中美結(jié)構(gòu)用冷彎開(kāi)口型鋼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

摘 要：本文針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑中的一類次構(gòu)件冷彎開(kāi)口型鋼，介紹了中國(guó)和美國(guó)相關(guān)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)概況，并從材料、型號(hào)與參數(shù)、二次加工和安裝四個(gè)維度開(kāi)展對(duì)比分析，找出中國(guó)與美國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的具體差異，有針對(duì)性地提出我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修改建議，對(duì)提升冷彎型鋼行業(yè)整體水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞：冷彎開(kāi)口型鋼，鋼結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.19.033

0 引 言

近年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)因具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好、施工裝配化程度高等特點(diǎn)，在大跨度建筑中得到了廣泛應(yīng)用。而屋面和墻面檁條作為鋼結(jié)構(gòu)建筑中的次構(gòu)件，通常使用熱鍍鋅材質(zhì)的冷彎開(kāi)口型鋼。這在我國(guó)市場(chǎng)上具有成熟的配套體系。但我國(guó)相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)從20世紀(jì)80年代延續(xù)至今，存在著熱鍍鋅材料與熱軋材料混編、開(kāi)口型鋼型號(hào)缺失等問(wèn)題，不能很好地服務(wù)于從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工的相關(guān)企業(yè)，與發(fā)達(dá)國(guó)家同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相比存在一定差距。通過(guò)與美國(guó)結(jié)構(gòu)用冷彎型鋼標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析，找出存在的問(wèn)題和差距，對(duì)完善我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及提升行業(yè)整體水平具有重要意義。

1 中美結(jié)構(gòu)用冷彎開(kāi)口型鋼標(biāo)準(zhǔn)基本情況

目前，我國(guó)關(guān)于結(jié)構(gòu)用冷彎開(kāi)口型鋼的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 6723—2017《通用冷彎開(kāi)口型鋼》、GB/T 6725—2017《冷彎型鋼通用技術(shù)要求》和JG/ T380—2012《建筑結(jié)構(gòu)用冷彎薄壁型鋼》。美國(guó)主要有三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，分別是美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的ASTMC 955—18《結(jié)構(gòu)用冷彎型鋼標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)的AISI S 240—20《北美冷彎型鋼結(jié)構(gòu)框架標(biāo)準(zhǔn)》和鋼框架行業(yè)協(xié)會(huì)的《冷彎型鋼框架產(chǎn)品技術(shù)指南》（簡(jiǎn)稱“指南”）。表1總結(jié)了中美冷彎開(kāi)口型鋼標(biāo)準(zhǔn)的基本情況。

2 標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容對(duì)比

2.1 材料

為了兼具防腐性與經(jīng)濟(jì)性，檁條的生產(chǎn)原材料一般選用熱鍍鋅或者鍍鋁鋅等涂鍍類鋼帶。我國(guó)較早時(shí)期出于經(jīng)濟(jì)性考慮，有的檁條會(huì)選用熱軋帶鋼生產(chǎn)，現(xiàn)在高端鋼結(jié)構(gòu)建筑甚至?xí)x用不銹鋼帶鋼生產(chǎn)。當(dāng)前中國(guó)和美國(guó)的檁條最大宗的原材料都是鍍鋅帶鋼。

根據(jù)GB/T 6725—2017中6.1.1的要求，我國(guó)冷彎型鋼可以采用多種材質(zhì)的原材料，包括熱軋、熱鍍鋅、彩色涂層和不銹鋼等，但未對(duì)檁條這種冷彎開(kāi)口型鋼提出具體要求。建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 380—2012針對(duì)6 mm以下的薄壁材料規(guī)定較為詳細(xì)，鋅層厚度為雙面不小于180 g/m2（Z180），材料厚度公差為±8%。對(duì)于現(xiàn)行市場(chǎng)而言，該厚度公差過(guò)大。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料規(guī)定較為詳細(xì)，材料需選用涂鍍類帶鋼，如熱鍍鋅和鍍鋁鋅等，原材料最小厚度為0.84mm2，材料實(shí)際厚度不能小于設(shè)計(jì)厚度的95%。材料的防腐性能也有具體規(guī)定，以熱鍍鋅材質(zhì)為例，鋅層厚度為雙面180 g/m2（Z180）和275 g/m2（Z275）兩種。另外，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了厚度要求，從0.84 mm到3.0mm一共有6種厚度。

檁條的屈服強(qiáng)度是該產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)之一。檁條是冷彎加工，產(chǎn)品的屈強(qiáng)度服主要取決于原材料的屈服強(qiáng)度。比較GB/T 6725中4.2的規(guī)定和AISI S100-16中A3.1的規(guī)定發(fā)現(xiàn)，中美兩國(guó)冷彎型鋼原材料的屈服強(qiáng)度選擇都比較寬泛，而指南對(duì)結(jié)構(gòu)用的Stud（對(duì)應(yīng) GB/T 6723中最主要的檁條型號(hào)冷彎內(nèi)卷邊槽鋼）的屈服強(qiáng)度做出了規(guī)定。根據(jù)指南中的截面參數(shù)表，最厚的三個(gè)厚度1.72 mm、2.45 mm和3.0 mm的產(chǎn)品屈服強(qiáng)度只有一種，即50 ksi（千磅力每平方英寸），對(duì)應(yīng)我國(guó)Q345/Q355，從1.72 mm到3.0 mm正是我國(guó)冷彎內(nèi)卷邊槽鋼（C型鋼）的最主要厚度范圍。我國(guó)可選屈服強(qiáng)度有Q345/Q355、Q235、Q215和Q195。雖然相同厚度的材料屈服強(qiáng)度高會(huì)增加成本，但較高的屈服強(qiáng)度可以提高鋼結(jié)構(gòu)的抗變形能力和承載能力，在設(shè)計(jì)時(shí)可以選用更小的截面尺寸，從而在減少材料使用的同時(shí)達(dá)到所需的屈服強(qiáng)度指標(biāo)。

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料的規(guī)定非常詳細(xì)，既簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)師選用檁條的工作量，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，還降低了上游帶鋼廠和下游檁條廠的庫(kù)存復(fù)雜度，有效提升了相關(guān)企業(yè)的庫(kù)存周轉(zhuǎn)率。

2.2 型號(hào)與參數(shù)

2.2.1 型號(hào)

根據(jù)GB/T 6723—2017中第4章“分類、代號(hào)”的規(guī)定，冷彎開(kāi)口型鋼按其截面形狀共分為9種，檁條主要選用其中的3種：冷彎內(nèi)卷邊槽鋼（CN）、冷彎外卷邊槽鋼（CW）和冷彎卷邊Z形鋼（ZJ）。根據(jù)AISI S240—20中A5.3.1的規(guī)定，美國(guó)冷彎開(kāi)口型鋼共分為5種，代號(hào)分別是S、T、U、F和L。表2是中美兩國(guó)冷彎開(kāi)口型鋼品種對(duì)應(yīng)表，其中CW與F雖有對(duì)應(yīng)關(guān)系但截面形狀不一致。

以中美都有的C型鋼做型號(hào)做對(duì)比。根據(jù)美國(guó)指南對(duì)結(jié)構(gòu)用C型鋼的截面性能表可知，C型鋼按照先厚度、再邊高、最后底寬的順序逐級(jí)遞增，54 mils（即1.37 mm）列出了33 ksi和50 ksi兩種屈服強(qiáng)度的型號(hào)。該表囊括了從最小底寬2.5英寸到最大底寬16英寸的所有240個(gè)C型鋼型號(hào)。根據(jù)GB/T 6723—2017中表5冷彎內(nèi)卷邊槽鋼基本尺寸與主要參數(shù)表可知，代號(hào)CW的冷彎外卷邊槽鋼按照先高度、再邊寬度、再外卷邊高度，最后邊厚度的順序逐級(jí)遞增，表中列出了邊高度從60 mm到600 mm的39中型號(hào)。與美標(biāo)相比，大量的型號(hào)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有列出。

GB/T 6723—2017中表5所列出的型號(hào)與市場(chǎng)實(shí)際使用型號(hào)相比缺失比較嚴(yán)重，特別是高度為250mm（25號(hào)）和300 mm（30號(hào)）兩種主力C型鋼的型號(hào)，只有邊寬度40 mm和外卷邊高度15 mm的一種，而市場(chǎng)通用25號(hào)到30號(hào)C型鋼的邊寬度和外卷邊高度分別為75 mm和20 mm。市場(chǎng)大量使用的高度為280 mm、320 mm和350 mm的C型鋼，在國(guó)標(biāo)中均未列出。表3以邊寬度為180 mm（18號(hào)）和邊寬度為200 mm（20號(hào)）兩種C型鋼為例，列出國(guó)標(biāo)與市場(chǎng)實(shí)際使用型號(hào)的差異。

美標(biāo)中沒(méi)有對(duì)Z型鋼做出規(guī)定，但由于Z型鋼與C型鋼型號(hào)大致對(duì)應(yīng)，所以GB/T 6723中冷彎卷邊Z型鋼的型號(hào)同樣缺失較多。除此之外，Z型鋼的型號(hào)還存在兩個(gè)問(wèn)題：一是型號(hào)截面圖中邊寬度與卷邊高度夾角與實(shí)際情況不符。根據(jù)GB/T 6723—2017中圖8可知，邊寬度與卷邊高度成90度直角，而實(shí)際使用的型號(hào)約為135度鈍角，圖1顯示了冷彎卷邊Z型鋼國(guó)標(biāo)規(guī)定與市場(chǎng)實(shí)際使用的型號(hào)截面圖差距。二是邊寬度與實(shí)際情況不符，由于有些結(jié)構(gòu)中Z型鋼需要搭接，導(dǎo)致兩個(gè)邊寬度長(zhǎng)短不一樣。比如25號(hào)Z型鋼，兩個(gè)邊寬度可以同為75 mm，也可以兩邊分別為80 mm和70 mm。當(dāng)出現(xiàn)大小邊時(shí)，Z型鋼并不像C型鋼一樣是縱向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)件，生產(chǎn)過(guò)程中的沖孔會(huì)引起出料方向問(wèn)題，但國(guó)標(biāo)中并沒(méi)有做出規(guī)定。

冷彎外卷邊槽鋼檁條目前沒(méi)有C型鋼和Z型鋼那樣使用廣泛，市場(chǎng)也沒(méi)有成熟的型號(hào)表可以選用。因此，各鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位基本上都自行規(guī)定冷彎外卷邊槽鋼檁條的截面高度、截面邊寬度和外卷邊高度。根據(jù)GB/T6723—2017中的表6，國(guó)標(biāo)中屬于鍍鋅冷彎外卷邊槽鋼檁條的型號(hào)僅有5個(gè)。

相比于GB/T 6723—2017，JG/T 380—2012的附錄A中型號(hào)雖然更加全面，但目前市場(chǎng)上截面高度30 0 mm以上，厚度3.0 mm以上的型號(hào)仍然缺失，并且由于發(fā)布年代較早，JG/T 380 —2012中缺少冷彎外卷邊槽鋼檁條，Z型鋼也沒(méi)有明確大小邊的情況。

2.2.2 參數(shù)

根據(jù)GB/T 6723—2017，國(guó)標(biāo)冷彎開(kāi)口型鋼的主要參數(shù)包含尺寸（共4個(gè)尺寸）、理論重量、截面面積、重心、慣性矩、回轉(zhuǎn)半徑、截面模數(shù)等10項(xiàng)。根據(jù)指南，美標(biāo)冷彎開(kāi)口型鋼除了包含國(guó)標(biāo)中的性能參數(shù)外，還包含有效性能參數(shù)和扭轉(zhuǎn)等性能參數(shù)共20項(xiàng)。指南里還列出了C型鋼用作幕墻的數(shù)據(jù)表、組合軸與橫向載荷數(shù)據(jù)表、地板與屋頂梁跨度數(shù)據(jù)表和腹板屈曲數(shù)據(jù)表，所有數(shù)據(jù)的計(jì)算均遵循AISIS100-16和AISI S240-20的要求，并且適用情況都有明確規(guī)定。

另外，GB/T 6723—2017表5冷彎內(nèi)卷邊槽鋼基本尺寸與主要參數(shù)有誤，180×70×20×2.5的截面面積為9.48，根據(jù)長(zhǎng)方形面積公式算出截面面積應(yīng)為8.5。

通過(guò)中美型號(hào)與參數(shù)的對(duì)比可知，美標(biāo)數(shù)據(jù)完備而詳細(xì)，為設(shè)計(jì)選型和產(chǎn)品生產(chǎn)提供了依據(jù)。國(guó)標(biāo)型號(hào)方面存在型號(hào)缺失問(wèn)題，且多數(shù)冷彎開(kāi)口型鋼的厚度都達(dá)到10 mm以上，已經(jīng)遠(yuǎn)超涂鍍類材料的厚度范圍，并且與建筑類的次構(gòu)件不屬于同一個(gè)產(chǎn)品系列。

2.3 二次加工

2021年10月21日，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的意見(jiàn)》明確：“大力發(fā)展裝配式建筑，重點(diǎn)推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設(shè)，不斷提升構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化水平，推動(dòng)形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)智能建造和建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展。”隨后各地方政府也為推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展規(guī)定了在新建建筑中所占比例。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑，目前由工廠組裝現(xiàn)場(chǎng)安裝已經(jīng)是一種大趨勢(shì)。出于對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的考慮，檁條的二次加工逐漸由鋼結(jié)構(gòu)建造企業(yè)轉(zhuǎn)向檁條生產(chǎn)企業(yè)，由于后者普遍沒(méi)有前者的技術(shù)實(shí)力，標(biāo)準(zhǔn)在檁條二次加工中就具有不可替代的重要意義，而目前國(guó)標(biāo)和行標(biāo)在二次加工領(lǐng)域尚未涉及。

美標(biāo)指南中規(guī)定了C型鋼面對(duì)面和背對(duì)背兩種二次加工的要求，包括面對(duì)面和背對(duì)背加工，并提供了相應(yīng)的載荷數(shù)據(jù)表。在AISI S240-20中，除了以上兩種情況涉及的彎曲、剪力和腹板屈曲等，還有一整章闡述二次加工中桁架的設(shè)計(jì)制造細(xì)節(jié)。

美標(biāo)對(duì)冷彎開(kāi)口型鋼的二次加工的規(guī)定是由于美國(guó)裝配式建筑發(fā)展較早，市場(chǎng)已經(jīng)比較成熟。而我國(guó)目前裝配式建筑還處于起步階段?？梢钥紤]先規(guī)定各種二次加工的類型以及加工公差等要求，隨著裝配式建筑的市場(chǎng)不斷成熟再逐步完善標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容。

2.4 安裝

美標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)用冷彎開(kāi)口型鋼的安裝也做了詳細(xì)的規(guī)定，其中AISI S240從材料條件、結(jié)構(gòu)框架、連接和其他多個(gè)維度做出了規(guī)定，指南中也有安裝的相關(guān)示例圖可供參考。

目前，GB/ T 6723和GB/ T 6725并沒(méi)有安裝的相關(guān)內(nèi)容，GB 50018—2002《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中的11.1規(guī)定了少量關(guān)于制作和安裝的內(nèi)容。由于GB 50018—2002已發(fā)布實(shí)施二十余年，并且其主要闡述包含壓型鋼板在內(nèi)的所有建筑用冷彎型鋼的設(shè)計(jì)與計(jì)算。與美標(biāo)相比，國(guó)標(biāo)有關(guān)檁條的安裝內(nèi)容參考價(jià)值并不高。因此，與二次加工類似，國(guó)標(biāo)可以從檁條在鋼結(jié)構(gòu)建筑中最普遍的使用場(chǎng)景入手，對(duì)安裝中涉及的結(jié)構(gòu)框架與連接節(jié)點(diǎn)做出規(guī)定，以后逐步細(xì)化到特殊使用場(chǎng)景的相關(guān)要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

中美關(guān)于冷彎開(kāi)口型鋼標(biāo)準(zhǔn)除了以上對(duì)比的四個(gè)維度，AISI S240中還有對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制的嚴(yán)格規(guī)定，并有接近一半的篇幅是對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)中每個(gè)章節(jié)的解釋與說(shuō)明。從標(biāo)準(zhǔn)更新的版本頻次來(lái)看，現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB/T 6723是2017年發(fā)布，代替的是2008年版本，10年只更新了一次，現(xiàn)行AISI S240是2020年發(fā)布，往前版本分別為2015年、2012年和2007年，14年更新了三次，平均4.6年更新一次，較快的更新頻率可以使標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)融合最新的行業(yè)實(shí)踐以及研究成果，緊跟冷彎成型技術(shù)的最新進(jìn)展，從而更好地發(fā)揮了標(biāo)準(zhǔn)在行業(yè)內(nèi)的指導(dǎo)作用。

總體來(lái)說(shuō)，美標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)用冷彎開(kāi)口型鋼行業(yè)提供了全面的指導(dǎo)與規(guī)范，對(duì)冷彎型鋼涉及建筑的各個(gè)方面進(jìn)行了詳盡的覆蓋，包括材料性能、設(shè)計(jì)因素、制造質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)件識(shí)別、安裝技術(shù)和公差等，服務(wù)了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)到施工再到檢驗(yàn)的全過(guò)程，詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容有助于冷彎型鋼建筑項(xiàng)目的質(zhì)量一致性、安全性和可靠性。

標(biāo)準(zhǔn)是科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要紐帶，是產(chǎn)品成熟度和市場(chǎng)創(chuàng)新成熟度的重要指標(biāo)，也是推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要手段。高質(zhì)量的冷彎開(kāi)口型鋼標(biāo)準(zhǔn)，能夠更好地指導(dǎo)行業(yè)發(fā)展，成為行業(yè)發(fā)展的重要力量，并具有蓬勃的生命力。雖然我國(guó)在構(gòu)用冷彎開(kāi)口型鋼有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)上比美國(guó)還有一定的差距，但隨著技術(shù)發(fā)展和國(guó)家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化工作的高度重視，我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)得到進(jìn)一步的修訂升級(jí)和完善，更好地適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需要，更好地助力行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介

孫堯，碩士研究生，研究方向?yàn)榻ㄖ美鋸澬弯摗?/p>

李軍，通信作者，碩士研究生，研究員，研究方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)化。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）