一、 高頻焊接H型鋼在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用概述 具有節(jié)能、可持續(xù)循環(huán)利用的高頻焊接薄壁H型鋼，是一種符合科學(xué)發(fā)展觀的高校經(jīng)濟(jì)和用途廣泛工程建材。我公司從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)線和生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過一段時(shí)間的市場(chǎng)開發(fā)，已經(jīng)在工業(yè)廠房，公共建筑、機(jī)場(chǎng)展館、鋼結(jié)構(gòu)住宅、農(nóng)業(yè)大棚等領(lǐng)域應(yīng)用。近年來，高頻焊接薄壁H型鋼在日本、美國(guó)以及歐洲國(guó)家應(yīng)用的比較普及，特別是在建筑屋面樑及柃條上占了很大的比例。由于全球熱軋型鋼的產(chǎn)量達(dá)到2000萬(wàn)噸以上，而主要消耗在建筑的柱和主梁上，為降低用鋼量，國(guó)內(nèi)外工程迫切需要一種互補(bǔ)性的建材，高頻焊接H型鋼的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)突現(xiàn)出來，市場(chǎng)需求量迅速增長(zhǎng)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本生產(chǎn)的高頻焊接薄壁H型鋼為20萬(wàn)噸/年，絕大部分是日本柱友金屬生產(chǎn)，大部分應(yīng)用在民用住宅，房屋建筑達(dá)到150～200萬(wàn)棟。美國(guó)45%、歐洲60%、瑞典90%的工業(yè)建筑屋面柃條較大比例采用高頻焊接H型鋼。同時(shí)，巴特勒、ABC、USA、BHP等20多家跨國(guó)公司進(jìn)入中國(guó)后，大量選用高頻焊接H型鋼作屋面柃條，為國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用高頻焊接薄壁H型鋼起了示范作用。 二、 高頻焊接H型鋼作屋面檁條的技術(shù)獨(dú)特優(yōu)勢(shì) 高頻焊接薄壁H型鋼之所以截面性能優(yōu)越，是工藝上的先進(jìn)性。由于采用高頻焊接技術(shù)，焊頭在腹板與翼緣之間直接供應(yīng)高頻電流進(jìn)行加熱，再通過壓焊輥焊接成型，電力集中在焊縫部，由焊接產(chǎn)生的熱影響少，所以它是在冷狀態(tài)下進(jìn)行焊接加工的。這就避免了翼、腹板厚度不均的問題，所以制成的型鋼翼緣內(nèi)外平整、精度高，外形美觀；另外，高頻焊接可不經(jīng)過酸洗清除過程，但仍能保證無(wú)雜質(zhì)夾雜。 高頻焊接H型鋼與傳統(tǒng)型鋼單位重量相同時(shí)，規(guī)格經(jīng)濟(jì)化，其斷面力矩、斷面系數(shù)、耐壓力、承荷重等技術(shù)指標(biāo)均遠(yuǎn)高于熱軋型鋼。而且還可方便地生產(chǎn)出異型H型鋼（上、下翼緣不等寬，上下翼緣不等厚），因此，截面形式可以按用戶指定的截面尺寸定做，方便設(shè)計(jì)選用，減少浪費(fèi)。H型鋼由于其截面獨(dú)特的優(yōu)越性，被設(shè)計(jì)單位經(jīng)常采用工業(yè)房屋及民用建筑的屋面檁條上。 高頻焊接H型鋼規(guī)格經(jīng)濟(jì)化，能生產(chǎn)腹板厚度2.3～8mm、翼緣厚度3.2～10mm之間的H型鋼，翼緣寬度50～250mm、腹板高度70～500mm。高頻焊接薄壁H型鋼生產(chǎn)線可生產(chǎn)多種規(guī)格產(chǎn)品，翼緣與腹板焊接可采取不同鋼號(hào)的材料。特別是能解決其它焊接難以控制的薄規(guī)格生產(chǎn)，可大幅節(jié)約鋼材。 高頻焊接H型鋼的生產(chǎn)線加工容易，更換規(guī)格方便、迅速，一次生產(chǎn)批量可大可小，因其自重較輕，裁剪與焊接容易，并可任意加工、設(shè)計(jì)與組合，還可根據(jù)用戶要求制造特殊尺寸以配合特殊工程之需。 由于生產(chǎn)過程中受設(shè)備條件限制較少，產(chǎn)品規(guī)格多，輕、薄，這使得很多鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)格眾多的工程構(gòu)件可以在工廠預(yù)先加工，再到工地實(shí)施拼裝，縮短現(xiàn)場(chǎng)施工周期。 高頻焊接H型鋼與熱軋H型鋼和工字綱相比，施工費(fèi)用低，折算成同樣長(zhǎng)度時(shí)的價(jià)格，由于可定尺供貨，使用中損耗明顯減少；同樣承重條件下，高頻焊接H型鋼自重大大輕于熱軋鋼型，使房屋結(jié)構(gòu)重量減輕，所以建筑物的基礎(chǔ)造價(jià)可有較大降低；在同等承重條件下，結(jié)構(gòu)尺寸合理，可增加室內(nèi)有效使用面積5%以上，減少空間損失，因此比常規(guī)建筑降低綜合成本約20%。另外，總重量的減輕，使運(yùn)輸、吊裝等機(jī)械費(fèi)用也都得以相應(yīng)降低。 高頻焊接薄壁H型鋼特點(diǎn)簡(jiǎn)單歸納為二個(gè)字：輕、薄。之所以輕、薄是相對(duì)熱軋H型鋼重、厚而言。其特點(diǎn)是熱軋和其他型鋼無(wú)法比擬的，同時(shí)，也是其工藝特點(diǎn)所決定的。高頻焊接輕型H型鋼是把縱剪的三條帶鋼進(jìn)行連續(xù)性的焊接，連續(xù)生產(chǎn)能力強(qiáng)，能形成一定的生產(chǎn)規(guī)模。特別是能解決其它焊接難以控制形狀的薄規(guī)格生產(chǎn)。其焊接部位性能和質(zhì)量表現(xiàn)在：1、以組織熔敷寬度為W，W/TW＊100%＊100%為熔敷率，確保大于100%；2、腹板材料與翼緣材料的接合線在翼緣板材料一側(cè)咬邊，確認(rèn)組織熔合；3、在焊接部位的腹板方向加力進(jìn)行拉力試驗(yàn)，確認(rèn)腹板母材斷裂，并顯示標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力以上的斷裂應(yīng)力，即母材斷裂而焊處不斷。 近年來，高頻焊接輕型H型鋼輕、薄及加工方便等特點(diǎn)已在工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、超市、農(nóng)業(yè)棚架、糧庫(kù)、立體停車庫(kù)、綜合樓、民用住宅樓領(lǐng)域的應(yīng)用中體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。如：可縮短施工周期30—50%、 增加使用面積5%以上，減少濕作業(yè)，降低建筑綜合成本20%等等。因此國(guó)家建筑設(shè)計(jì)部門認(rèn)定其技術(shù)先進(jìn)，效益顯著，將其列入建設(shè)部科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目；榮獲國(guó)家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品證書，建設(shè)部于2001年專門為高頻H型鋼產(chǎn)品頒布了中國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（JG/T137—2001） 三、 高頻焊接H型鋼作建筑工程檁條應(yīng)用的分析 1、 高頻焊接H型鋼在公共建筑作屋面檁條設(shè)計(jì)論證 廣州國(guó)際會(huì)展中心，屋面圍護(hù)系統(tǒng)的骨架以高頻焊接薄壁H型鋼為檁條。本工程地處臺(tái)風(fēng)泛濫的華南地區(qū)，風(fēng)荷載特別大。據(jù)廣東省建筑科學(xué)研究院提供的《廣州國(guó)際會(huì)展中心風(fēng)動(dòng)態(tài)測(cè)壓試驗(yàn)報(bào)告》風(fēng)荷載最大處可達(dá)5.45kn/m2。如此大的風(fēng)壓加上下部主結(jié)構(gòu)的跨度較大，最大為5m，這對(duì)于屋面檁條的設(shè)計(jì)來說是一大考驗(yàn)。同時(shí)從建筑外觀上考慮屋面圍護(hù)系統(tǒng)的總厚度（底板、面板+裝飾板的總厚度）最小為285mm；故檁條的最大允許高度為242mm。這種檁條連接方法不僅有效地控制了檁條的總高度，而且使主次檁條同時(shí)與屋面板連接，在屋面板與主次檁條同時(shí)與屋面板連接，在屋面板與主次檁條間形成一個(gè)緊密的整體，有效地解決了H型鋼次檁條的側(cè)向穩(wěn)定性問題，提高了屋面圍護(hù)系統(tǒng)抗風(fēng)荷能力。 “世紀(jì)之花”——湖南賀龍?bào)w育場(chǎng)位于長(zhǎng)沙市中心，是全國(guó)第五屆城市運(yùn)動(dòng)會(huì)主會(huì)場(chǎng)，該會(huì)場(chǎng)由湖南省建筑設(shè)計(jì)院主設(shè)計(jì)，浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司負(fù)責(zé)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是一座造型新穎，功能齊全的現(xiàn)代化體育場(chǎng)。 在浙江精工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員拿到建筑設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)圖時(shí)，讓設(shè)計(jì)人員為難的是，屋面檁條方面選擇尤其不適宜，多數(shù)選擇是C型綱和工字鋼，且規(guī)格大，含鋼量高，C型鋼的選擇也是需要定制加工的非標(biāo)材料。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行復(fù)算時(shí)，發(fā)現(xiàn)該工程的設(shè)計(jì)存在很大的誤區(qū)，就是沒有做風(fēng)洞試驗(yàn)，為了確保結(jié)構(gòu)的安全性和可行性，在進(jìn)行投標(biāo)時(shí)就反復(fù)強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的可行性，提出采用輕質(zhì)高強(qiáng)的高頻焊接H型鋼為主檁條，并協(xié)助設(shè)計(jì)院與同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，證明所得結(jié)果比較正確。然后根據(jù)設(shè)計(jì)院的意圖，再進(jìn)行三種以上軟件的復(fù)核，對(duì)照J(rèn)G/T137—2001產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，采用3D3S，STS、REA、美國(guó)、德國(guó)等鋼結(jié)構(gòu)軟件復(fù)核，得出采用300＊150＊4＊6高頻焊接H型鋼為主檁條十分科學(xué)合理，特別是抗風(fēng)能力，穩(wěn)定性方面均十分優(yōu)越可靠，同時(shí)又節(jié)約材料，比原來的用鋼量節(jié)約100多噸，為國(guó)家節(jié)約了開支。 由高頻焊接H型鋼作公共建筑屋面檁條，其制作和施工相當(dāng)簡(jiǎn)捷，由于制作方可以做到定長(zhǎng)定尺，也可根據(jù)用戶需要進(jìn)行自行組合加工，而且可以做到預(yù)沖連接孔，這就大大的方便了施工單位的制作和安裝。在施工安裝時(shí)，原來常用的C型、Z型均容易扭曲和在安裝時(shí)失穩(wěn)，但高頻焊接H型鋼不會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象，且無(wú)須用節(jié)點(diǎn)板與主鋼架連接，這一點(diǎn)將大大節(jié)約制作時(shí)間和施工速度。如上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓和新建竣工的廣州新白云機(jī)場(chǎng)主航站樓鋼屋蓋檁條及東西兩側(cè)的連接樓屋面柃條采用高頻焊接H型鋼，建成后大氣美觀。 2、高頻焊接H型鋼作工業(yè)廠房屋面檁條的選擇與施工 浙江精工鋼結(jié)構(gòu)公司主廠房30m跨，每跨均有25噸、10噸、16噸橋吊，吊車起吊高度9米，檐口標(biāo)高14.5米，跨中間均設(shè)園弧型卡普隆氣樓。柱和屋架均采用組合式格構(gòu)型柱、梁，檁條全部采用高頻焊接H型鋼，總用鋼量3050噸。工程的檁條設(shè)計(jì)。當(dāng)初按照德國(guó)專家的設(shè)計(jì)要采用114＊120＊5＊8H鋼加60＊40＊3.2的矩形管制作結(jié)構(gòu)式小梁，每米的重量在35.5kg，且上下均有支撐系統(tǒng)，制作麻煩，施工進(jìn)度跟不上，而且造價(jià)高，精工鋼構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中首先想到了工字鋼，且本工程尚有局部開間為15m，若選擇工字鋼，要50號(hào)工字鋼，且還需加焊角鋼，每米的重量為115kg，且穩(wěn)定性不好；若選擇300＊150＊6＊8的角鋼，每米的重量為115kg，且穩(wěn)定性不好；若選擇300＊150＊6＊8的高頻焊接H型鋼，各方面強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度、局部穩(wěn)定等方面均符合要求，每米的重量則降到了32.22KG，而后在設(shè)計(jì)過程中，為了達(dá)到節(jié)能的效果，選擇了350＊175＊3.2＊4.5高頻焊接H型鋼作檁條，在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定等方面的復(fù)核和校對(duì)外，一下子把含鋼量降到每米20.93kg，在檁條這一點(diǎn)上為建設(shè)方節(jié)約用材300多噸，德國(guó)設(shè)計(jì)專家豎起了大拇指，連聲說“OK”，并要求把高頻焊接H型鋼的資料帶一份回去，連夸該產(chǎn)品具有很好的推廣價(jià)值和使用價(jià)值。 寶鋼集團(tuán)上海一鋼公司不銹鋼工程和寶鋼新日鐵汽車板1800寬度產(chǎn)品項(xiàng)目是我國(guó)目前裝備水平最高、自動(dòng)化程度嘴快、生產(chǎn)規(guī)模最大的專業(yè)生產(chǎn)線，是我國(guó)目前最大的冶金技改工程項(xiàng)目。工程主廠房設(shè)計(jì)為單層排架支多層框架相結(jié)合的多跨全鋼結(jié)構(gòu)廠房，由于高頻焊接H型鋼截面尺寸的靈活性，截面的高厚比、寬厚比等值在保證局部穩(wěn)定的前提下設(shè)計(jì)的更合理一些，而且相應(yīng)提高單位面積的截面力學(xué)參數(shù)顯示出力學(xué)性能。因此主要構(gòu)件均采用Q345B，高頻焊接H型鋼主要應(yīng)用于部分平臺(tái)樓面，屋面梁等部位，竣工后的一鋼不銹鋼鋼結(jié)構(gòu)廠房工程被評(píng)為上海市“金剛獎(jiǎng)。 在中日合資的小車燈工程設(shè)計(jì)中，由于屋面板下有一定的吊掛荷載不能采用冷彎薄壁柃條，但若采用軋制H型鋼其用鋼量稍大，經(jīng)分析比較后，采用了高頻焊接H型鋼作屋面柃條，截面為H300＊200＊6＊8規(guī)格，間距離為2.4M、3M。經(jīng)分析比較后改為只有采用高頻焊接H型鋼較為經(jīng)濟(jì)合理。 由此可知，按常規(guī)設(shè)計(jì)采用高頻焊接H型鋼的用鋼量比軋制H型鋼的用鋼量明顯減少，如本工程屋面檁條同比可節(jié)省近20噸建成投產(chǎn)，使用效果良好。 3、高頻焊接H型鋼在住宅中作結(jié)構(gòu)梁的優(yōu)越性 低、多層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)以柱、梁為主，高層主要以次梁為主。在鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中，就產(chǎn)業(yè)化而言，高頻焊接H型鋼住宅結(jié)構(gòu)體系相對(duì)其他建筑材料構(gòu)成的體系，具有明顯優(yōu)勢(shì)。借鑒國(guó)內(nèi)外有關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)，近年來多家企業(yè)已經(jīng)在廣東、深圳、新疆、浙江、天津、大連、武漢、上海等地建造起一批以高頻焊接H型鋼為框架結(jié)構(gòu)體系為主的低層、多層住宅200多棟。如上海第一棟鋼結(jié)構(gòu)高層住宅其框架梁全部采用高頻焊接H型鋼，其寬度和厚度可以根據(jù)設(shè)計(jì)的要求任意改變，腹板的厚度可以在滿足局部穩(wěn)定的條件下做的比軋制H型鋼薄，這就使得在同樣用鋼量的前提下，截面慣性矩比軋制H型鋼增加20～30%，這對(duì)于承受彎矩為主的框架梁來說，就等于是節(jié)約了20～30%的用鋼量。中福城住宅工程為使構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一，全部鋼梁采用統(tǒng)一規(guī)格，斷面為H320＊150＊5＊8，這使得整個(gè)工程梁節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，方便施工和安裝。 高頻焊接H型鋼具有寬肢薄腹構(gòu)件的特征，梁—柱構(gòu)件是輕鋼住宅框架結(jié)構(gòu)體系的基本材料之一，主要受力構(gòu)件的梁、柱采用高頻焊接H型鋼的結(jié)構(gòu)體系能充分利用高頻焊接H型鋼強(qiáng)軸方向的抗側(cè)能力，在強(qiáng)軸方向形成鋼性框架；在弱軸方向則利用鋼支撐抵抗側(cè)向力，形成支撐一鉸接框架。 建設(shè)部組織實(shí)施的鋼結(jié)構(gòu)住宅課題，二棟5層鋼結(jié)構(gòu)住宅，住宅部分的鋼梁全部采用高頻焊接H型鋼，如前所述，其截面尺寸可按用戶要求定制，這使住宅部分的鋼梁比軋制H型鋼節(jié)約用鋼量約25%。由于本工程住宅部分鋼梁與鋼柱均采用鉸接節(jié)點(diǎn)，鋼梁設(shè)計(jì)全部采用H鋼組合梁斷面進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)澆混凝土樓板受壓，可節(jié)約鋼梁的用鋼量的15%，同時(shí)也降低了鋼梁的高度，增加了使用空間。 高頻焊接輕型H型鋼承載優(yōu)越性。在鋼結(jié)構(gòu)住宅和低、多層住宅中合理的使用高頻焊接H型鋼，可充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，在工作中達(dá)到節(jié)約剛才、降低造價(jià)的目的。廣東東莞和傷害松江鋼結(jié)構(gòu)住宅小區(qū)其跨度空間，使戶內(nèi)有效使用面積比相應(yīng)磚混凝土提高5%。同一構(gòu)件采用熱軋H型鋼時(shí)的用鋼量均大于采用高頻焊接輕型H型鋼時(shí)的用鋼量，重量比最大時(shí)為1.68。 隨著北京2008年奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館和2010年上海世博會(huì)建設(shè)高潮迭起，高頻焊接H型鋼將充分展示其優(yōu)特點(diǎn)，一定能為我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)建筑事業(yè)的大發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。