日本东京的晴空塔是世界上最高的自立式电波塔，晴空塔不仅高度大，而且高宽比也大，所以地震、风暴发生时，作用在塔的钢部件断面上的力也变大。因此要采用高强度大断面钢材，并且钢结构的工厂制作和现场制作都要采用焊接接合方法。东京晴空塔主要的钢管部件是厚板弯曲加工的UOE钢管、压弯钢管、辊压钢管等高强度圆形钢管。为保证良好的焊接性，晴空塔用圆钢管的焊接裂纹敏感性参数Pcm≤0.30%、YR≤95%。东京晴空塔的高强度圆形钢管用屈服强度630MPa级厚钢板采用离线淬火（根据需要为两相区淬火）-回火或用两相区正火代替两相区淬火的工艺制造，导入了比回火马氏体和回火贝氏体更硬的岛状马氏体硬质相，使钢板低YR化，实现了低Pcm。

1前言

日本是地震多发国家，在经历了多次大地震后，通过对地震中损坏建筑物的调查和研究，阐明了钢材及其结合材料的抗震要求性能。近年来随着钢材制造和接合技术的进步，促进了达到抗震要求的建筑结构钢材符合日本工业标准（JIS），并开发出具有优良抗震性能的新型钢材。

东京晴空塔是世界上最高的自立式电波塔。东京晴空塔在建造中采用了基于先进制造技术的钢材和接合技术，于2012年2月竣工，同年5月开始营业使用。本文对东京晴空塔采用的高强度特厚新钢材的特点和制造方法进行简要介绍。

2东京晴空塔概要

东京晴空塔塔体中央是直径8m的钢筋混凝土圆筒形心柱。心柱外侧是圆钢管构成的桁架结构。塔体顶部是装有天线的增益塔。东京晴空塔的结构概要如图1。心柱和外围的桁架两部分分离，形成制振结构，地震发生时，心柱和桁架分别晃动降低了塔整体的晃动程度。

塔的基础是边长为68m的平面正三角形，从基础向上直到315m高处逐渐变化为圆形。正三角形基础的各个角部是由4根主柱构成的鼎形桁架。这三个鼎形桁架由水平面结构连接起来。

3东京晴空塔采用的新型钢材

3.1晴空塔用钢要求

晴空塔设计保证了大地震、大风暴发生时的安全性。这些大地震、大风暴级别是常规高层建筑设计中没有考虑到的。东京晴空塔、艾菲尔铁塔、东京塔采用的主材料和接合方法见图2。艾菲尔铁塔的高宽比（塔高度/塔宽度）是3，而东京晴空塔的高宽比非常之大，达到9。由于晴空塔不仅高度大，而且高宽比也大，所以地震、风暴发生时，作用在塔的钢部件断面上的力也变大。因此要采用高强度大断面钢材，并且钢结构的工厂制作和现场制作都要采用焊接接合方法。根据上述分析，晴空塔的钢管部件的性能要求如下。

1）高强度化：400MPa、500MPa、630MPa级高屈服点；

2）大口径特厚钢管：钢管最大壁厚100mm、最大外径2300mm；

3）高韧性：满足室外、高空的使用环境；

4）高焊接性：现场焊接时的低预热温度。

为达到地震、风暴时塔部件保持在弹性范围的要求，晴空塔用材不要求满足一般建筑结构钢的屈服点YR≤80%、圆钢管YR≤85%的低屈强比要求。

为了对特大口径圆钢管进行现场焊接，对钢管断面尺寸的要求，大大高于通常的JIS G3475“建筑结构用碳素钢管STKN”要求。

表1是东京晴空塔使用的屈服点为400MPa、500MPa、630MPa级高强度圆钢管的有关数据。与常规的圆钢管STKN490B相比，晴空塔用圆钢管的夏比冲击功高（vE_0℃≥70J、630MPa级钢管vE_0℃≥47J）。并且为保证

良好的焊接性，晴空塔用圆钢管的焊接裂纹敏感性参数Pcm≤0.30%。但晴空塔用圆钢管的YR≤95%。各钢材生产厂为了生产满足这些要求的晴空塔用钢，取得了国土交通大臣的认定。

表2是东京晴空塔塔体用的钢结构材料及其使用部位。最大的圆形钢管（图3）用于鼎形桁架的基础。钢管外径2300mm、壁厚100mm、屈服点500MPa级。由于从制造厂到施工现场钢管部件运输的制约和施工现场起重能力的制约，钢管部件重量限制在30吨以下。增益塔底部与塔体的接合部使用的是屈服点630MPa级高强度钢管。

3.2高强度圆钢管的制造方法

按照制造方法，圆钢管包括：不用焊接的无缝钢管、以热轧带钢为原料的电焊钢管、螺旋焊管、以厚钢板为原料的用焊接方法制造的UOE钢管、压弯钢管、辊压钢管。

东京晴空塔主要的钢管部件是厚板弯曲加工的UOE钢管、压弯钢管、辊压钢管等高强度圆形钢管。图4是UOE钢管和压弯钢管的制造方法。

UOE钢管的制造法是，将厚钢板按规定宽度切断、加工坡口后，在U形成形机上将钢板冲压成U形，再用O形成形机将钢板制作成O形，然后对坡口进行内外面焊接。焊接后用扩管机将钢管扩径到规定的钢管尺寸。

压弯钢管、辊压钢管是UOE及其他方法制造存在困难的大口径厚壁钢管。压弯钢管的制造法是，将厚钢板按规定宽度切断、加工坡口，然后，用冲压机将钢板端部弯边后冲压成形成圆筒形，并将坡口焊接起来。根据板厚和外径情况，压弯钢管的制造方法有，冷成形和将钢板在加热炉中加热到规定温度后进行成形的温间成形和热成形。

辊压成形钢管的制造方法是，用压辊将钢板成形为圆筒形，之后的制造方法与压弯钢管制造方法相同。

钢管成形后，有时为达到最终的力学性能要求，要将钢管装入加热炉，按规定温度进行加热、均热和冷却的消除应力处理（SR处理）。

3.3高强度圆形钢管用厚钢板的组织控制

建筑结构用厚钢板的制造工艺和微观组织汇总于图5。

普通建筑结构用抗拉强度490MPa级厚钢板，采用常规轧制方法，以轧制状态使用。490-590MPa级（TMCP325-385）特厚钢板采用控制轧制和