我国重大建筑钢结构工程用钢市场分析及展望

随着我国经济建设水平的提高和钢结构行业的发展，我国钢结构用材市场需求加大，同时国内外钢结构用材情况对我国钢厂生产提出了新的要求。

本文以中央电视台新址主楼、广州新电视塔钢结构工程用钢情况为例，介绍了大型钢结构工程用钢的要求和特点，并对今后我国重大建筑钢结构用钢的设计、选材提出了建议。

一、重大建筑钢结构工程用钢概况改革开放以来，中国的经济迅速发展，钢材产量2005年已达到3.71亿吨，占全球产量的30.93%.钢材质量不断提高，品种规格不断增加，为钢结构行业的发展提供了动力和物质基础。

钢结构本身具有重量轻、强度高、抗震性能好等优点，便于工厂制造、现场施工安装，有利于提高建筑工业产业化水平。

同时钢材又是可回收使用的节能环保型材料，符合循环经济发展的要求，因此钢结构行业得到快速发展。

据中国钢结构协会统计，2004年钢结构生产量达1300万吨，占钢材产量的4.8%；2005年钢结构生产量达1400万吨。

钢结构总量及预测笔者经过半年多调研统计出，2004年我国钢结构加工总量为1300万吨，并具有以下特点（统计包括工业与民用建筑、铁路与公路桥梁、水电与火电建设、城市建设等）：
1.上海、浙江、江苏地区钢结构加工量约为350万吨以上，约占全国钢结构加工量1/3以上。

2.2005年中冶集团下属冶金建设公司钢结构加工总量达120万吨。

3.工业建筑（厂房）钢结构用量约为230万吨，民用建筑（房屋）约为150万吨，他们之间的比例约为6
4. 4.钢材品种比例，中厚板（包括特厚板）约占50%以上，热轧H 型钢占15%左右，彩涂板（包括镀锌板）占12%，管材占3.5%左右，其他型钢及冷弯型钢约占19%.近年我国钢结构行业消耗钢材总量及预测见下表。

今后几年在下列几个领域内钢结构用量会增加1.火力电厂的建设还会加快，主厂房
和锅炉钢架用钢量会增加（包括核电厂厂房用钢、风力发电用钢等）。

2.交通工程中的桥梁会有所增加，铁路桥梁均采用钢结构，近几年来公路桥梁采用钢结构已成为发展趋势，跨海、跨江大桥采用钢桥，高速公路中的护栏、收费站、交通标志的钢结构用量也不少。

3.市政建设中采用钢结构的用量会增加，地铁和轻轨工程、城市立交桥、高架桥、环保工程、城市公共设施及临时房屋等均越来越多的采用钢结构。

尤其在北京、上海、天津、重庆和各大省会城市，经济发达的中型城市，钢材消耗量会明显增加，如北京用于高架桥用钢约两万多吨。

4.钢结构住宅将增加。

国家提倡建设节能省地住宅，有关钢结构住宅的设计规范及配套技术、材料基本具备。

36项试点工程正在开展。

目前我国仅有几百万平方米的钢结构住宅，发达国家却达到40%～50%.如我国每年竣工6亿平方米的城镇住宅建设有5%采用钢结构，按多层、高层建筑每平方米50公斤钢材计，用钢量将达到每年150万吨。

上述数字未将农村建筑用钢结构统计在内。

5.由于中国钢材价格比国际价格低，劳动力成本低，钢结构制作质量优良，在国际工程市场有较强的竞争力，这几年国外企业在中国采购钢结构的数量有所增加。

二、中央电视台新台址主楼选用钢材的品种规格和性能要求中央电视台（CCTV）主楼由两座塔楼、裙房及基座组成，设3层地下室。

地上总建筑面积40万平方米。

两座塔楼呈倾斜状，分别为51层、44层，顶部通过14层高的悬臂结构连为一体。

最大高度234米。

裙房为9层，与塔楼连为一体。

用量大、规格品种多央视主楼钢结构选用的钢材规格品种多，用量大。

主要品种有：Q235C、Q345C、390D（仅用于地下预埋的13根柱）、420D、S460M、Q345GJ等。

各种钢板用量计29.6万平方米，高强螺栓115万套，栓钉227.5万套、防火涂料56.7万平方米，预应力锚栓（M75）约100吨等，不再详述。

央视新址主楼钢结构用钢量达12.18万吨，构件共4.15万件。

其中大部分为40mm 以上钢板为7.5274万吨，占总用量的61.8%.Q420和S460的板厚有：110mm、100mm、80mm 三种。

其中Q345板材中厚度超过40mm的使用量为15579吨。

以Q345GJ钢替代Q390D钢效果很好央视主楼钢结构工程中，大量选用Q390及Q420、S460M高强钢材，最厚达130mm，同时对钢材的强度、延性、抗震性能、焊接性能等综合性能
要求很高。

正确合理选用钢材及其性能对保证工程质量有重要意义。

经专家论证会认真的讨论提出以下意见：
（1）本工程选用的Q390钢材其性能和技术指标符合设计规范，但大批量Q390钢特别是大批量厚板在国内大型、重要建筑工程中首次采用，应用经验不足。

同时Q390钢为通用性低合金钢，按本工程使用要求尚需附加屈强比、屈服强度上限与碳当量等多项补充技术要求。

且Q390钢板的焊接要求高，与施工进度要求不相适应。

（2）按现行冶金行业标准YB-4104《高层建筑用钢板》生产的高层建筑用Q345GJ 厚板较Q390钢更有良好的延性、冲击韧性和焊接性能，并已在国内多项大型重点工程上成功应用（国家体育场、五棵松文化体育中心等）。

经分析比较，Q345GJ厚板（50mm～100mm）钢的强度级别相当于Q390钢，综合性能优于Q390钢，因此本工程可用Q345GJ替代Q390D.并要求钢厂保证较为稳定的屈服强度区间，适当加密检验批次。

（3）根据工程实际需要，建议考虑多渠道的钢材订货措施，如板厚35mm以上材料可采购A572-Gr50材料。

但有关材性与技术指标要求必须满足设计要求。

（4）对本工程需用的Q420或Q460（S460M）钢材，可参考目前正在实施的国家体育场钢材选用的专家论证会意见处理。

三、广州新电视塔（GZTV）用钢广州新电视塔地上37层、地下3层，610米（塔身454米+天线桅杆156米），为目前世界最高塔。

1.本工程柱、斜撑、环梁、楼面主梁、次梁、桁架、天线等构件主要采用Q345、Q345GJ 和Q390GJ钢材，其质量标准应符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）、《建筑结构用钢板》（GB/T19879-2005）的要求，应保证材料的抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验、冲击韧性合格。

当有厚度方向性能要求时，尚应符合《厚度方向性能钢板》（GB/T5313-85）的要求，对Q345GJ、Q390GJ建筑结构用钢板应保证碳当量CE和焊接裂纹敏感性指数。

2.钢材应满足《建筑抗震设计规范》（GB50011）的要求：钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值对Q345钢和Q345GJ钢不应大于0.83；对Q390钢和Q390GJ钢不应大于0.85；钢材应具有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20%；钢材应具有良好的可焊性和合格的冲击韧性；同时应具有冷弯试验的合格保证。

四、大型钢结构工程用钢特点钢结构建筑和构筑物不断向着大跨度、超高层、高速、受重荷载发展，又要承受强烈地震和各种恶劣环境（火、风、重腐蚀等）考验，因此对钢材性能提出新要求。

目前在钢结构建筑中采用的钢材主要有：中厚板、超厚、热轧（大、中、小）H型钢、焊接H型钢（高频焊接、焊接）、方、矩管（大、中、小）、圆管（无缝、焊接）、冷弯型钢、镀锌板、彩涂板、钢绞线、高速线材和建筑铸钢等。

其主要钢材产品标准有：碳素结构钢（GB/T700-2004）；低合金高强度结构钢（GB/T1591-2000）；建筑结构用钢板（GB/T19879-2005），代替高层建筑结构用钢板（YB4104-2000）；热轧H型钢和部分T型钢（GB/T11236-2004）；高频焊接薄壁H型钢（JG/T137-2001）；焊接H型钢（YB-3301-2004）；结构用无缝钢管（GB/T8162-87）；直缝电焊钢管（GB/T13793-92）；低压流体输送用焊接钢管（GB/T3092-93）；冷弯型钢（GB/T6725-2002）；结构用冷弯空心型钢尺寸、外形、重量及允许偏差（GB/T6728-2002）；双焊缝冷弯方、矩形钢管（LW/T02-2004）；建筑结构用冷弯矩形钢管（JG/T178-2005）。

近几年来，从重大建筑钢结构工程选用的各种钢材可以发现有如下发展趋势：
1.板厚不断增加、板材强度不断提高、焊接性能要求更加完善。

从对23个钢结构工程用钢特点的分析得到Q345以上高强钢板占工程总钢材的9
2.6%，个别工程中达到100%.板厚从40mm以上增加到100mm，个别工程用到130mm厚钢板。

由于制作和现场安装在冬季进行，在负温下（-20℃）焊接对钢材性能是个挑战。

2.增加型钢品种、扩大使用范围。

由于缺乏大规格热轧H型钢（H>800mm以上和大型宽翼缘H型钢），有不少工程只能用焊接H型钢代替。

3.冷成型管材（圆管、方矩管）性能还满足不了设计要求，如方、矩管角部和焊缝处材质性能不如母材。

4.建筑铸钢需进一步提高性能和尺寸精度。

大型公共建筑中有不少节点采用铸钢节点，不仅数量多、重量大，目前铸钢内在质量和尺寸、角度精度也满足不了设计要求。

5.缺乏不锈钢等高档屋面和外墙板材。

重大钢结构工程往往选用高档屋面和外墙板材，国内可供选择材料不多。

五、几点建议1.为建筑钢结构发展提供更多的钢材，增加品种规格。

增加50mm以上特厚板产量，强度级别为Q345级，如能提供Q420和Q460则更好；
提供高强度桥梁钢板，强度达到Q370q、Q420q级别；扩大冷弯型钢和热轧H型钢的品种和规格，包括大截面冷弯管材、大截面H型钢和轻型H型钢；提供大型方矩管（500mm×500mm、厚度30mm以上）；提供锥形钢管（锥度比1/100～15/100），主要用于电杆照明柱；研发带接头轻型钢管（Φ65～Φ165mm、厚度2.5～3.5mm）主要用于地下通讯、电缆用；提供建筑装饰用的不锈钢板，并有表面处理成不同花纹和图案的外墙板；生产各种断面的钢板桩可用于地下开挖的围护结构，地下停车场；研发耐候钢、耐火钢、优质可焊铸钢和药芯焊条等。

2.研发和生产满足钢结构建筑发展需要的高性能钢材。

3.加强售前和售后服务，建立钢材配送中心。

4.规范编制组应及时修订钢结构设计规范（GB50017-2003）中钢材章节，将在工程应用中取得较好技术、经济指标的钢材纳入规范，删去不适用的钢材牌号，使设计工程师有所遵循。

对各种结构设计规范钢材要求应统一，协调解决矛盾。

5.合理选用钢材。

了解和学习国内外建筑钢材生产、性能、供应及价格情况是做好设计工程的基础；确保钢结构工程安全储备是必要的，应控制在规范、标准的范围内，并要考虑整体钢结构工程的经济性。

对厚钢板的Z向要求，主要指厚板（t≥40mm）在梁柱节点处存在Z方向的拉应力，为防止厚钢板出现层状撕裂，而对钢材提出了较高要求。

其他连接形式就没有必要对钢材提出Z向要求（最近“高钢规”将作修改）。

对钢材焊接性能应充分重视，它将影响钢结构制作、安装的难度和施工总进度，也将增加钢结构工程成本。

在强度和焊接性能有矛盾时，应充分考虑钢板的焊接性能。

目前国内外大量采用的是Q235、Q345级别钢材，尤其是在地震烈度较大的地区，少采用Q420或更高级别的钢材，不能认为选用钢材“强度越高越节省钢材”，随着强度提高，焊接难度将会增加。

作者：陈禄如柴昶。