1 鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展

我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)建設(shè)和文化建設(shè)的進(jìn)步極大地推進(jìn)了我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，尤其是近幾年，發(fā)展速度較快，推廣應(yīng)用面進(jìn)一步擴(kuò)大，鋼結(jié)構(gòu)在大城市已經(jīng)引起重視和得到應(yīng)用，許多大型工程、形象工程都采用了鋼結(jié)構(gòu)，比如上海的國貿(mào)中心、金茂大廈、廣州國際會展中心、九運會的幾個體育場館、深圳的賽格廣場大廈等等。從技術(shù)基礎(chǔ)來看，在普通鋼結(jié)構(gòu)、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等各類結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計、施工、驗收規(guī)范規(guī)程及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)行20余本，而在多年的實踐中，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員已經(jīng)形成一定的規(guī)模，而且專業(yè)素質(zhì)也在實踐中不斷提高。

但跟發(fā)達(dá)國家相比，我國鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用仍然差距不小，在發(fā)達(dá)國家，鋼結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)成為城市的重要建筑，鋼結(jié)構(gòu)建筑占建筑總量的比例一般都在30%以上，比如日本，鋼結(jié)構(gòu)建筑要占整個建筑的50%以上，而我國尚不足5%。總體上，我國鋼結(jié)構(gòu)建筑在普及上離發(fā)達(dá)國家還有相當(dāng)差距，這同時也說明我國鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?/span>

2 耐火耐候鋼產(chǎn)品的發(fā)展

2.1 鋼結(jié)構(gòu)的致命弱點：鋼的腐蝕和火災(zāi)時鋼構(gòu)件的軟化

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，存在兩大問題：鋼的腐蝕和火災(zāi)時鋼構(gòu)件的軟化。

在自然氣候下，鋼材受蝕減薄5年可達(dá)0.1～1mm以上，時間長或在特殊及人為的惡劣環(huán)境下，減薄更為嚴(yán)重。采用涂裝可以減緩腐蝕，但費用較高。如橋梁涂裝費10年內(nèi)可為鋼結(jié)構(gòu)費用的2.5倍。鋼材的防腐處理工本高，且不易維護(hù)，這給鋼結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用帶來了一定的制約。

當(dāng)鋼的溫度達(dá)到350℃及其以上時，鋼的屈服強(qiáng)度下降至規(guī)定的室溫屈服強(qiáng)度的2/3或更低，低于鋼構(gòu)件要求的屈服強(qiáng)度，為使鋼構(gòu)件的溫度在火災(zāi)期間不超過350℃，鋼構(gòu)件必須噴涂防火材料。但是噴涂防火材料的作業(yè)對工人的健康有著極大的損害且非常費時，此外，建筑的有效空間也因防火包覆而減少。因此，鋼結(jié)構(gòu)建筑對減少防火包覆的要求越來越強(qiáng)烈。

2.2 耐火耐候鋼的國內(nèi)外發(fā)展情況

耐火鋼的概念在上世紀(jì)八十年代由日本開始提出，現(xiàn)在歐美、日本、韓國和澳大利亞等發(fā)達(dá)國家相繼開展了耐火鋼的研究和生產(chǎn)。日本新日鐵、川崎和NKK都可提供耐火鋼材，包括型鋼、板材、帶材和鋼管等產(chǎn)品。新日鐵和NKK的耐火鋼板材形成了室溫力學(xué)性能相當(dāng)于JIS標(biāo)準(zhǔn)SM400和SM490級別的系列產(chǎn)品。據(jù)有關(guān)資料，耐火耐候鋼在日本建筑行業(yè)的需求量呈快速增長的勢頭。國內(nèi)有關(guān)鋼廠也開展了耐火耐候鋼的研制工作。寶鋼在國內(nèi)最早開始研制和生產(chǎn)建筑用耐火耐候鋼，迄今已向不同用戶提供耐火耐候鋼商品材超過7000噸。特別是2001年寶鋼耐火耐候鋼有5000余噸成功用于上海市第一個全鋼結(jié)構(gòu)高層住宅樓群中福工程，這是國內(nèi)首次大批量生產(chǎn)和使用耐火耐候鋼。工程實踐證明，寶鋼耐火耐候鋼各方面性能滿足工程需要，是建筑用鋼中的精品。

3 寶鋼建筑用耐火耐候鋼產(chǎn)品系列簡介

3.1寶鋼耐火耐候鋼品種開發(fā)

寶鋼開發(fā)建筑用耐火耐候鋼的目的就是增加鋼的高溫強(qiáng)度和耐大氣腐蝕性。同時，寶鋼耐火耐候鋼具有與普通建筑用鋼相當(dāng)?shù)氖覝亓W(xué)性能、焊接性能以及其它性能。寶鋼研制成功的耐火耐候鋼耐候性與美國的高耐候Cor-Ten鋼相當(dāng)，為普通鋼的3～8倍，可視情況裸露使用。并可提高涂裝性，涂在耐候鋼上的涂層的失效年限遠(yuǎn)長于普通鋼。耐火性與日本的建筑用耐火鋼相當(dāng)，可使600℃時屈服強(qiáng)度下降不大于規(guī)定的室溫屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的1/3，這是火災(zāi)時保證建筑安全性的一個必要的許用指標(biāo)，而普通鋼至多在350℃時保持這一強(qiáng)度值。由此可以減少防火涂料和防火包覆的使用，從而減少污染、縮短工期、增加建筑有效面積、降低成本且減少或不必進(jìn)行防腐維護(hù)，是一種具有“綠色環(huán)保”、可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)類鋼材。

下表中以TN系列涂料為例，比較普通鋼結(jié)構(gòu)和耐候耐火鋼結(jié)構(gòu)在防護(hù)方面的成本情況。TN-LG為厚涂型涂料，耐火時間隨涂層厚度增加而增加，密度400Kg/m³，價格為210元/50Kg。

???? 表2 普通鋼結(jié)構(gòu)和耐候（耐火）鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)成本

? 根據(jù)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的統(tǒng)計，對于高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑，10~16平方米建筑面積對應(yīng)使用約一噸鋼，平均每噸鋼折算其表面積約為38m²（雙面）。因此，折算到每平方米建筑面積上的防護(hù)處理成本約為（以平均2小時耐火計）：42×38÷（10~16）=100~160元。加上其它一些費用，平均防護(hù)成本約140元。若采用耐火耐候鋼：則折算到每平方米建筑面積上的防護(hù)處理成本約為（以平均2小時耐火計）：8.4×38÷（10~16）=20~32元。加上其它一些費用，平均防護(hù)成本約27元。

??? 由此可見，采用耐候耐火鋼可以解決鋼材本身應(yīng)用于民用建筑的兩大弱項（防腐、防火），明顯降低建設(shè)成本。從而為鋼結(jié)構(gòu)在民用建筑領(lǐng)域的使用創(chuàng)造了有利的條件。

為保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，寶鋼耐火耐候鋼滿足國家建筑行業(yè)規(guī)范的低屈強(qiáng)比要求。

1999年以來，寶鋼耐火耐候鋼已經(jīng)提供給多家業(yè)主建造工業(yè)廠房、民用建筑房屋等。2001年落成的中國南極長城站的寶鋼樓，其鋼結(jié)構(gòu)用的就是寶鋼耐火耐候鋼。2001年－2002年，寶鋼向位于上海南京東路的上海第一個全鋼結(jié)構(gòu)高層住宅樓群中福工程提供建筑用耐火耐候鋼B490RNQ 近5000余噸。在此期間，寶鋼與有關(guān)業(yè)主、工程設(shè)計單位聯(lián)合進(jìn)行了多次焊接試驗及工藝評定、耐火試驗等，實踐證明，寶鋼耐火耐候鋼焊接、成形、抗震、耐火、耐候等各方面性能完全滿足用戶要求，是建筑用鋼中的精品。

寶鋼目前可以提供B400RNQ（室溫力學(xué)性能相當(dāng)與Q235B）和B490RNQ（室溫力學(xué)性能相當(dāng)于Q345B）兩個牌號的耐火耐候鋼。

3.2 寶鋼耐火耐候鋼的性能特點

3.2.1 交貨性能指標(biāo)

寶鋼耐火耐候鋼的力學(xué)拉伸、沖擊性能和高溫性能應(yīng)符合下表的規(guī)定。

表3? B400RNQ、B490RNQ的力學(xué)性能和高溫性能

3.2.2 寶鋼耐火耐候鋼耐腐蝕性能

通過加入耐候性元素，使鋼鐵材料在銹層和基體之間形成一層約50～100μm厚的致密且與基體金屬粘附性好氧化物層。由于這層致密氧化物膜的存在，阻止了大氣中氧和水向鋼鐵基體滲入，減緩了銹蝕向鋼鐵材料縱深發(fā)展，從而大大提高了鋼鐵材料的耐大氣腐蝕能力。并且，由于銹層的穩(wěn)定，使得非裸露用耐候鋼的涂裝層不易脫落。研究表明，依耐候鋼成分不同，鋼構(gòu)件使用環(huán)境不同，耐候鋼的抗大氣腐蝕能力可比普通鋼提高2～8倍，涂裝性可提高1.5～10倍。寶鋼是目前國內(nèi)最大的耐候鋼供應(yīng)商，耐候鋼的研究和生產(chǎn)處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。寶鋼耐火耐候鋼的耐候性是目前耐候鋼中的最高等級。

3.2.3 寶鋼耐火耐候鋼的沖擊性能

取20mm厚工業(yè)生產(chǎn)的熱軋板進(jìn)行系列CVN沖擊試驗，結(jié)果得出B490RNQ的50％FATT為-80℃。

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3.2.4寶鋼耐火耐候鋼的焊接性能

寶鋼耐火耐候鋼系列的焊接性能經(jīng)受了大量工程實踐的檢驗，證明：

?①寶鋼耐火耐候建筑用鋼有良好的可焊性，不需要預(yù)熱就可施工。其焊接性能相當(dāng)于甚至優(yōu)于同級別普通建筑用鋼。

②工程實踐表明，寶鋼耐火耐候鋼可用于建筑鋼結(jié)構(gòu)中的不同接頭形式，也無論是手弧焊、氣保焊、高頻焊、還是埋弧焊，均可獲得滿意的接頭力學(xué)性能。

③工程實踐表明，在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，寶鋼耐火耐候鋼可與Q235B和Q345B進(jìn)行異種鋼焊接，也可獲得滿意的接頭力學(xué)性能。

3.2.5寶鋼耐火耐候鋼的耐火性能

3.2.5.1 系列高溫拉伸試驗

寶鋼B490RNQ的高溫性能明顯優(yōu)于同等強(qiáng)度級別的Q345B，600℃時的屈服強(qiáng)度仍保持在310MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2/3室溫屈服強(qiáng)度，而Q345B在500℃時屈服強(qiáng)度已低于2/3室溫屈服強(qiáng)度。

3.2.5.2 耐火試驗

上海市中福工程房屋樓群住宅使用寶山鋼鐵股份公司生產(chǎn)的耐火耐候鋼B490RNQ 5000余噸。根據(jù)設(shè)計消防要求，使用寶鋼建筑用耐火耐候鋼B490RNQ制成的2種實體構(gòu)件各2根在天津國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心進(jìn)行了耐火試驗，試驗依據(jù)為GB/T9978-1999 建筑構(gòu)件耐火試驗方法。

?試驗結(jié)果

寶鋼生產(chǎn)的建筑用耐火耐候鋼B490RNQ具有優(yōu)良的耐火性能。按國家消防標(biāo)準(zhǔn)要求，高層建筑構(gòu)件的耐火極限要達(dá)到3小時。用普通鋼制作的構(gòu)件達(dá)到3小時的耐火極限（1100℃高溫下，經(jīng)過3小時構(gòu)件變形小于40mm），其防火包覆的厚度至少大于100mm，一般在150mm。而用寶鋼耐火耐候鋼制作的構(gòu)件，構(gòu)件的防火包覆的厚度減少了1/2－2/3以上，經(jīng)過4小時的1100℃高溫沒有任何變形，亦即寶鋼B490RNQ制成的兩種構(gòu)件Ф350×10和Ф400×10的耐火極限均達(dá)到4小時，超過了建筑消防的最高要求。這一結(jié)果得到了有關(guān)建筑專家的高度評價。

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