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      也談高強(qiáng)特厚鋼板的應(yīng)用
      
                                  
                    
      作者：蔡益燕    					
      
					時(shí)間：2009-12-22 20:25:58					[收藏]
      
               
      
                
      中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院				
      				
      

               
      
               
        
				中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院
        

        
由美國(guó)SOM公司設(shè)計(jì)的新保利大廈鋼框架柱采用了高強(qiáng)特厚鋼板，鋼板最大厚度達(dá)140mm, 鋼材屈服強(qiáng)度達(dá)420N/mm2，這在我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)界是個(gè)新課題。在此以前，我國(guó)八十年代建造的深圳發(fā)展中心大廈的框架柱，曾采用過(guò)厚度130mm的鋼板，但鋼材是ASTM A572，其強(qiáng)度為50級(jí)，類(lèi)似我國(guó)的Q345。而新保利大廈的框架柱，無(wú)論厚度還是強(qiáng)度，都達(dá)到國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的新高。今年3月4日，中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)會(huì)同精工鋼構(gòu)集團(tuán)組織國(guó)內(nèi)有關(guān)專(zhuān)家和技術(shù)人員近百人，參觀了施工現(xiàn)場(chǎng)后，又召開(kāi)了技術(shù)座談會(huì)。交流會(huì)提出的工程簡(jiǎn)介表明，目前在超大跨度和超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中，高強(qiáng)鋼會(huì)應(yīng)用得越來(lái)越多，比如2008年奧運(yùn)工程國(guó)家體育場(chǎng)、國(guó)家游泳中心和中央電視臺(tái)塔樓，均部分采用大厚度Q390、Q420、Q460鋼板制作構(gòu)件。會(huì)上，與會(huì)專(zhuān)家介紹，松花江斜拉橋也采用了舞陽(yáng)鋼廠生產(chǎn)的Q420E鋼材。繼現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017列入Q390和Q420之后，現(xiàn)在這些鋼材的應(yīng)用又提上日程。GB50011僅適應(yīng)于非抗震鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)這些高強(qiáng)鋼材的應(yīng)用并無(wú)具體規(guī)定。而新保利大廈建于北京，為8度的強(qiáng)震區(qū)，它的應(yīng)用對(duì)鋼結(jié)構(gòu)界提出了新課題。
        
美國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)采用厚板，僅從美國(guó)70年代林肯焊接基金會(huì)出版的《焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》中所舉的實(shí)例就可看出，組合柱的鋼板有厚達(dá)7.5英寸（190mm）的。特厚板H 型鋼框架柱與邊長(zhǎng)較大但板厚較薄的截面相比，在相同面積時(shí)截面模量較小，雖然前者占用的建筑面積較小，但用鋼量增加不少。特別是，厚板焊接柱的拼接，為了保證焊接部位的抗震性能，只能用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作全熔透焊縫，焊絲直徑僅1.2mm, 焊接極其費(fèi)工, 而且鋼板先要預(yù)熱至150℃, 焊工要面對(duì)高溫焊件施焊,焊后還要一定的保溫時(shí)間,否則就可能出現(xiàn)焊接裂縫。中建三局在深圳發(fā)展中心大廈鋼框架柱施工中，首開(kāi)130mm厚板焊接之先河,由于箱形柱邊長(zhǎng)超過(guò)1m,一道柱拼接焊縫由兩名焊工不間斷施焊20多小時(shí)才能完成，焊工作業(yè)之艱辛可以想見(jiàn)。所以我們并不提倡在鋼結(jié)構(gòu)中采用極厚板。在高鋼規(guī)程JGJ99-98中，規(guī)定鋼板厚度不宜超過(guò)100mm，現(xiàn)在看來(lái)仍然是適宜的，只是在不得已的情況下才應(yīng)考慮用100mm以上的特厚板。
        
美國(guó)對(duì)焊接結(jié)構(gòu)鋼抗震設(shè)計(jì)的要求歷來(lái)有四點(diǎn)：1）強(qiáng)屈比不小于1.2(1997年改為屈強(qiáng)比不大于0.85); 2) 有明顯的屈服臺(tái)階; 3)伸長(zhǎng)率不小于20%(標(biāo)距50mm); 4)有良好的可焊性。AISC-2002抗震規(guī)程明確規(guī)定，不符合上述標(biāo)準(zhǔn)的鋼材不得采用。為了在設(shè)計(jì)地震作用下具有預(yù)期的非彈性性能，最低屈服點(diǎn)345N/mm2（50級(jí)）的限值必需堅(jiān)持。隨著現(xiàn)代更高強(qiáng)度新鋼種的出現(xiàn)，如A913/A913M（50級(jí)（345）或65級(jí)（450））或A992/A992M，通常認(rèn)為對(duì)抗震框架柱具有可接受的性能，但只能用于僅在柱腳出現(xiàn)屈服的柱，框架的每個(gè)節(jié)點(diǎn)必需確保強(qiáng)柱弱梁。用于柱腳底板的鋼材，應(yīng)符合A283D級(jí)的要求。
        
AISC-2002抗震規(guī)程規(guī)定，在連接計(jì)算時(shí)，要考慮材料的超強(qiáng)系數(shù) 。不同材料的超強(qiáng)系數(shù)不等,A36為1.5,A572為1.3,A992為1.1, 故采用美國(guó)牌號(hào)鋼材時(shí)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。
        
國(guó)產(chǎn)鋼材已有Q390、Q420和Q460的強(qiáng)度等級(jí)，它們?cè)诳拐鸾Y(jié)構(gòu)中的應(yīng)用宜參考美國(guó)相關(guān)規(guī)定，結(jié)合我國(guó)鋼材的具體情況，對(duì)它的應(yīng)用作出規(guī)定，以確保結(jié)構(gòu)的抗震性能。
        
參考文獻(xiàn)
        
1． Design of welded Structures, The James F.Lincoln Arc Welding Foundation, 1966, 12th 
        
printing ,1982
        
2. AISC Seismic Provision for Structural Steel Buildings, 2002
                  
		  
        				
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