螺旋焊管在超高层结构中的应用分析--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

螺旋焊管在超高层结构中的应用分析

发表时间：2021/7/23 来源：《建筑科技》2021年8月中作者：唐梦河林劲志张鹏

[导读] 随着社会的不断发展，诸多大空间、大跨度，超高层建筑不断涌现，并带动了钢结构行业的发展，为钢结构行业创造了难得的发展机遇。

中建八局钢结构工程公司唐梦河林劲志张鹏广东广州 510663

摘要：随着社会的不断发展，诸多大空间、大跨度，超高层建筑不断涌现，并带动了钢结构行业的发展，为钢结构行业创造了难得的发展机遇。
本文通过对钢管结构中的螺旋焊管在超高层建筑结构中的应用状态分析及对螺旋焊管和直缝焊管在受力状态下的优劣及市场经济效益分析，阐述螺旋焊管在超高层建筑结构应用中的优越性。
关键词：螺旋焊管、超高层、螺旋线、建筑
        前言
        随着社会的不断发展，诸多大空间、大跨度，超高层建筑不断涌现，并带动了钢结构行业的发展，为钢结构行业创造了难得的发展机遇。
        钢管构件因其自身圆形结构，在其受压、受扭以及多方向受弯情况下能表现出卓越的结构性能，同时又能兼顾建筑物的功能要求、感官要求以及经济效益要求的完美结合，正是因为以上诸多优点，钢管构件在建筑结构中得到了较广泛的应用。
        1 工程概况
        本工程位于深圳市罗湖区南邻布心路，北邻太白路，东邻东昌路。用地面积16043.79平米，总建筑面积约25.49万平米，其中塔楼地上62层，建筑高度303.15米，裙楼地上5层，建筑高度32.2米。工程为钢管混凝土柱-钢筋混泥土核心筒框架结构见下图1，图2，主楼外框钢柱及核心筒劲性钢柱均采用螺旋焊管，塔楼外框钢柱截面从φ180036mm至φ120020mm，标准层一层16根外框螺旋焊管钢柱，核心筒钢柱截面有φ60025mm，φ40020mm和φ30012mm。

         2 螺旋焊管的发展历程
        国内外螺旋埋弧焊管发展于l9世纪，美国首先发明了螺旋缝埋弧焊管的加工方法，且焊管的成型与焊接可以同时进行并能连续生产。1955年在美国、西德出现了螺旋缝焊机组，但都是采用单面焊接。钢管耐压能力较低；1960年各国开始大量生产双面埋弧焊的螺旋缝焊管，其质量和耐压力都大为提高。1967年美国石油协会发布了适用于螺旋焊管的API5LS标准。1984年美国石油协会将螺旋焊管、无缝钢管及直缝焊管的标准统一为同一标准。
        我国第一条螺旋缝焊管生产线始建于1959年。生产设备由前苏联引进，生产的产品钢级较低，质量水平一般。大部分用于低压管道。改革开放以来，由于我国石油工业的发展及西部油气资源的开发推动了油气长输管线的建设。2000年以来“西气东输”工程推动了我国螺旋焊管技术的进步发展。国内主干线所需螺旋焊管全部实现了国产化，同时螺旋焊管的应用不只局限于石油输送管道，在高层及超过层建筑结构中也逐渐应用。
        3 钢管的种类分析
        目前国内钢管主要分为无缝钢管、直缝钢管和螺旋焊管，这三种钢管在工程领域均有应用，不同种类的钢管其经济效益及结构特性要求均有不同。
        3.1 无缝钢管
       其管壁厚度可以较厚但是钢管直径却较小，由于管径受限制，无缝钢管的应用也受到一定限制，同时无缝钢管生产成本较高，直径越大无缝钢管的生产成本就相对越高大量用于建筑结构不经济。
        3.2 直缝焊管
        直缝焊管是用热轧或冷轧钢板或钢带卷焊制成的钢管在焊接设备上进行直缝焊接得到的钢管。焊管在静态条件下焊接，钢管的直焊缝质量较高，直焊缝相对螺旋管的螺旋焊缝长度较短，直焊缝在施焊过程产生缺陷的概率小。直缝管生产成本相对无缝钢管低，但是相对螺旋焊管确又略高一点，在建筑结构、桥梁结构、大型钢平台等结构中也有较多应用。
        3.3 螺旋焊管
        螺旋焊管是通过热轧钢板切割相应尺寸后进行卷制，同时采用螺旋埋弧焊的方法加工而成，螺旋焊管焊缝呈螺旋线分布，螺旋焊缝较长且焊管的焊缝与管道轴线方向有一定的角度，通常在40°～55°这使焊缝能有效的与最大横向应力方向错开。对螺旋缝上的单点缺陷而言，其危险性较直焊缝的小。螺旋焊管在生产工艺方面也存在较多的优越性。例如可以用同一宽度的钢板生产不同直径的钢管且加工设备也易于调整，可批量生产多种管径的钢管。生产过程可连续，易于实现机械化、自动化。同时螺旋焊管设备一次性投资费用相对直缝管低，直缝管机组的投资可比螺旋焊管机组高数倍，直缝焊管一般采用宽厚中板为原料，而中板由于生产效率较低，成本也比卷板高，因此直缝焊管价格要高于同规格、同钢级的螺旋埋弧焊管。因此在建筑结构和钢平台，输送管道等大型工程特别是用钢量较大的情况下，采用螺旋焊管的经济效益就尤为明显，制造工艺见下图3。

        4 国内螺旋焊管的发展现状
       90年代国内螺旋焊管产品主要用于油气储运、引水供水、桩基，建筑结构与桥梁结构的应用都还相对较少且螺旋焊管的壁厚相对较薄。2000年后国内加大了钢结构的研究与开发应用，螺旋焊管也得到了飞速发展，螺旋焊管也随着焊接设备及卷制设备的升级和钢材性能的提高，焊管壁厚达到了40mm，进而扩大了螺旋焊管的应用领域，螺旋焊管也逐渐应用于高层建筑及超高层建筑。而无缝钢管受尺寸的限制在建筑结构和桥梁结构的应用也很有局限性，因而在建筑和桥梁领域主要还是采用直缝管和螺旋焊管，但是各国对直缝管和螺旋焊管的使用意见并不统一。美国、日本在主干线上基本采用直缝焊管，俄罗斯主要采用螺旋焊管。1997年我国石油管材研究所和石油规设计总院共同对国产螺旋焊管和进口直缝焊管进行了系统的对比。结论是：经过严格质量控制的国产螺旋焊管可以用于油气输送主干线及其他领域。
        5 螺旋焊管在超高层建筑结构中的应用
        90年代我国的螺旋焊管壁厚都相对较薄通常在3mm~12mm，螺旋焊管的应用主要还是停留在流体输送和燃气输送方面。2000年后我国加大了钢结构的研究与开发应用，螺旋焊管也得到了飞速发展，螺旋焊管也随着焊接设备及卷制设备的升级和钢材性能的提高，焊管壁厚达到了40mm，进而扩大了螺旋焊管的应用领域，螺旋焊管应用于高层建筑及超高层建筑也纷纷涌现。
螺旋焊管钢柱因其焊缝为螺旋状，钢管内部的混泥土在浇筑后释放大量热能及混凝土自身的热胀冷缩使的钢管管壁垂直方向承受较大应力，而螺旋焊缝钢柱的焊缝是沿着柱壁呈螺旋状并与柱壁垂直方向传导来的应力存在40°~70°夹角，从而有效的分解了柱内垂直方向应力对柱壁焊缝的影响，而采用直缝焊管管柱就没有这样的优势，由于直缝焊管柱的焊缝沿柱壁呈直线型正好和混泥土热胀冷缩产生的横向应力垂直，从而使直焊缝位置产生较大应力，因而容易导致直焊缝位置产生裂纹，不利于钢柱的安全。
        本工程主楼外框钢管柱均采用螺旋焊管，螺旋焊管的直径从φ1200mm～φ1800mm，钢管壁厚从20mm～36mm；负4层至26层钢管柱安装完成后在其焊管内部浇灌C70自密实混泥土，27层以上浇灌C60自密实混凝土；自密实混泥土在浇灌完成后释放出大量热能，钢柱内表面此时受到较大的横向应力作用，而此时的横向应力在螺旋缝位置又被有效的分解传导到钢柱表面各个位置有效的避免了应力过渡集中。

        6 结束语
        因钢管结构在建筑领域有以下优点：1）季节因素对施工影响不大，采用钢管结构能较大程度的节约施工时间提高生产效率。2)减少环境污染和建筑垃圾，增大室内空间使用面积。3)钢结构材料可重复利用，可拉动其他新型行业的发展。4）抗震性能好，使用中易于改造，灵活方便给人带来舒适感等。5）钢结构相对砼结构强度高、自重轻，结构安全富裕度高，符合国家可持续发展战略，绿色、低碳、环保、节能等要求，势必成为国家未来重点支持的产业。
        本文通过对钢管结构中的螺旋焊管在超高层建筑结构中的应用状态分析及对螺旋焊管和直缝焊管在受力状态下的优劣与市场经济效益的分析，阐述本工程采用螺旋焊管做为钢管混凝土柱-钢筋混泥土核心筒框架结构体系中有较大优越性。
参考文献：
[1]王晓香．我国油气长输管线用焊接钢管生产技术的发展与展望[J].钢管.2004.6
[2]冯耀荣．管道钢及管道的研究进展与发展方向[J].石油规划设计.2005.9
[3]杨伟芳.高性能油气输送用的螺旋缝埋弧焊钢管生产技术[J].钢管，2012.4
[4]孙志刚.螺旋缝埋弧焊钢管智能制造发展与展望[J].钢管，2020.4