一、 高頻焊接H型鋼在國內(nèi)外應用概述 具有節(jié)能、可持續(xù)循環(huán)利用的高頻焊接薄壁H型鋼，是一種符合科學發(fā)展觀的高校經(jīng)濟和用途廣泛工程建材。我公司從國外引進先進的生產(chǎn)線和生產(chǎn)技術，經(jīng)過一段時間的市場開發(fā)，已經(jīng)在工業(yè)廠房，公共建筑、機場展館、鋼結構住宅、農(nóng)業(yè)大棚等領域應用。近年來，高頻焊接薄壁H型鋼在日本、美國以及歐洲國家應用的比較普及，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)量達到2000萬噸以上，而主要消耗在建筑的柱和主梁上，為降低用鋼量，國內(nèi)外工程迫切需要一種互補性的建材，高頻焊接H型鋼的獨特優(yōu)勢突現(xiàn)出來，市場需求量迅速增長。 據(jù)統(tǒng)計，日本生產(chǎn)的高頻焊接薄壁H型鋼為20萬噸/年，絕大部分是日本柱友金屬生產(chǎn)，大部分應用在民用住宅，房屋建筑達到150～200萬棟。美國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，巴特勒、ABC、USA、BHP等20多家跨國公司進入中國后，大量選用高頻焊接H型鋼作屋面柃條，為國內(nèi)外推廣應用高頻焊接薄壁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獨特優(yōu)勢 高頻焊接薄壁H型鋼之所以截面性能優(yōu)越，是工藝上的先進性。由于采用高頻焊接技術，焊頭在腹板與翼緣之間直接供應高頻電流進行加熱，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，規(guī)格經(jīng)濟化，其斷面力矩、斷面系數(shù)、耐壓力、承荷重等技術指標均遠高于熱軋型鋼。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，方便設計選用，減少浪費。H型鋼由于其截面獨特的優(yōu)越性，被設計單位經(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、設計與組合，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)過程中受設備條件限制較少，產(chǎn)品規(guī)格多，輕、薄，這使得很多鋼結構復雜、規(guī)格眾多的工程構件可以在工廠預先加工，再到工地實施拼裝，縮短現(xiàn)場施工周期。 高頻焊接H型鋼與熱軋H型鋼和工字綱相比，施工費用低，折算成同樣長度時的價格，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，使房屋結構重量減輕，所以建筑物的基礎造價可有較大降低；在同等承重條件下，結構尺寸合理，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，使運輸、吊裝等機械費用也都得以相應降低。 高頻焊接薄壁H型鋼特點簡單歸納為二個字：輕、薄。之所以輕、薄是相對熱軋H型鋼重、厚而言。其特點是熱軋和其他型鋼無法比擬的，同時，也是其工藝特點所決定的。高頻焊接輕型H型鋼是把縱剪的三條帶鋼進行連續(xù)性的焊接，連續(xù)生產(chǎn)能力強，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咬邊，確認組織熔合；3、在焊接部位的腹板方向加力進行拉力試驗，確認腹板母材斷裂，并顯示標準應力以上的斷裂應力，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已在工業(yè)廠房、倉庫、超市、農(nóng)業(yè)棚架、糧庫、立體停車庫、綜合樓、民用住宅樓領域的應用中體現(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。因此國家建筑設計部門認定其技術先進，效益顯著，將其列入建設部科技成果重點推廣項目；榮獲國家級重點新產(chǎn)品證書，建設部于2001年專門為高頻H型鋼產(chǎn)品頒布了中國建筑工業(yè)行業(yè)標準。（JG/T137—2001） 三、 高頻焊接H型鋼作建筑工程檁條應用的分析 1、 高頻焊接H型鋼在公共建筑作屋面檁條設計論證 廣州國際會展中心，屋面圍護系統(tǒng)的骨架以高頻焊接薄壁H型鋼為檁條。本工程地處臺風泛濫的華南地區(qū)，風荷載特別大。據(jù)廣東省建筑科學研究院提供的《廣州國際會展中心風動態(tài)測壓試驗報告》風荷載最大處可達5.45kn/m2。如此大的風壓加上下部主結構的跨度較大，最大為5m，這對于屋面檁條的設計來說是一大考驗。同時從建筑外觀上考慮屋面圍護系統(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與屋面板連接，在屋面板與主次檁條同時與屋面板連接，在屋面板與主次檁條間形成一個緊密的整體，有效地解決了H型鋼次檁條的側向穩(wěn)定性問題，提高了屋面圍護系統(tǒng)抗風荷能力。 “世紀之花”——湖南賀龍體育場位于長沙市中心，是全國第五屆城市運動會主會場，該會場由湖南省建筑設計院主設計，浙江精工鋼結構有限公司負責主體結構設計，是一座造型新穎，功能齊全的現(xiàn)代化體育場。 在浙江精工鋼結構設計人員拿到建筑設計院的設計圖時，讓設計人員為難的是，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材料。設計師在進行復算時，發(fā)現(xiàn)該工程的設計存在很大的誤區(qū)，就是沒有做風洞試驗，為了確保結構的安全性和可行性，在進行投標時就反復強調(diào)結構的可行性，提出采用輕質(zhì)高強的高頻焊接H型鋼為主檁條，并協(xié)助設計院與同濟大學進行風洞試驗，證明所得結果比較正確。然后根據(jù)設計院的意圖，再進行三種以上軟件的復核，對照JG/T137—2001產(chǎn)品標準，采用3D3S，STS、REA、美國、德國等鋼結構軟件復核，得出采用300＊150＊4＊6高頻焊接H型鋼為主檁條十分科學合理，特別是抗風能力，穩(wěn)定性方面均十分優(yōu)越可靠，同時又節(jié)約材料，比原來的用鋼量節(jié)約100多噸，為國家節(jié)約了開支。 由高頻焊接H型鋼作公共建筑屋面檁條，其制作和施工相當簡捷，由于制作方可以做到定長定尺，也可根據(jù)用戶需要進行自行組合加工，而且可以做到預沖連接孔，這就大大的方便了施工單位的制作和安裝。在施工安裝時，原來常用的C型、Z型均容易扭曲和在安裝時失穩(wěn)，但高頻焊接H型鋼不會產(chǎn)生這種現(xiàn)象，且無須用節(jié)點板與主鋼架連接，這一點將大大節(jié)約制作時間和施工速度。如上海浦東國際機場候機樓和新建竣工的廣州新白云機場主航站樓鋼屋蓋檁條及東西兩側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 浙江精工鋼結構公司主廠房30m跨，每跨均有25噸、10噸、16噸橋吊，吊車起吊高度9米，檐口標高14.5米，跨中間均設園弧型卡普隆氣樓。柱和屋架均采用組合式格構型柱、梁，檁條全部采用高頻焊接H型鋼，總用鋼量3050噸。工程的檁條設計。當初按照德國專家的設計要采用114＊120＊5＊8H鋼加60＊40＊3.2的矩形管制作結構式小梁，每米的重量在35.5kg，且上下均有支撐系統(tǒng)，制作麻煩，施工進度跟不上，而且造價高，精工鋼構在設計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，而后在設計過程中，為了達到節(jié)能的效果，選擇了350＊175＊3.2＊4.5高頻焊接H型鋼作檁條，在進行強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定等方面的復核和校對外，一下子把含鋼量降到每米20.93kg，在檁條這一點上為建設方節(jié)約用材300多噸，德國設計專家豎起了大拇指，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值和使用價值。 寶鋼集團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)品項目是我國目前裝備水平最高、自動化程度嘴快、生產(chǎn)規(guī)模最大的專業(yè)生產(chǎn)線，是我國目前最大的冶金技改工程項目。工程主廠房設計為單層排架支多層框架相結合的多跨全鋼結構廠房，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)定的前提下設計的更合理一些，而且相應提高單位面積的截面力學參數(shù)顯示出力學性能。因此主要構件均采用Q345B，高頻焊接H型鋼主要應用于部分平臺樓面，屋面梁等部位，竣工后的一鋼不銹鋼鋼結構廠房工程被評為上海市“金剛獎。 在中日合資的小車燈工程設計中，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)濟合理。 由此可知，按常規(guī)設計采用高頻焊接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型鋼在住宅中作結構梁的優(yōu)越性 低、多層鋼結構住宅結構以柱、梁為主，高層主要以次梁為主。在鋼結構住宅體系中，就產(chǎn)業(yè)化而言，高頻焊接H型鋼住宅結構體系相對其他建筑材料構成的體系，具有明顯優(yōu)勢。借鑒國內(nèi)外有關成功經(jīng)驗，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型鋼為框架結構體系為主的低層、多層住宅200多棟。如上海第一棟鋼結構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)設計的要求任意改變，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件、節(jié)點統(tǒng)一，全部鋼梁采用統(tǒng)一規(guī)格，斷面為H320＊150＊5＊8，這使得整個工程梁節(jié)點標準化，方便施工和安裝。 高頻焊接H型鋼具有寬肢薄腹構件的特征，梁—柱構件是輕鋼住宅框架結構體系的基本材料之一，主要受力構件的梁、柱采用高頻焊接H型鋼的結構體系能充分利用高頻焊接H型鋼強軸方向的抗側能力，在強軸方向形成鋼性框架；在弱軸方向則利用鋼支撐抵抗側向力，形成支撐一鉸接框架。 建設部組織實施的鋼結構住宅課題，二棟5層鋼結構住宅，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，鋼梁設計全部采用H鋼組合梁斷面進行計算，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。在鋼結構住宅和低、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，在工作中達到節(jié)約剛才、降低造價的目的。廣東東莞和傷害松江鋼結構住宅小區(qū)其跨度空間，使戶內(nèi)有效使用面積比相應磚混凝土提高5%。同一構件采用熱軋H型鋼時的用鋼量均大于采用高頻焊接輕型H型鋼時的用鋼量，重量比最大時為1.68。 隨著北京2008年奧運會場館和2010年上海世博會建設高潮迭起，高頻焊接H型鋼將充分展示其優(yōu)特點，一定能為我國的鋼結構建筑事業(yè)的大發(fā)展作出更大貢獻。