厂专门制作,各类结构也规定了最小截面尺寸和技术要求。

        3 钢结构用管现状

        2015年,我国钢结构行业用钢量为5000万吨,比2014年增加400万吨,同比增长8.7%,钢结构用钢比重约占钢材产量不足1%,而发达国家建筑结构用钢比重约占钢材产量的10%以上,美国、日本等国家这一数字高达30%左右。

        根据中国钢结构协会初步统计,目前我国钢结构用钢管消耗量约占钢结构的10%,远低于日本、美国和欧洲占比。按2015年5000万吨钢结构产量推算,钢结构用管约500万吨,这表明钢结构用管在我国有着较大的发展空间。我国“十二五”期间钢结构用管变化情况见图表。
2011-2015年钢结构行业用钢量


        另据相关行业调研,目前钢结构消耗钢材品种主要是板材、热轧H型、钢管、冷弯型钢等,占比情况见图1。从钢材强度级别看主要为Q235、Q345、Q390、Q420和Q460,消耗占比情况见图2。

        从图2中不难看出,中国钢结构使用Q235和Q345强度级别钢种的比例偏高,合计占比达到90%以上。不过,目前大型工程及超高层建筑中已开始广泛使用Q420和Q460级别的钢材,占比不断提升。

        目前使用的钢管结构可按截面形状、结构形式和制造工艺进行分类,见表2。钢管结构在钢结构的应用领域十分广泛,详见图表。

 

        4 钢结构用管市场分析

        在钢结构工程中主要的应用领域包括:重型高层钢结构、大跨度空间钢结构、轻钢结构、钢混凝土组合结构和钢结构住宅等。主要钢材品种应用如表4所示。

        有资料显示,最近五年,美国结构管材的消耗量每年以5%-10%的速度增长。日本是一个地震多发国家,建筑业采用H型钢结构比较多,所以H型钢的产量占型钢总产量的50%-60%。近几年日本也在大力开发和应用钢管结构,且呈现规格大型化、断面复杂化的趋势,现已生产边长700mm、壁厚16-32mm的大型结构钢管,用于建筑结构柱。在我国,钢结构用方矩管的发展空间很大。发达国家H型钢与方矩管的产量比例为1:1,而我国这一比例为10:1。

        2015年,我国装配式建筑占新建筑的比例为2%-3%。而按照2016年国家公布的《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》要求,未来10年,这一比例要提高到30%,装配式建筑正在悄然兴起。未来10年内,中国装配式建筑市场前景广阔,钢结构产业也将迎来新的发展契机,钢结构的发展必将拉动钢管需求。

        中国桥梁数量庞大,目前我国公路桥梁总数约80万座,铁路桥梁总数超过20万座。然而,我国钢结构桥梁占桥梁总数的比重为10%左右,而钢结构桥梁在日本占到41%,美国占到33%。因此,我国钢结构桥梁的发展前景广阔。

        虽然中国钢结构产业在近十几年的发展较快,在超高层、大跨度空间钢结构、工业厂房等领域的应用非常广泛,占全部钢结构建筑的比重超过75%,但与发达国家的差距仍然明显,有资料显示,发达国家的钢结构住宅占住宅总数的40%左右,而中国约5%左右。

        2014年出台的《国家新型城镇化规划(2014-2020)》明确提出,城镇绿色新增建筑占新建建筑的比例要从2012年的2%提高到2020年的50%。

        “十二五”期间,我国钢结构用钢量占钢产量的比例为6%-7%,远低于发达国家20%-30%的水平。因此,在我国发展钢结构产业空间巨大。“十三五”期间,我国结构用管也将随着钢结构用量的增加而增加。
 
        5 “十三五”钢结构用管预测

        未来我国钢结构的发展、应用领域会不断扩大,钢管结构应用也会不断增加。中国钢结构协会提出了钢结构行业“十三五”规划建议及“钢结构2025”规划要点,这些规划中指出,钢结构行业“十三五”整体发展规划目标是:2020年,全国钢结构用量比2014年翻一番,达到8000万吨-1亿吨,占粗钢产量的比例超过10%;钢结构出口量比2014年翻两番,达到1000万吨,占钢结构总量的10%以上;钢结构用钢材从目前的“Q345+Q235”级别为主,过渡到“Q345+Q390”级别为主;钢结构设计、施工、检测和监测等关键技术总体上达到国际先进水平。在钢结构行业“十三五”整体发展规划中,重点发展的领域涉及建筑钢结构、桥梁钢结构、能源钢结构、军工钢结构等。其中,建筑钢结构用钢量占全国建筑用钢量的比例将从2014年的约10%增加到15%-20%。

        钢管行业“十三五”规划指导意见也提出,钢结构用管力争在钢结构用钢量中的比例达到10%-12%,这将意味着,“十三五”末钢结构用管量将达到1000-1200万吨/年。

        另外,不锈钢管在钢结构领域的应用不断增加,据相关资料显示,美国不锈钢管材的使用,开始于20世纪60年代,盛行于90年代。美国环保署(EPA)对水管材料选择做出硬性规定,管材的选择必须满足高水质、低维护、长寿命的要求。美国政府根据1996年净水法制定的国家标准/国家卫生基金国际标准ANSI/NSF61-1997a明确规定:用于饮用水的金属管道,只允许使用不锈钢和球墨铸铁管;城市自来水供水管网,凡干线管改造,一律选用不锈钢管和球墨铸铁;进入高楼的供水管,首选不锈钢水管。未来我国的发展也将向这些标准靠拢,这将对我国相关行业产生影响。我国目前建筑用不锈钢管主要消费品种有:201、304、316、430、439等,主要直径为16-80mm的钢管以及配套紧固件、水暖件等。


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