高层建筑结构用钢浅析
2008年第1期 梅山科技 45
高层建筑结构用钢浅析
韩孝永
(梅山钢铁公司技术中心 南京 210039)
摘 要:介绍了在高层建筑中使用钢结构的优点, 对高层建筑用钢的高强度、高韧性、优良的可焊性、低屈强比、抗层状撕裂能力及耐火性能作了分析, 并介绍了具体生产与应用的实例。 关键词:高层建筑; 钢结构; 低屈强比; 抗层状撕裂能力; 高强度; 高韧性
Brief Analysis on High Rise Bu ilding Structure Steel
H an X iaoy ong
(T echnolo gy Center of M eishan Iro n &Steel Co. , Nanjing 210039)
Key words:hig h rise building; steel str ucture; lo w y ield ratio; resistance to lamination crack; high streng th; hig h toug hness 自20世纪50年代从欧洲兴起钢结构建筑以来, 因其具有优越的抗震性、绿色环保、施工效率高、空间利用率高等多方面的特殊优势, 现已成为世界各国建筑结构的发展方向。
在我国, 随着国民经济的飞速发展, 促进了高层建筑业的不断进步, 近20年来, 我国的高层建筑不仅在结构和造型上不断变化, 而且在材料上也突破了钢筋混凝土材料的限制, 建造了一栋栋以钢骨架为主的高层、超高层大厦。这些高层、超高层建筑物, 对节约城市用地、减少市政基础设施的投入、增加城市现代化氛围、丰富城市空间层次、创造更优美的城市环境起到了重要作用, 同时也促进了我国高层钢结构建筑设计、制作、安装和施工水平的进一步提高。
一般认为, 10层及10层以上的住宅和高度 24m 的其他建筑为高层建筑, 100m 及其以上的高层建筑称之为超高层建筑。在高层建筑中使用钢结构时有如下优点:
(1) 可以减轻结构质量20%以上, 从而降低结构设计内力、地基处理要求和施工费用;
(2) 可以增加有效使用面积4%以上, 对同样跨度可降低建筑高度, 因而可以降低工程总造价; (3) 可以大大提高施工进度, 从而缩短工期和还贷时间, 少付贷款利息, 降低成本;
, 使用, 有利于环保;
(5) 在钢结构厂进行加工制作, 能确保精度和质量, 更符合结构设计的要求。1 高层建筑用钢的性能要求
高层建筑结构的受力情况复杂, 要求具有安全可靠性高、使用寿命长、抗震性能好等特点, 因此, 对于高层建筑用钢, 除了具备一般工程结构对钢材要求的高强度、高韧性、可成型性和可焊性以外, 还要求具有低屈强比、高抗层状撕裂能力和耐火性能等。
1. 1 高强度
施工过程中, 各种建筑结构尺寸的大小, 应根据其最大承载应力和所使用结构材料的最小屈服强度来确定。提高钢板的屈服强度, 可以减小结构的厚度和质量, 从而降低建造成本, 并可提高结构的综合性能、安全可靠性、建筑物的有效利用空间及建筑的性价比。另外, 结构减重的程度还取决于载荷对结构施加应力的方式, 虽然高强度钢价格高于普通钢, 但是由于结构减薄减重, 对钢材的用量明显减少, 材料总成本还是有所降低。1. 2 高韧性
为保证结构整体的安全可靠性, 对结构材料除了要求承载能力的特征值, 高的屈服强度以外,
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0. 015%, 同时采取提锰降碳措施, 并提倡对钢板进行铌、钒、钛微合金化处理。1. 6 耐火性能
对于建筑结构用耐火钢, 在600#的温度下, 要求高温屈服强度不低于室温标准值的2/3, 并保持屈强比
自1996年以来, 舞钢先后承接了大连云山大厦、北京中银大厦、厦门国际会展中心、国家大剧院、上海文献大厦等高层建筑结构用钢板的供货, 开创了高层建筑结构用钢板国产化的先河, 其实物质量达到或超过了同类进口产品。目前舞钢可以按照国内、国外不同标准, 生产屈服强度在195~460M Pa 的众多牌号的高层建筑结构用钢板, 产品规格范围广, 可以生产厚度8~300mm 、宽度1100~3900mm 、长度3000~27000m m 、最大单件质量达27t 的宽厚钢板。生产的部分牌号见表1[1]。2. 1 主要技术措施
舞钢公司对高层建筑结构用钢的生产实行%精料、精炼、精轧、精整&的方针, 严格按质量计划和内控质量标准控制生产中的各个环节, 确保高层建筑结构用钢的质量。高层建筑结构用钢的生产工艺流程如下:
钢水冶炼∋LF 炉外精炼∋VD 真空处理∋连铸(或模铸) ∋加热∋控轧∋ACC 控冷∋探伤∋(正火) ∋精整∋性能检验∋入库
2. 1. 1 成分设计 根据钢级、厚度规格、交货状态等的不同, 在进行成分设计时, 严格控制C 、Mn 元素的含量范围、加入适量的Nb 、V 、Ti 等微量元素, 以降低碳当量、减轻板厚效应对性能的影响、减小屈服强度波动范围。
际结构材料中, 微裂纹等各种缺陷是不可避免的, 因此要求材料在裂纹开始扩展之前要具有足够的塑性变形能力, 不允许产生脆性断裂现象。YB 4104-2004! 高层建筑结构用钢板∀标准中每个牌
号都分为3个质量等级, C 、D 、E 级分别对应0#、-20#、-40#冲击试验温度, 供不同建筑结构选用。
1. 3 优良的可焊性
高层建筑结构用钢板要具有良好的焊接性能, 做到焊前不需预热, 焊后不需热处理, 以便于现场施焊, 从而降低劳动强度、提高劳动效率, 为此, ! 高层建筑结构用钢板∀标准对钢板的焊接碳当量和焊接裂纹敏感性指标作了要求, 其中屈服点345MPa 级钢板热轧和正火状态下的焊接碳当量规定为:厚度∃50mm 时, ∃0. 42%; 厚度>50mm 时, ∃0. 44%, 严于日本标准, 确保了钢板具有优良的焊接性。
1. 4 低屈强比
高层建筑结构用钢要能够抵御地震力的破坏, 即要能防震和抗震, 为此就要使钢板在具有足够强度的同时, 还要具有较低的屈强比。低的屈强比可使材料具有良好的冷变形能力和较高的塑性变形能力, 吸收较多的地震能量, 即使局部超载失稳也不至于发生突然断裂, 从而提高了建筑物的抗震能力。国外460M Pa 级的抗震建筑钢, 屈强比规定为∃0. 80或∃0. 85, 为此, YB 4104-2004! 高层建筑结构用钢板∀标准对钢板的屈强比也规定∃0. 80。
1. 5 抗层状撕裂能力
高层钢结构在梁柱连接和箱形柱角部焊缝等处, 由于局部构造, 形成高约束, 焊接时容易引起沿板厚方向的层状撕裂, 因此, 此类钢板必须要具有一定级别的厚度方向性能。! 高层建筑结构用钢板∀标准对各强度级别均分为Z 向和非Z 向钢, Z 向钢又分为Z15、Z25、Z353个等级。 为了提高钢板的综合性能, 保证建筑结构的需要, ! 高层建筑结构用钢板∀标准对钢的纯净性作了严格要求, 大大降低了有害元素P 、S 的含量, 对于Z 向钢板, 规定[P]∃0. 020%, [S]符合GB/T 5313-2000! 厚度方向性能钢板∀标准的规定; 对于非Z 向钢板, 规定[P]∃0. 025%, [S]∃
韩孝永 高层建筑结构用钢浅析表1 舞钢高层建筑结构用钢
用 途 大连云山大厦北京中银大厦上海信息枢纽大厦厦门国际会展中心广州奥林匹克体育大厦广州体育中心广州白云机场芜湖体育馆
上海新国际博览中心长春体育公园国家大剧院上海世贸大厦上海万向广场上海文献大厦北京中关村金融中心深圳会展中心北京电视中心
牌 号
Q345B 、Q 345/Z 25A572Gr 50
SM 490B 、SM 490B/Z25SM 490B 、SM 490B/Z25Q345B/Z25Q345B 、Q 345B/Z15Q345B 、Q 345B/Z15Q345C 、Q 345C/Z 15Q345B/Z15Q345D 、Q345D/Z25
Q345D 、Q345D/Z25、Q 345D/Z35Q345C 、Q 345C/Z 15Q345B 、Q 345B/Z15
Q345B 、Q 345B/Z15、Q345B/Z25、Q345GJZ25C 、Q 345G JZ35C Q345GJC 、Q 345G JZ 15C Q345B 、Q 345B/Z15Q345B 、Q 345B/Z15、Q345GJC 、Q 345G JZ 15C
技术条件
G B/T 1591 2004附加特殊要求A 572/A572M 附加特殊要求JISG3106附加特殊要求JISG3106附加特殊要求G B/T 1591 2004附加特殊要求G B/T 1591 2004附加特殊要求G B/T 1591 2004附加特殊要求G B/T 1591 2004附加特殊要求G B/T 1591 2004附加特殊要求G B/T 1591 2004附加特殊要求G B/T 1591 2004G B/T 1591 2004
G B/T 1591 2004附加特殊要求G B/T 1591 2004、Y B4104 2004Y B4104 2004G B/T 1591 2004
G B/T 1591 2004、Y B4104 2004
47
t
供货量[***********][***********][***********][**************]50
2. 1. 2 冶炼
冶炼前对废钢等原料进行精选, 以减少带入钢中的外来夹杂物、气体及残余元素含量。在电
炉冶炼熔化期加强造渣、流渣, 通过偏心底出钢避渣操作等措施将[P]控制在0. 015%以下。在LF 炉外精炼过程中, 加强造白渣, 加强吹Ar 气促进钢水与渣的混合搅拌, 经VD 炉处理, 将[S]控制在0. 005%以下, 同时进行Ca 处理, 以改善夹杂物的形态。
2. 1. 3 轧制
通过控制轧制和控制冷却, 可以细化晶粒, 提高钢板的韧性, 并获得期望的强度和屈强比等综合性能。轧机配有激光测厚仪和AGC 厚度自动控制系统, 可以精确控制厚度公差和板形, 厚度公差可以控制在-0. 3~+0. 5mm, 钢板的不平度可控制在3mm /m 以下。
2. 1. 4 正火
正火钢板组织比较均匀, 晶粒进一步细化, 冲击韧性大幅度提高。通过正火, 能够得到强度、塑性、韧性的最佳匹配。2. 对舞钢生产的板厚65m m 、正火状态的Q345GJD 钢板取样, 进行夹杂物、晶粒度、组织检验, 结果见表2。表明钢质较为纯净, 夹杂物含量较低, 晶粒比较细小。
表2 金相检验
夹杂物
A 类0
B 类1. 5
C 类0
D 类1. 0
晶粒度9. 5级
组织F +P
2. 3 耐火性能
舞钢研制的建筑结构用耐火钢, 力学性能结果主要如下:
在600#的温度下, 高温屈服强度在230MPa 以上, 满足了耐火钢规定的高温屈服强度大于等于室温标准值的2/3以上的要求; 具有较低的屈强比, 一般为0. 65~0. 75; 厚度方向断面收缩率一般为55%~75%, 远高于Z35的技术要求; 横向夏比V 型缺口冲击性能良好, 20#冲击功在180J 以上, 0#冲击功在120J 以上, -20#冲击功在90J 以上, 见表3。
(
58
Dim w r kBook A s Workbo ok Dim w r kSheet A s W orksheet
梅山科技 2008年第1期
Set w rkApp =Nothing
运行VB 程序, 点击%生成报表&按钮可以打开EXCEL 系统。打开EXCEL 系统后, VB 程序和EXCEL 分别属2个不同的应用系统, 均可同时进行操作。
5 结 语
利用VB 对EXCEL 对象的直接编程控制, 实现数据库数据到EXCEL 的数据填充, 找到了一种通用的数据库报表设计方法, 这种报表设计方法既能灵活地满足用户对报表格式和功能的要求, 大大降低了编程人员在设计报表时对报表格式和功能的编程控制难度, 又增强了报表设计的灵活性和通用性。
参 考 文 献
[1]Paul N ielson. M icro so ft SQL Server 2000宝典. 刘瑞, 陈微等译. 北京:中国铁道出版社, 2004.
Set w rkBook =w rkA pp. Wor kbooks. Open ("2号高炉日报表模板. x ls")
Set w rkSheet =w rkBoo k. Sheets(" 上料日报")
w rkSheet. Activ ate
(用从数据库中检索数据的数据填充Ex cel 单元格
While N ot Ado_Sql_RecordSet.EOF() For i =1T o intFldCnt –1
w rkSheet. Cells (intRo w, intCol +i-1) =Ado_Sql_RecordSet.Fields(i) Nex t i
Ado_Sql_RecordSet.Mo veNex t intRow =intRo w+1 Wend
(显示并另存为一个新的EXCEL 文件 w rkApp. Visible =Tr ue
w rkBook. SaveAs "2号高炉日报表" +日期字符串+". x ls"
(编辑:马 艳)
(上接第47页)
表3耐火钢性能
规格屈服强度 抗拉强度 mm M Pa M P a [***********]
395
575
延伸率
%3028
27
屈强比0. 680. 690. 69
600#屈强M Pa 230260260
-20#V 型冲击功
J
[***********]84
165
172
面缩率
%[1**********]860
63
58
3 结 语
为有效利用有限的土地资源, 在我国的城市建设中, 建筑物不断向高层化和超高层化发展, 为
了提高建筑物的有效使用面积, 增加建筑物的抗震能力, 在设计施工过程中, 钢结构得到了普遍采用, 大跨度钢结构的建筑也在不断增加, 因此, 对建筑中使用的钢材要求也越来越高, 对钢材的高强度、高韧性、窄屈服点、低屈强比、抗层状撕裂能力、焊接性及耐火性等提出了更高要求。可以预计, 在未来建筑业的发展中, 高层建筑结构用钢的
重要性, 将越来越被人们所重视, 开发高性能的建筑用钢, 满足日新月异发展的建筑业的需求, 是我国钢铁材料开发中一项十分迫切的任务。
参 考 文 献
[1]韦 明, 李玉谦 舞钢高层建筑结构用钢板的开发 钢结构, 2004, 19(4) :59 61
(编辑:夏 敏)