熱軋H型鋼在民用建筑中推廣應(yīng)用瓶頸及對(duì)策分析

付 潔， 劉彥生， 張一舟， 邢 軍， 吳保橋， 施 剛， 王 喆

(1 清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100084；2 馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心，馬鞍山 243000；3 清華大學(xué)土木工程系，北京 100084；4 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100048)

0 概述

改革開放以來，我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展迅猛，截至2021年，鋼產(chǎn)量已經(jīng)穩(wěn)居全球第一。目前國(guó)內(nèi)鋼鐵需求量最大的就是房地產(chǎn)行業(yè)和基建行業(yè)。

我國(guó)“十四五”規(guī)劃綱要提出“碳達(dá)峰、碳中和”的大戰(zhàn)略，對(duì)建筑領(lǐng)域提出了持續(xù)綠色發(fā)展的理念與要求。鋼結(jié)構(gòu)建筑的大規(guī)模推廣應(yīng)用順應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略要求，是建筑業(yè)發(fā)展的大方向之一。

熱軋H型鋼具有截面尺寸精度高、力學(xué)性能好、無需焊接和焊縫檢測(cè)工序、制造能耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在提升鋼結(jié)構(gòu)建造質(zhì)量，降低能耗方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)資料，早在2002年國(guó)外熱軋H型鋼年產(chǎn)量達(dá)到1000萬t以上，用量占鋼結(jié)構(gòu)中鋼材總量的50%左右[1]；而截至2017年，國(guó)內(nèi)熱軋H型鋼用量只占鋼結(jié)構(gòu)中鋼材總量的5%～20%[2]，發(fā)展的空間很大。并且工業(yè)建筑中熱軋H型鋼用量明顯大于民用建筑，因此應(yīng)著重推進(jìn)民用建筑中對(duì)熱軋H型鋼的應(yīng)用。

隨著鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，熱軋H型鋼品種、質(zhì)量和規(guī)格等問題已有了基本成熟的解決方案，熱軋H型鋼在民用鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用條件也已經(jīng)具備。熱軋H型鋼的推廣更能夠直接推進(jìn)建筑工業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，推動(dòng)建筑業(yè)綠色環(huán)保、高質(zhì)量發(fā)展。

1 熱軋H型鋼應(yīng)用瓶頸

近年來，雖然熱軋H型鋼生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)適用性更強(qiáng)的熱軋H型鋼方面做了不少努力，但熱軋H型鋼在民用鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域的推廣中仍然遇到了很大困難。

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《熱軋H型鋼和剖分T型鋼》(GB/T 11263—2017)[3]規(guī)定，熱軋H型鋼產(chǎn)品類目分為四類：HW型、HM型、HN型和HT型。其中HW型為寬翼緣熱軋H型鋼，適用于受壓或壓彎構(gòu)件；HN型為窄翼緣H型鋼，適用于受彎構(gòu)件；HM型為中翼緣H型鋼，介于寬翼緣HW型和窄翼緣HN型之間；HT型為薄壁H型鋼，翼緣和腹板更薄。

從型鋼類型來說，現(xiàn)有熱軋H型鋼種類還是較豐富的。但是，由于熱軋H型鋼分為常用型號(hào)和非標(biāo)型號(hào)，可使用的熱軋H型鋼型號(hào)非常有限。部分常用型號(hào)如表1所示[4]，以HN型為例，在200～900mm高范圍內(nèi)常用型號(hào)每種高度僅有一種；非標(biāo)型號(hào)200～500mm高范圍內(nèi)每種高度僅有一種，500mm以上高度每種高度有兩種。由于非標(biāo)型號(hào)供貨商通常沒有大量庫(kù)存，采購(gòu)會(huì)有3個(gè)月左右的訂貨期。依據(jù)我國(guó)目前的設(shè)計(jì)流程與建設(shè)速度，基本無法滿足設(shè)計(jì)建造周期要求，一般設(shè)計(jì)僅選用常用型號(hào)。綜合以上兩點(diǎn)，民用建筑常用梁高400～600mm范圍內(nèi)僅有四種常用規(guī)格可選，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足民用建筑的設(shè)計(jì)需求。民用建筑要求在同一高度的截面類型豐富，截面寬度、截面慣性矩等參數(shù)級(jí)差細(xì)分，可選項(xiàng)更多，以便能同時(shí)滿足建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及使用要求。

現(xiàn)有熱軋H型鋼常用型號(hào) 表1

此外，除了一般熱軋H型鋼的產(chǎn)品規(guī)格較少，重型熱軋H型鋼的規(guī)格也比較混亂，高強(qiáng)熱軋H型鋼專有規(guī)格欠缺。因此熱軋H型鋼產(chǎn)品規(guī)格需要整體調(diào)整，以適應(yīng)民用建筑的設(shè)計(jì)要求。

2 民用建筑領(lǐng)域鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

熱軋H型鋼產(chǎn)品線的規(guī)劃需要對(duì)使用場(chǎng)景進(jìn)行分析。與工業(yè)建筑不同，民用建筑領(lǐng)域自身特點(diǎn)非常鮮明。民用建筑領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要與建筑設(shè)計(jì)密切配合，以達(dá)到“結(jié)構(gòu)成就建筑之美”。

首先，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸受限。在工業(yè)建筑領(lǐng)域，工藝是主導(dǎo)專業(yè)，對(duì)建筑形式的要求不高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以受力合理為首要因素，可以通過調(diào)整梁高來解決受力問題，效率更高更合理。現(xiàn)有熱軋H型鋼規(guī)格以截面力學(xué)性能合理為目標(biāo)，與工業(yè)建筑的需求吻合。但在民用建筑領(lǐng)域，建筑形式是主導(dǎo)方向，建筑設(shè)計(jì)時(shí)追求空間布置的合理性，梁的高度通常是控制性指標(biāo)，結(jié)構(gòu)必須在有限高度下解決工程問題，一般通過調(diào)整翼緣的寬度和厚度來解決問題，效率不是最優(yōu)，使用的梁截面也是“有條件的合理”?，F(xiàn)有熱軋H型鋼每種高度基本只有1～2種規(guī)格，缺乏這種“有條件的合理”規(guī)格，不便于在民用建筑領(lǐng)域的使用。

此外，如考慮選用非標(biāo)規(guī)格解決可選常用規(guī)格少的問題，除了采購(gòu)周期長(zhǎng)，還存在各種規(guī)格間尺寸細(xì)微偏差的問題。由于非標(biāo)規(guī)格和常用規(guī)格的熱軋H型鋼雖然名義尺寸一致，但是其準(zhǔn)確尺寸還是存在一定的差別，對(duì)配套的建筑幕墻、屋面系統(tǒng)都會(huì)有一定要求，會(huì)造成后期安裝、裝修的尺寸問題，這需要產(chǎn)業(yè)鏈整體配套解決。

其次，民用建筑領(lǐng)域?qū)?jīng)濟(jì)性的要求更高。在工業(yè)建筑領(lǐng)域，一般結(jié)構(gòu)造價(jià)占工業(yè)項(xiàng)目總投資的比例很低，對(duì)用鋼量的要求不高。工業(yè)建筑選用熱軋H型鋼時(shí)，其級(jí)次間距大的問題不突出。在民用建筑領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)造價(jià)占比很大，經(jīng)濟(jì)性的問題非常突出：1)民用建筑需要在相同梁高下通過細(xì)化區(qū)分翼緣寬度、厚度達(dá)到相對(duì)更經(jīng)濟(jì)合理的用鋼量，而現(xiàn)有熱軋H型鋼級(jí)次間距大，用鋼量不好控制；2)非標(biāo)規(guī)格熱軋H型鋼的級(jí)次區(qū)分依然偏少，并且采購(gòu)周期長(zhǎng)，價(jià)格也不占優(yōu)勢(shì)；3)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)也不完善，單純以用鋼量來衡量經(jīng)濟(jì)性，人工、環(huán)境成本也不體現(xiàn)在用鋼量中，因此不能充分體現(xiàn)熱軋H型鋼的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

以一些工程實(shí)例來論證上述觀點(diǎn)，如下：

(1)以HN型熱軋H型鋼為例，結(jié)構(gòu)中常用的截面高度為300～600mm，市場(chǎng)常用規(guī)格的比較如表2。可見，每一級(jí)常用規(guī)格之間截面面積、截面慣性矩、截面抵抗矩的級(jí)差較大。例如一實(shí)際工程軸網(wǎng)十分規(guī)則，次梁跨度荷載基本相同，若次梁采用HN350×175截面的熱軋H型鋼略不滿足設(shè)計(jì)要求，則只能向上越級(jí)選擇采用HN400×200截面的，則該次梁的用鋼量將增加30%以上，經(jīng)濟(jì)性差。

300～600mm高HN型熱軋H型鋼常用型號(hào)比較 表2

(2)以結(jié)構(gòu)中常用的截面高度600mm的H型鋼梁為例，常用規(guī)格的熱軋H型鋼與焊接H型鋼的理論重量和截面慣性矩的比較見表3。其中HN，HM為熱軋H型鋼型號(hào)，H為焊接H型鋼型號(hào)?？梢?，兩種常用熱軋H型鋼規(guī)格HN600×200×11×17和HM588×300×12×20之間理論重量相差超過HN600×200×11×17熱軋H型鋼理論重量的42%，即使將非標(biāo)規(guī)格計(jì)算在內(nèi)熱軋H型鋼各級(jí)級(jí)差也超過10%，并且該高度下最大的熱軋H型鋼截面慣性矩也不能完全滿足實(shí)際常用的焊接H型鋼的截面要求。焊接H型鋼經(jīng)常會(huì)用到更厚的翼緣(25～30mm)，控制截面高度不變，通過調(diào)整翼緣寬度級(jí)差(150，200，250，300mm等)來滿足經(jīng)濟(jì)性要求。最后還有建筑設(shè)計(jì)時(shí)建筑師的選擇偏好問題，比如焊接H型鋼H600×200×12×25和熱軋H型鋼HM582×300×12×17，兩者的慣性矩和用鋼量基本相同，但建筑設(shè)計(jì)師更偏向于使用前者。因此在實(shí)際工程使用中，現(xiàn)有熱軋H型鋼型號(hào)無法完全滿足設(shè)計(jì)要求，焊接H型鋼因其截面選擇靈活性，具有一定優(yōu)勢(shì)。

最后，與國(guó)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)比，探討我國(guó)民用建筑領(lǐng)域需求的特殊性。國(guó)外建筑設(shè)計(jì)更加精細(xì)化，例如通過在鋼梁腹板開洞的方式解決安裝問題，對(duì)梁高的要求就可以適當(dāng)寬松。發(fā)達(dá)國(guó)家一般建筑通常對(duì)用鋼量的要求也不那么嚴(yán)格，由于人工、環(huán)境成本高，綜合經(jīng)濟(jì)效益是主要考察因素。以上特點(diǎn)有利于熱軋H型鋼大面積的使用。而我國(guó)對(duì)民用建筑的設(shè)計(jì)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)計(jì)水平還有一定的差距。從另一個(gè)角度來說，歐美的熱軋H型鋼規(guī)格也比我國(guó)目前的常用規(guī)格豐富。基于國(guó)內(nèi)的建筑業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，熱軋H型鋼級(jí)差應(yīng)更細(xì)化，規(guī)格應(yīng)更豐富，才能體現(xiàn)其綜合經(jīng)濟(jì)效益。

600mm高熱軋H型鋼與常用焊接H型鋼的理論重量和截面慣性矩比較 表3

3 熱軋H型鋼推廣路徑與方向

熱軋H型鋼在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有以下優(yōu)勢(shì)：產(chǎn)品質(zhì)量好可靠度高；工業(yè)化生產(chǎn)力學(xué)性能穩(wěn)定；相比焊接H型鋼殘余應(yīng)力小。

熱軋H型鋼的綜合經(jīng)濟(jì)效益也具有優(yōu)勢(shì)：市場(chǎng)成熟后產(chǎn)品的供貨周期短；與焊接H型鋼相比節(jié)省焊接費(fèi)用、加工損耗??；工業(yè)化生產(chǎn)符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，更加綠色環(huán)保。

在民用建筑領(lǐng)域，熱軋H型鋼具有很大的發(fā)展前景，應(yīng)該得到大力推廣。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是源頭，直接主導(dǎo)選材選型，因此熱軋H型鋼的推廣要從設(shè)計(jì)行業(yè)的需求和習(xí)慣著手。生產(chǎn)廠家要充分了解和梳理設(shè)計(jì)行業(yè)的需求，根據(jù)設(shè)計(jì)需求改進(jìn)產(chǎn)品型號(hào)，使產(chǎn)品線適用于民用建筑；整理匯總熱軋H型鋼的設(shè)計(jì)技術(shù)文件，便于設(shè)計(jì)人員查找使用；完善生產(chǎn)工藝與配套技術(shù)，開拓市場(chǎng)，引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員使用更為經(jīng)濟(jì)合理的H型鋼類目。

為推動(dòng)民用建筑行業(yè)進(jìn)步，許多生產(chǎn)、設(shè)計(jì)單位、科研機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了關(guān)于熱軋H型鋼工程應(yīng)用推廣方向的探討。我國(guó)熱軋H型鋼的主要應(yīng)用包括民用住宅、高檔超高層建筑、民航站樓、民航機(jī)庫(kù)、體育場(chǎng)館等[5]。隨著民用建筑技術(shù)發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓展。相比焊接H型鋼，熱軋H型鋼具有精度高、殘余應(yīng)力小、無時(shí)效變形、可大量供貨的優(yōu)點(diǎn)，但型鋼規(guī)格數(shù)量不全，長(zhǎng)度受限[6]。而且在設(shè)計(jì)方法上現(xiàn)行規(guī)范也缺乏針對(duì)性。國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝脫節(jié)[7]。某大型產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目“熱軋H型鋼(含重型)應(yīng)用研究”正在開展，聯(lián)合設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、科研各方力量，針對(duì)熱軋H型鋼(含重型)研究其適合工程應(yīng)用推廣的截面尺寸規(guī)格、材料性能特點(diǎn)、設(shè)計(jì)指標(biāo)、構(gòu)件力學(xué)性能以及配套的焊接工藝等，形成適用于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)方法，編制技術(shù)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)圖集，并推進(jìn)示范工程落地實(shí)施，為熱軋H型鋼的廣泛應(yīng)用提供直接支撐。

4 熱軋H型鋼設(shè)計(jì)對(duì)策

通過對(duì)民用建筑領(lǐng)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的梳理總結(jié)，基于民用建筑領(lǐng)域需求，以力學(xué)原理為基礎(chǔ)，從構(gòu)件類型、使用類型、鋼材強(qiáng)度、級(jí)次劃分等方面入手，梳理熱軋H型鋼的設(shè)計(jì)對(duì)策，如圖1所示。

圖1 熱軋H型鋼設(shè)計(jì)對(duì)策

4.1 從構(gòu)件類型入手

4.1.1 數(shù)據(jù)調(diào)研

進(jìn)行熱軋H型鋼民用工程使用大數(shù)據(jù)調(diào)研。通過調(diào)研民用建筑常用設(shè)計(jì)參數(shù)，參考設(shè)計(jì)人員選用習(xí)慣，提出適用合理的截面尺寸類型。

4.1.2 梁式受彎構(gòu)件常用H型鋼截面特點(diǎn)

民用建筑的受彎構(gòu)件截面通常由撓度或抗彎承載力控制，采用高、窄、腹板較薄截面的構(gòu)件經(jīng)濟(jì)效益好。

梁式受彎構(gòu)件常用截面特點(diǎn)如下：1)H/B(截面高度/寬度)約為2～3倍；2)腹板在滿足受彎構(gòu)件局部穩(wěn)定要求下盡量??；3)翼緣厚度在滿足板件局部穩(wěn)定的要求的基礎(chǔ)上逐級(jí)加厚；4)主梁高主要在300～700mm范圍內(nèi)，次梁高主要在200～500mm范圍內(nèi)，應(yīng)在此范圍內(nèi)重點(diǎn)細(xì)化級(jí)次。

4.1.3 常規(guī)軸心受壓或壓彎構(gòu)件常用H型鋼截面特點(diǎn)

柱、支撐、普通桁架弦桿和腹桿，控制因素通常為截面面積和回轉(zhuǎn)半徑(影響構(gòu)件整體穩(wěn)定的參數(shù))。

常規(guī)軸心受壓或壓彎構(gòu)件常用截面特點(diǎn)如下：

1)H/B(截面高度/寬度)約為1～1.5倍；2)腹板滿足壓彎構(gòu)件局部穩(wěn)定要求(高于受彎構(gòu)件)；3)翼緣厚度在滿足板件局部穩(wěn)定的要求的基礎(chǔ)上逐級(jí)加厚；4)截面高度主要在300～700mm范圍內(nèi)。目前HW型H型鋼常用截面只到500mm×500mm，建議增加截面，細(xì)化級(jí)次。

4.1.4 重型桁架、支撐構(gòu)件常用H型鋼截面特點(diǎn)

高層、超高層建筑中伸臂桁架和腰桁架，展覽建筑、體育建筑等大跨度樓層桁架、大跨度樓面組合梁等，常會(huì)用到重型桁架或大尺寸支撐構(gòu)件。此類構(gòu)件通常內(nèi)力巨大且受力情況復(fù)雜，同時(shí)構(gòu)件截面尺寸也會(huì)受到建筑等專業(yè)的條件限制，適用重型熱軋H型鋼。

重型H型鋼是熱軋H型鋼中一個(gè)類目，在國(guó)外已經(jīng)有了相當(dāng)成熟的市場(chǎng)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和日本標(biāo)準(zhǔn)中都有相應(yīng)規(guī)格的產(chǎn)品。日本JFE開發(fā)的Super Hislend H型鋼系列產(chǎn)品就是重型熱軋H型鋼的代表產(chǎn)品之一[8]。隨著生產(chǎn)技術(shù)的提升，國(guó)內(nèi)目前已有廠家可以生產(chǎn)重型熱軋H型鋼，在國(guó)內(nèi)屬于一種新產(chǎn)品線。重型H型鋼是指每米質(zhì)量不低于300kg或翼緣厚度不低于40mm的熱軋H型鋼[4]。國(guó)內(nèi)重型熱軋H型鋼的極限產(chǎn)品規(guī)格如圖2所示。

圖2 重型熱軋H型鋼極限規(guī)格

對(duì)重型熱軋H型鋼的需求可以分為兩類：強(qiáng)度需求、剛度需求。如果為了滿足強(qiáng)度需求，還可以將重型熱軋H型鋼與高強(qiáng)熱軋H型鋼相結(jié)合。

目前重型熱軋H型鋼產(chǎn)品規(guī)格還比較粗放，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有重型鋼截面進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)受力性能進(jìn)行研究。

4.2 從使用類型入手

4.2.1 分類進(jìn)行產(chǎn)品性能研究

對(duì)于普通型熱軋H型鋼，產(chǎn)品性能已經(jīng)比較穩(wěn)定，主要應(yīng)通過與焊接H型鋼產(chǎn)品性能對(duì)比，從產(chǎn)品外觀、受力性能等方面，量化熱軋H型鋼的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于重型熱軋H型鋼，其力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法研究還有進(jìn)一步的發(fā)展空間，主要研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括重型熱軋H型鋼Z向性能研究、殘余應(yīng)力分布試驗(yàn)研究等。通過總結(jié)重型熱軋H型鋼的設(shè)計(jì)方法與經(jīng)濟(jì)合理截面，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)方向。

對(duì)于高強(qiáng)熱軋H型鋼，其力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法研究較為缺乏，應(yīng)重點(diǎn)研究板件厚度對(duì)構(gòu)件整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的影響。亟需確定高強(qiáng)熱軋H型鋼的專屬經(jīng)濟(jì)合理截面，保證產(chǎn)品安全，正確指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)方向。

設(shè)計(jì)單位應(yīng)與科研單位緊密配合，使重型熱軋H型鋼和高強(qiáng)熱軋H型鋼的研究方向能更好地服務(wù)于工程，更具實(shí)際意義。

4.2.2 分類開拓?zé)彳圚型鋼的使用場(chǎng)景

普通型熱軋H型鋼用于常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)；重型熱軋H型鋼用于復(fù)雜、大型鋼結(jié)構(gòu)；輕型熱軋H型鋼則不拘泥于主體結(jié)構(gòu)用鋼，向建筑裝飾領(lǐng)域推廣，可用于輕型屋面檁條、幕墻龍骨等應(yīng)用場(chǎng)景。

為此應(yīng)對(duì)現(xiàn)有輕型熱軋H型鋼HT型系列進(jìn)行改進(jìn)，盡量調(diào)整外形尺寸為整數(shù)，具體外形參數(shù)可參考高頻焊接薄壁H型鋼，開拓新的使用方式。

4.3 從鋼材強(qiáng)度入手

現(xiàn)有民用建筑用鋼的主要強(qiáng)度為Q235，Q355，但Q390，Q420乃至Q460也已經(jīng)開始逐步推廣使用。我國(guó)高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)工藝已經(jīng)較為成熟，相關(guān)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也在逐步完善，其經(jīng)濟(jì)性將使高強(qiáng)熱軋H型鋼成為未來發(fā)展方向之一。熱軋H型鋼應(yīng)借此發(fā)展良機(jī)，占領(lǐng)市場(chǎng)，形成高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)力量。

目前熱軋H型鋼的主要使用的鋼材強(qiáng)度為Q235，Q355型；而使用強(qiáng)度為Q390，Q420，Q460及以上鋼材的熱軋H型鋼的生產(chǎn)工藝雖然也已經(jīng)基本成熟，但是產(chǎn)品性能的相關(guān)科研工作亟需開展。由于高強(qiáng)鋼的板件局部穩(wěn)定性能減弱，高強(qiáng)熱軋H型鋼截面設(shè)計(jì)時(shí)須注意加厚腹板和翼緣，以保證構(gòu)件局部穩(wěn)定。不應(yīng)全盤照搬普通熱軋H型鋼截面，存在安全隱患。

4.4 從優(yōu)化產(chǎn)品級(jí)次入手

4.4.1 熱軋H型鋼與焊接H型鋼經(jīng)濟(jì)效益調(diào)研

熱軋H型鋼與焊接H型鋼的經(jīng)濟(jì)性比較，主要是型鋼價(jià)格與鋼板價(jià)格及焊接H型鋼的制造成本的比較。

用普通鋼板、型材焊接組合鋼構(gòu)件比使用H型鋼增加鋼材:鋼材下料增加損失約10%～12%；考慮焊接應(yīng)力多用鋼材約10%～20%；多消耗焊條重量損失約1%～2%[9]。根據(jù)2002～2004年的價(jià)格數(shù)據(jù)顯示，熱軋H型鋼價(jià)格減去中板(10mm)價(jià)格的價(jià)差小于等于25元/t時(shí)(25元/t為除管理費(fèi)、設(shè)備折舊外焊接H型鋼的制造成本)，將對(duì)熱軋H型鋼消費(fèi)有大大促進(jìn)作用[10]。

隨著人工成本與環(huán)境成本增加，這個(gè)數(shù)據(jù)已不再能反映當(dāng)前國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，因此需要以常用截面為基礎(chǔ)，調(diào)研熱軋H型鋼與焊接H型鋼的單位價(jià)格、加工費(fèi)用、加工損耗、環(huán)境效益等多方面情況。

通過調(diào)研結(jié)果，提出更合理的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)：一方面兩者價(jià)格應(yīng)取包含以上因素的綜合單價(jià)；另一方面結(jié)構(gòu)不應(yīng)單純依據(jù)每平米用鋼量來衡量，而應(yīng)采用價(jià)格當(dāng)量的方式來評(píng)價(jià)。鋼結(jié)構(gòu)價(jià)格當(dāng)量應(yīng)通過以下方式計(jì)算：鋼結(jié)構(gòu)價(jià)格當(dāng)量=(熱軋H型鋼用鋼量×熱軋H型鋼綜合單價(jià)+焊接H型鋼用鋼量×焊接H型鋼綜合單價(jià))/面積。這樣才能綜合考量各種經(jīng)濟(jì)指標(biāo)帶來的影響，體現(xiàn)熱軋H型鋼綜合經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)勢(shì)。

4.4.2 優(yōu)化產(chǎn)品級(jí)次

優(yōu)化產(chǎn)品級(jí)次是熱軋H型鋼能否順利推廣的關(guān)鍵工作。應(yīng)從工程適用性和經(jīng)濟(jì)性的角度，平衡熱軋H型鋼產(chǎn)品級(jí)次劃分。

工程適用性指的是從工程常用跨度、荷載等方面考慮，總結(jié)整理工程中常用的產(chǎn)品型號(hào)，形成產(chǎn)品序列，使工程人員可以根據(jù)實(shí)際情況選取適用的型號(hào)。

經(jīng)濟(jì)性是指不能僅憑需求一味細(xì)分級(jí)次，應(yīng)科學(xué)分析，協(xié)調(diào)增加產(chǎn)品級(jí)次造成的生產(chǎn)成本增加與節(jié)省的用鋼量帶來的產(chǎn)品價(jià)格降低之間的平衡；協(xié)調(diào)產(chǎn)品級(jí)次價(jià)差與焊接H型鋼價(jià)差的平衡，以此控制不同級(jí)次的產(chǎn)品之間理論重量差。

不要求熱軋H型鋼產(chǎn)品級(jí)次能夠100%滿足工程需求，而是需要在適用性和經(jīng)濟(jì)性之間取得平衡，滿足大多數(shù)工程的需求。

5 熱軋H型鋼規(guī)格設(shè)置方案

要使得熱軋H型鋼在民用建筑領(lǐng)域得到進(jìn)一步推廣，必然要求優(yōu)化現(xiàn)有熱軋H型鋼規(guī)格，增補(bǔ)適用于民用建筑的型鋼類型與截面。應(yīng)研究制定適用于民用建筑的熱軋H型鋼表。

對(duì)民用熱軋H型鋼表的整體設(shè)置方案有如下幾個(gè)層級(jí)：

(1)整體型鋼表中所有規(guī)格數(shù)據(jù)均需經(jīng)過研究和檢驗(yàn)，可滿足質(zhì)量要求。型鋼表按受力情況分類，表內(nèi)型號(hào)在給定使用條件下無需再專門驗(yàn)算構(gòu)件局部穩(wěn)定，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序，減小工程風(fēng)險(xiǎn)，方便設(shè)計(jì)人員使用。

(2)設(shè)置市場(chǎng)常用規(guī)格簡(jiǎn)表。通過與各大設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員研討，對(duì)工程項(xiàng)目常用H型鋼截面進(jìn)行調(diào)研，并經(jīng)過科學(xué)分析來確定H型鋼截面?？偨Y(jié)常規(guī)結(jié)構(gòu)常用的不同鋼材型號(hào)及對(duì)應(yīng)的常用型鋼截面，保證型鋼型號(hào)級(jí)次合理，經(jīng)濟(jì)適用；對(duì)常用荷載、跨度、間距進(jìn)行梳理，整理出可供設(shè)計(jì)人員參考的推薦型鋼型號(hào)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)人員適應(yīng)熱軋H型鋼的設(shè)計(jì)模式，引導(dǎo)拓展行業(yè)的設(shè)計(jì)方式。

(3)設(shè)置定制規(guī)格型鋼表。對(duì)于一些大型、重點(diǎn)、復(fù)雜項(xiàng)目，市場(chǎng)常用規(guī)格的熱軋H型鋼不能滿足使用要求，可以提供相關(guān)參數(shù)，允許設(shè)計(jì)人員向廠家定制型鋼表中存在的非標(biāo)熱軋H型鋼，以達(dá)到質(zhì)量可控的目的。

6 結(jié)語

熱軋H型鋼具有性能優(yōu)良、節(jié)能減排，安全可靠、綠色環(huán)保、綜合經(jīng)濟(jì)效益高等眾多優(yōu)勢(shì)。但目前存在產(chǎn)品級(jí)次與民用建筑設(shè)計(jì)特點(diǎn)不匹配的問題。通過調(diào)查與總結(jié)，對(duì)熱軋H型鋼的生產(chǎn)和應(yīng)用推廣提出以下建議：

(1)建議按構(gòu)件類型和使用類型重新定制型鋼表，貼合設(shè)計(jì)人員使用習(xí)慣。

(2)建議按構(gòu)件類型分別確定產(chǎn)品級(jí)次，滿足不同構(gòu)件的選型要求。

(3)建議針對(duì)重型熱軋H型鋼、高強(qiáng)熱軋H型鋼開展基礎(chǔ)性研究，提出具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)方法，引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)方向。

(4)建議研發(fā)推出與熱軋H型鋼配套的連接方式，特別是重型熱軋H型鋼和高強(qiáng)熱軋H型鋼的焊接性能還需要專門研究。

相信通過設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造多方共同努力，熱軋H型鋼在民用建筑領(lǐng)域的應(yīng)用前景會(huì)非常廣泛。