摘 要：本文針對鋼結(jié)構(gòu)建筑中的一類次構(gòu)件冷彎開口型鋼，介紹了中國和美國相關(guān)現(xiàn)行標準概況，并從材料、型號與參數(shù)、二次加工和安裝四個維度開展對比分析，找出中國與美國相關(guān)標準的具體差異，有針對性地提出我國相關(guān)標準的修改建議，對提升冷彎型鋼行業(yè)整體水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞：冷彎開口型鋼，鋼結(jié)構(gòu)，標準對比

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

0 引 言

近年來，鋼結(jié)構(gòu)因具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工裝配化程度高等特點，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)的冷彎開口型鋼。這在我國市場上具有成熟的配套體系。但我國相關(guān)的產(chǎn)品標準從20世紀80年代延續(xù)至今，存在著熱鍍鋅材料與熱軋材料混編、開口型鋼型號缺失等問題，不能很好地服務(wù)于從事產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和施工的相關(guān)企業(yè)，與發(fā)達國家同類產(chǎn)品標準相比存在一定差距。通過與美國結(jié)構(gòu)用冷彎型鋼標準的對比分析，找出存在的問題和差距，對完善我國相關(guān)標準以及提升行業(yè)整體水平具有重要意義。

1 中美結(jié)構(gòu)用冷彎開口型鋼標準基本情況

目前，我國關(guān)于結(jié)構(gòu)用冷彎開口型鋼的標準主要有GB/T 6723—2017《通用冷彎開口型鋼》、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》。美國主要有三項標準，分別是美國材料與試驗協(xié)會的ASTMC 955—18《結(jié)構(gòu)用冷彎型鋼標準規(guī)范》、美國鋼鐵協(xié)會的AISI S 240—20《北美冷彎型鋼結(jié)構(gòu)框架標準》和鋼框架行業(yè)協(xié)會的《冷彎型鋼框架產(chǎn)品技術(shù)指南》（簡稱“指南”）。表1總結(jié)了中美冷彎開口型鋼標準的基本情況。

2 標準具體內(nèi)容對比

2.1 材料

為了兼具防腐性與經(jīng)濟性，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。我國較早時期出于經(jīng)濟性考慮，有的檁條會選用熱軋帶鋼生產(chǎn)，現(xiàn)在高端鋼結(jié)構(gòu)建筑甚至會選用不銹鋼帶鋼生產(chǎn)。當前中國和美國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，但未對檁條這種冷彎開口型鋼提出具體要求。建筑工業(yè)行業(yè)標準JG/T 380—2012針對6 mm以下的薄壁材料規(guī)定較為詳細，鋅層厚度為雙面不小于180 g/m2（Z180），材料厚度公差為±8%。對于現(xiàn)行市場而言，該厚度公差過大。美國標準對原材料規(guī)定較為詳細，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，材料實際厚度不能小于設(shè)計厚度的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，美國標準還規(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)品的屈強度服主要取決于原材料的屈服強度。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)，中美兩國冷彎型鋼原材料的屈服強度選擇都比較寬泛，而指南對結(jié)構(gòu)用的Stud（對應(yīng) GB/T 6723中最主要的檁條型號冷彎內(nèi)卷邊槽鋼）的屈服強度做出了規(guī)定。根據(jù)指南中的截面參數(shù)表，最厚的三個厚度1.72 mm、2.45 mm和3.0 mm的產(chǎn)品屈服強度只有一種，即50 ksi（千磅力每平方英寸），對應(yīng)我國Q345/Q355，從1.72 mm到3.0 mm正是我國冷彎內(nèi)卷邊槽鋼（C型鋼）的最主要厚度范圍。我國可選屈服強度有Q345/Q355、Q235、Q215和Q195。雖然相同厚度的材料屈服強度高會增加成本，但較高的屈服強度可以提高鋼結(jié)構(gòu)的抗變形能力和承載能力，在設(shè)計時可以選用更小的截面尺寸，從而在減少材料使用的同時達到所需的屈服強度指標。

美國標準對材料的規(guī)定非常詳細，既簡化了設(shè)計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存復(fù)雜度，有效提升了相關(guān)企業(yè)的庫存周轉(zhuǎn)率。

2.2 型號與參數(shù)

2.2.1 型號

根據(jù)GB/T 6723—2017中第4章“分類、代號”的規(guī)定，冷彎開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，美國冷彎開口型鋼共分為5種，代號分別是S、T、U、F和L。表2是中美兩國冷彎開口型鋼品種對應(yīng)表，其中CW與F雖有對應(yīng)關(guān)系但截面形狀不一致。

以中美都有的C型鋼做型號做對比。根據(jù)美國指南對結(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遞增，54 mils（即1.37 mm）列出了33 ksi和50 ksi兩種屈服強度的型號。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C型鋼型號。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遞增，表中列出了邊高度從60 mm到600 mm的39中型號。與美標相比，大量的型號我國標準并沒有列出。

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

美標中沒有對Z型鋼做出規(guī)定，但由于Z型鋼與C型鋼型號大致對應(yīng)，所以GB/T 6723中冷彎卷邊Z型鋼的型號同樣缺失較多。除此之外，Z型鋼的型號還存在兩個問題：一是型號截面圖中邊寬度與卷邊高度夾角與實際情況不符。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，而實際使用的型號約為135度鈍角，圖1顯示了冷彎卷邊Z型鋼國標規(guī)定與市場實際使用的型號截面圖差距。二是邊寬度與實際情況不符，由于有些結(jié)構(gòu)中Z型鋼需要搭接，導(dǎo)致兩個邊寬度長短不一樣。比如25號Z型鋼，兩個邊寬度可以同為75 mm，也可以兩邊分別為80 mm和70 mm。當出現(xiàn)大小邊時，Z型鋼并不像C型鋼一樣是縱向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)件，生產(chǎn)過程中的沖孔會引起出料方向問題，但國標中并沒有做出規(guī)定。

冷彎外卷邊槽鋼檁條目前沒有C型鋼和Z型鋼那樣使用廣泛，市場也沒有成熟的型號表可以選用。因此，各鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計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，國標中屬于鍍鋅冷彎外卷邊槽鋼檁條的型號僅有5個。

相比于GB/T 6723—2017，JG/T 380—2012的附錄A中型號雖然更加全面，但目前市場上截面高度30 0 mm以上，厚度3.0 mm以上的型號仍然缺失，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型鋼也沒有明確大小邊的情況。

2.2.2 參數(shù)

根據(jù)GB/T 6723—2017，國標冷彎開口型鋼的主要參數(shù)包含尺寸（共4個尺寸）、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。根據(jù)指南，美標冷彎開口型鋼除了包含國標中的性能參數(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。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)長方形面積公式算出截面面積應(yīng)為8.5。

通過中美型號與參數(shù)的對比可知，美標數(shù)據(jù)完備而詳細，為設(shè)計選型和產(chǎn)品生產(chǎn)提供了依據(jù)。國標型號方面存在型號缺失問題，且多數(shù)冷彎開口型鋼的厚度都達到10 mm以上，已經(jīng)遠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、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推動城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的意見》明確：“大力發(fā)展裝配式建筑，重點推動鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設(shè)，不斷提升構(gòu)件標準化水平，推動形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，推動智能建造和建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展?！彪S后各地方政府也為推動裝配式建筑的發(fā)展規(guī)定了在新建建筑中所占比例。對于鋼結(jié)構(gòu)建筑，目前由工廠組裝現(xiàn)場安裝已經(jīng)是一種大趨勢。出于對經(jīng)濟效益的考慮，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)，由于后者普遍沒有前者的技術(shù)實力，標準在檁條二次加工中就具有不可替代的重要意義，而目前國標和行標在二次加工領(lǐng)域尚未涉及。

美標指南中規(guī)定了C型鋼面對面和背對背兩種二次加工的要求，包括面對面和背對背加工，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)計制造細節(jié)。

美標對冷彎開口型鋼的二次加工的規(guī)定是由于美國裝配式建筑發(fā)展較早，市場已經(jīng)比較成熟。而我國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不斷成熟再逐步完善標準的相關(guān)內(nèi)容。

2.4 安裝

美標對結(jié)構(gòu)用冷彎開口型鋼的安裝也做了詳細的規(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)計與計算。與美標相比，國標有關(guān)檁條的安裝內(nèi)容參考價值并不高。因此，與二次加工類似，國標可以從檁條在鋼結(jié)構(gòu)建筑中最普遍的使用場景入手，對安裝中涉及的結(jié)構(gòu)框架與連接節(jié)點做出規(guī)定，以后逐步細化到特殊使用場景的相關(guān)要求。

3 結(jié) 語

中美關(guān)于冷彎開口型鋼標準除了以上對比的四個維度，AISI S240中還有對產(chǎn)品質(zhì)量控制的嚴格規(guī)定，并有接近一半的篇幅是對該標準中每個章節(jié)的解釋與說明。從標準更新的版本頻次來看，現(xiàn)行國標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準持續(xù)融合最新的行業(yè)實踐以及研究成果，緊跟冷彎成型技術(shù)的最新進展，從而更好地發(fā)揮了標準在行業(yè)內(nèi)的指導(dǎo)作用。

總體來說，美標對結(jié)構(gòu)用冷彎開口型鋼行業(yè)提供了全面的指導(dǎo)與規(guī)范，對冷彎型鋼涉及建筑的各個方面進行了詳盡的覆蓋，包括材料性能、設(shè)計因素、制造質(zhì)量標準、構(gòu)件識別、安裝技術(shù)和公差等，服務(wù)了從設(shè)計到生產(chǎn)到施工再到檢驗的全過程，詳細的標準內(nèi)容有助于冷彎型鋼建筑項目的質(zhì)量一致性、安全性和可靠性。

標準是科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要紐帶，是產(chǎn)品成熟度和市場創(chuàng)新成熟度的重要指標，也是推動行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要手段。高質(zhì)量的冷彎開口型鋼標準，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。雖然我國在構(gòu)用冷彎開口型鋼有關(guān)標準上比美國還有一定的差距，但隨著技術(shù)發(fā)展和國家對標準化工作的高度重視，我國的相關(guān)標準將會得到進一步的修訂升級和完善，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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作者簡介

孫堯，碩士研究生，研究方向為建筑用冷彎型鋼。

李軍，通信作者，碩士研究生，研究員，研究方向為標準化。

（責任編輯：張瑞洋）