1、建筑用H型鋼的種類和特點(diǎn)
建筑用H型鋼一般包括如下幾個(gè)種類:
1)熱軋H型鋼:具有尺寸精度高,生產(chǎn)高效、低耗,綜合成本低,殘余應(yīng)力小,工期短等優(yōu)點(diǎn);但產(chǎn)品規(guī)格固定,截面靈活性差,用鋼量稍大,非常用規(guī)格采購周期長等特點(diǎn)。
2)焊接H型鋼:具有截面尺寸可按用戶要求定制,斷面變化靈活等優(yōu)點(diǎn);但切割、焊接金屬消耗大、生產(chǎn)的效益低;外形和質(zhì)量不易保證;殘余應(yīng)力大等缺點(diǎn)。
3)高頻焊接H型鋼:具有焊接速度快、熱影響小、容易控制變形、可焊接不同材質(zhì)組合的H型鋼等優(yōu)點(diǎn);但只適用于小型斷面。
4)波紋腹板H型鋼:腹板用壓型鋼板,提高腹板的局部穩(wěn)定性能,用作梁構(gòu)件,可以節(jié)省鋼材;但不適用于受壓構(gòu)件、受拉構(gòu)件;不能直接承受動(dòng)載;且焊接連接復(fù)雜。
2、熱軋H型鋼在建筑和鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用優(yōu)勢
2020年8月住建部等九部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見》提出,要加大熱軋 H 型鋼、耐候鋼和耐火鋼應(yīng)用;2021年3月發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出,要推廣綠色建材、裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)住宅,建設(shè)低碳城市。
熱軋H型鋼是高性能綠色建材,符合國家政策、行業(yè)發(fā)展方向,該產(chǎn)品具有如下優(yōu)點(diǎn):
◆截面分布力學(xué)性能好;
◆無需焊接,質(zhì)量精度高,生產(chǎn)高效、低耗;
◆殘余應(yīng)力小,構(gòu)件承載力高;
◆連接構(gòu)造方便、便于安裝,工期短;
◆便于標(biāo)準(zhǔn)化,綜合成本低。
3、H型鋼應(yīng)用現(xiàn)狀
從中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)發(fā)布的近十年鋼結(jié)構(gòu)工程中消耗的各類鋼材占比數(shù)據(jù)來看,建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼材消費(fèi)仍以板材為主,占比一直在60%以上,熱軋型鋼應(yīng)用增長緩慢,占比偏低,僅為14%-19%(見圖1),遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家40%-50%的占比。整體看,鋼結(jié)構(gòu)工程中消耗的鋼材仍以板材為主,型鋼應(yīng)用占比偏低;組合斷面焊接量大,無形中增加了鋼結(jié)構(gòu)制造過程的焊接量和成本,不符合可持續(xù)發(fā)展要求。
從我國鋼結(jié)構(gòu)廠近五年的H型鋼使用情況的調(diào)研結(jié)果來看,建筑鋼結(jié)構(gòu)中,目前Q355級(jí)H型鋼用量占絕對多數(shù),占比達(dá)99%左右,這與熱軋H型鋼產(chǎn)品生產(chǎn)中Q235的產(chǎn)量占多數(shù)(60%)形成極大反差。因此,熱軋H型鋼要向高強(qiáng)度發(fā)展、并加大其在建筑行業(yè)的推廣應(yīng)用。
從數(shù)量上看,目前我國熱軋H型鋼年用量約300萬噸,預(yù)計(jì)2025年熱軋H型鋼用量將達(dá)到1320萬噸,約占鋼結(jié)構(gòu)用量的12%。
從執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)來看,與先進(jìn)國家相比,我國現(xiàn)行的熱軋H型鋼標(biāo)準(zhǔn),從產(chǎn)品規(guī)格范圍、型號(hào)規(guī)格數(shù)量已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平,但是重量、外形尺寸允許偏差的控制方面尚待改進(jìn)。
4、面臨的主要問題
當(dāng)前,建筑用熱軋H型鋼面臨的主要問題是供需脫節(jié)。鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展空間很大,與雙碳減排政策吻合,但目前熱軋H型鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)仍存在不協(xié)調(diào)、不融合的方面,亟需整合,迫切需要適用于建筑工程的熱軋H型鋼的標(biāo)準(zhǔn)。
第一,熱軋H型鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與工程標(biāo)準(zhǔn)在容許誤差、寬厚比等指標(biāo)方面不協(xié)調(diào)。例如,部分寬翼緣、薄壁熱軋H型鋼的翼緣寬厚比不滿足抗震設(shè)計(jì)要求;有些誤差控制在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中沒有要求,可能導(dǎo)致滿足鋼鐵產(chǎn)品要求的構(gòu)件不滿足鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)而無法驗(yàn)收。
第二,品種單一。目前國內(nèi)H型鋼廠僅停留在完成H型鋼的生產(chǎn),對于產(chǎn)品的再開發(fā)全部由產(chǎn)業(yè)鏈下游的鋼結(jié)構(gòu)制作廠完成,易造成能源浪費(fèi)、造價(jià)高、產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。
第三,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員由于長期的設(shè)計(jì)習(xí)慣,普遍對熱軋H型鋼的應(yīng)用和優(yōu)勢不熟悉,相關(guān)的設(shè)計(jì)軟件和鋼結(jié)構(gòu)連接應(yīng)用手冊也不夠方便易用,從設(shè)計(jì)源頭上阻礙了熱軋H型鋼的推廣應(yīng)用。
5、發(fā)展對策
針對我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展需求及面臨的問題,對熱軋H型鋼的應(yīng)用提出如下建議:
1)加強(qiáng)鋼材-設(shè)計(jì)-制作-安裝產(chǎn)業(yè)鏈的相互聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品構(gòu)件化、標(biāo)準(zhǔn)化。產(chǎn)品構(gòu)件化是熱軋H型鋼最大的優(yōu)勢,鋼廠只需把產(chǎn)業(yè)鏈向下適當(dāng)延伸,進(jìn)行簡易深加工,把鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的螺栓孔、簡易連接板在鋼廠完成,以構(gòu)件直接交付。鋼鐵產(chǎn)品還可以延伸到制作長圓孔蜂窩梁、方形孔蜂窩梁、變高度蜂窩梁等各種高效蜂窩斷面。
2)規(guī)格變種與組合。如,L形、T形、十字形組合截面等。
3)研發(fā)全裝配式鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)體系。包括連接剛度可調(diào)的且可快速裝配的標(biāo)準(zhǔn)化梁柱剛性、半剛性及鉸連接節(jié)點(diǎn)及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系。并借鑒日本、美國等成熟的裝配式節(jié)點(diǎn)連接方法。
4)建立互聯(lián)營銷平臺(tái),方便設(shè)計(jì)選用和施工采購,解決供需不對口,滿足工程需要。
5)改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)并加強(qiáng)推廣應(yīng)用。
其一,提供鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的熱軋H型鋼解決方案。
①降低成本:熱軋H型鋼代替焊接H型鋼,避免了下料、組立、焊接、矯正等工序造成的機(jī)械成本、人工成本及耗材成本。采用熱軋H型鋼十字柱代替焊接箱型柱,降低焊接難度和成本。
②設(shè)計(jì)適合鋼結(jié)構(gòu)的大空間戶型,靈活隔斷,滿足戶型靈活變化的要求。
③采用全裝配式節(jié)點(diǎn) ,梁柱采用全螺栓代替焊接,縮短工期。
其二,優(yōu)化常用產(chǎn)品系列標(biāo)準(zhǔn),整合鋼鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與鋼結(jié)構(gòu)工程標(biāo)準(zhǔn)。近幾年推出的《建筑用熱軋H型鋼》JG/T 581-2022、《熱軋H型鋼設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊》、住建部《鋼結(jié)構(gòu)住宅主要構(gòu)件尺寸指南》等將對熱軋H型鋼的應(yīng)用起到推動(dòng)作用。在住建部產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《建筑用熱軋H型鋼》中,根據(jù)建筑應(yīng)用特點(diǎn)整合了熱軋H型鋼規(guī)格的品種數(shù)量;增加了鋼材檢驗(yàn)項(xiàng)目和取樣;協(xié)調(diào)了國際及國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范允許誤差(尺寸外形),如增加腹板波浪和翼緣波浪檢驗(yàn),增加截面扭轉(zhuǎn)變形檢驗(yàn)等。
其三,按照少規(guī)格多組合的原則加強(qiáng)產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)研發(fā),提供適用于裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)點(diǎn)解決方案。如,實(shí)現(xiàn)H型鋼截面的標(biāo)準(zhǔn)化與系列化,基于現(xiàn)有輥系,保持內(nèi)高Hw、內(nèi)寬bf、r不變,調(diào)整t1、t2值,H和B值聯(lián)動(dòng)形成系列,實(shí)現(xiàn)少規(guī)格、多組合;加強(qiáng)截面優(yōu)化研究,得到經(jīng)濟(jì)合理的熱軋H型鋼及其組合截面,列出梁和柱的承載力選用表、節(jié)點(diǎn)表、標(biāo)準(zhǔn)圖集,供設(shè)計(jì)直接采用;加強(qiáng)重型熱軋H型鋼的承載性能研究;加強(qiáng)截面衍生研究,如圓孔蜂窩梁、六邊形開孔蜂窩梁、八邊形開孔蜂窩梁等。
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