建筑钢结构提升热轧型钢的使用占比的思考.pdf

冶金标准化与质量2024,Vol.62,No.236收稿日期：2024-02-22作者简介：赵洋，男，津西集团销售公司侧重型钢产品推广。E-mail：mido.zhao163com建筑钢结构提升热轧型钢的使用占比的思考赵洋1，赵丹2，王市均3，赵一臣1（1.津西集团 河北 唐山 064300；2.上海钢联电子商务股份有限公司（唐山）河北 唐山 063000；3.冶金工业信息标准研究院 北京 100730）摘要：面对建筑用钢 5 亿 t 市场蛋糕，针对装配式钢结构建筑冷弯、焊接型钢仍占主导地位的现状，本文从建筑领域钢结构加工状况、设计、施工标准支撑，破解提升热轧型钢使用瓶颈问题，阐明加大热轧型钢在钢结构加工量占比提升是个系统工程，符合建筑工业化高质量科学发展的要求。关键词：建筑钢结构；热轧型钢；使用占比中图分类号：TU3文献标识码：B文章编号：1003-0514(2024)02-0036-05Thoughts on the use of hot-rolled steel in building steel structuresZhao Yang1，Zhao Dan2，Wang Shijin3，Zhao Yichen1（1.Jinxi Group，Tangshan 064300，China；2.Shanghai Steel Union E-Commerce Co.，Ltd.，Tangshan 064300，China；3.China Metallurgical Information and Standardization Institute，Beijing 100730，China）Abstract：In the face of the market cake of 500 million tons of construction steel,in view of the current situation that cold-formed and welded steel for prefabricated steel structure buildings are still dominant,this paper solves the bottleneck problem of improving the use of hot-rolled steel from the support of steel structure processing status,design and construction standards in the construction field,and clarifies that increasing the proportion of hot-rolled steel in steel structure processing is a systematic project,which meets the requirements of high-quality scientific development of building industrialization.Key words：building steel structure；hot rolled section steel；use proportion0前言建筑工业化是符合人类高质量科学发展的重要举措。产业结构调整指导目录(2024 年本)的发布，充分表明了只有符合绿色、低碳、智能等高质量发展方向的制造业领域，有利于促进形成强大国内市场的领域，有助于满足人民对美好生活需要的服务业短板领城等。均受到鼓励且发展潜力较大的行业产业。对比全球发达国家地区热轧型钢用于建筑钢结构领域成功案例，国内用热轧型钢替代冷弯焊接型钢加工制作建筑钢结构，市场空间潜巨大。1建筑钢结构热轧型钢的份额现状2022 年，中国钢铁消费量 9.65 亿 t，其中建筑钢材使用量占 53%，形成每年 5 亿 t 的建筑用钢的市场蛋糕。1.12022 年，钢结构用材品种统计（表 1）1.2钢构件加工方式类型统计（表 2）框架柱 93%需要焊接；框架梁和次梁焊接率为78%、72%，热轧占比仅为 1%-3%（热轧钢管为主）。1.3钢构件选用的截面形式统计（表 3）框架柱主要采用箱形（63%）和圆管截面（17%）、H 形截面（19%）；框架柱 H 形截面（76%）箱形（13.5%）、工字形（8.5%）；次梁 H 形截面构件bz2402正文.indd 36bz2402正文.indd 362024/4/17 9:35:432024/4/17 9:35:43问题探讨372024,Vol.62,No.2表 1钢材品种占比/%环比/%备注涉及钢结构产品/构件类别钢板67.8+1.3建筑用板材占比总钢材的 51.9%，环比01.59；桥梁占比 15.9%，环比+2.8%房屋建筑钢结构(厂房、住宅、公共建筑等),桥梁钢结构(公路、铁路、公铁两用桥,市政人行桥)，环保类钢结构（电厂、煤场、封闭厂、发电厂等），塔桅钢结构（钢管塔、风电塔、电信塔），非标钢结构（主题公园、火电、核电、容器、水闸），海洋钢结构（港口机械、海洋平台），围护系统（复合保温板、钢筋桁架楼承板）热轧型钢14.1-0.2来自全国 515 家钢结构加工制造企业调研数据，钢结构年加工量按 1 亿 t/年模拟计算冷弯型钢（含檩条）4.4-0.6钢管6.1-0.6其他7.6表 2构件分类焊接热轧其他数量占比/%数量占比/%数量占比/%次梁77723028框架梁98782721.310.7框架柱1089387支撑956744桁架1表 3构件分类H 形截面箱型截面圆管截面工字形/L 型等数量占比数量占比数量占比数量占比次梁13083%53%21%2013%框架梁13376%2413.5%42%155.5%框架柱3719%12063%3217%21%支撑7211桁架217表 4分类标准代号标准名称备注国标GB 51022-2015门式钢架轻型钢结构技术规范GB 50017-2017钢结构设计标准GB/T 51232-2016装配式钢结构建筑技术标准开启由结构、外围护、设备管线和内装四大系统集成设计 2.0GB/T 51129-2017装配式建筑评价标准行标JGJ 99-2015高层民用钢结构建筑技术规程JGJ/T 398-2017装配式住宅建筑设计规程JGJ/T 469-2019装配式钢结构住宅建筑技术标准JGJ/T 581-2023建筑用热轧 H 型钢和剖分 T 型钢共涉及热轧 H 型钢 67 个规格、负差率 3.5-4%JGJ/T 494-2022装配式住宅设计选型标准已走报批程序（待发布）钢结构住宅评价标准津西东湖湾四期 5#6#、防城港美墅馆预评价（83%）、工字形（13%）。显而易见：钢结构的“梁+柱”是热轧 H 型钢的归宿。2建筑钢结构的标准概况党的二十大强调，要“坚持把经济的着力点放在实体经济上”，“推进工业、建筑、交通等领域清洁、低碳转型”。建筑业是重要的实体经济,为经济社会发展提供重要支撑。2022 年,建筑业总产值 31.2亿元，增加值达到 8.3 万亿元，占国内生产总值的比重达 6.9%，吸纳就业超过 5 000 多万人；对外承包工程完成营业额 1 549.9 亿美元，按 2012 年增比32.9%，“中国建造”品牌已享誉全球。下面针对装配式钢结构建筑国家标准技术支撑予以简要分析。2.1国家关于装配式钢结构相关技术标准介绍2.2关于 JGJ钢结构住宅评价标准 专家组审议予评价项目：迁西县东湖湾四期钢结构住宅项目/广西防城港津西美墅馆钢结构住宅项目津西 JST 装配式钢结构建筑技术体系，符合国家建筑工业化和绿色建筑发展需求，取得以下创新成果：1）基于热轧 H 型钢绿色低碳等特性，研发了津西 JST 装配式钢结构建筑成套技术，涵盖建筑设计、结构选型、节点构造、材料选用和施工建造等设计施工全过程。2）针对项目特点、所处区域及气候条件，提出了装配式钢结构建筑围护系统应用 ALC 板的多种解决方案，满足外围护系统保温、热、隔、防火和防bz2402正文.indd 37bz2402正文.indd 372024/4/17 9:35:432024/4/17 9:35:43冶金标准化与质量2024,Vol.62,No.238渗等性能要求，施工快捷。3）基于 DFMA 的理论和方法，建立了面向制造和装配的建筑设计方法，提出津西 JST 装配式钢结构建筑设计指南，制定了装配式钢结构建筑 DFMA检查表，为建筑设计、施工建造、运营维护提供依据。该技术体系成果获得专利授权 11 项，发表论文 18 篇，在江苏泰州“南韵家园”、江苏东台“宁熙悦府”、广西防城港“津西美墅馆”和河北迁西“东湖湾”等项目得到应用，取得了良好的社会、经济和环境效益，具有推广应用价值。2.3住建部“1-3”标准化设计和生产体系为贯彻住建部 9 部门印发的 关于加快以新型建筑工业发展的若干意见要求，对标准化理念，贯穿于新型建筑工业化项目的设计、生产、施工、装修、运维全过程，住建部标定司着力打造“1.3”标准化设计和生产体系。2.3.1一本标准行标 装配式住宅设计选型标准，旨在引领设计单位实施标准化集成设计，重点解决装配式建筑标准化设计与标准化构件和部品部件应用的衔接问题，为设计人员提供强有力技术指导，推广“少规格、多组合”的设计方法。2.3.2三本指南 钢结构住宅主要构件尺寸指南、装配式凝混凝土结构住宅主要构件尺寸指南、住宅装配化装修主要部品部件的标准化尺寸，明确了主要部品部件的标准化尺寸，用于指导生产单位开展标准化批量生产，从而逐步降低生产成本,推进新型建筑工业化可持续发展,凸量“安全、“工业化、“标准化”面向对量产标准化设计思维的DMFA一体化。国家政策持续发力全面支持鼓励高质量科学发展走工业化建筑之路，在低碳、绿色“好房子”理念的指导下，热轧型材替代冷弯、焊接型钢在钢结构中的应用，完全具备了天时、地利与人和的大环境。3建筑钢结构提升热轧型钢使用路径分析在建筑钢结构探讨提升热轧型钢使用占比，无外乎一是在钢结构传统制作转变冷弯与钢板拼焊直接用热轧型钢替代（主要考虑在安全的前提下,尽可能满足单件的宽厚比和高宽比,从而合理控制用钢量）；二是从建筑方式上着手，加大装配式钢结构建筑在装配式建筑中的比例。3.1精细梳理，切分好每年 5 亿 t 建筑用钢市场蛋糕坚持“将战略转变为任务，将任务转变为项目”，先从“三清单”入手，选好路径、找到入口。细分清单，将建筑领域所有细分市场的现状逐项摸清，最大限度展示建筑用钢市场的全貌，完成好第一张“普查”清单；分析研判变化中寻找机会，找出未来有增长潜力的细分领域，完成增长清单摸底；在具有增长潜力、需要行业协调联动的领域设计专题。3.2对接产业，从上游使钢材贴近往端需求企业竞争已不局限于单一的产品间竞争。本质上，是其所在产业集群与另外一个产业集群的竞争。广大经营主体要善于洞察产业新趋势，积极把握产业发展规律，努力在全球价值链分工中赢得主动。3.2.1做足项目调研功课钢厂经营与品种研发人员，深入装配式钢结构建筑项目调研工作，掌握好第一手材料，不同类型建筑设计施工中，归纳出常规使用的热轧型钢型号与材质在梁、柱不同部位制作钢结构“明细表”（见表 5），作为钢厂开发建筑结构用钢的第一步；统计不同类型建筑项目，分类归纳出主流冷弯、焊接钢结构构件能否热轧生产实现热轧规格对其替代（见表 6）。表 5光伏支架规格与相近规格对比表光伏支架规格相近规格成品辊宽差值备注H150753.24.5H15075575 mm可开发H150754.56H15075572 mm可开发H1501003.24.5W67(1471003.24.2)3 mm可开发H1501004.56W69(1501004.34.9)2.2 mm可开发H20001003.24.5W88(198993.24.2)可共用可开发bz2402正文.indd 38bz2402正文.indd 382024/4/17 9:35:432024/4/17 9:35:43问题探讨392024,Vol.62,No.23.2.2做好标准化功课（表 7）光伏支架规格相近规格成品辊宽差值备注H2001004.56H198994.37)4 mm可开发H2001504.56H19415069)12 mm可开发H2001254.56H25012569)6 mm可开发H2001504.56H2981495.58)6 mm可开发H3501504.56H34617469)10 mm因规格较大，尺寸太薄，需评估轧机能力。H3501754.56H34617469)10 mm续表 5表 6满足建筑钢结构型钢产品开发类别规格尺寸/mmr/mm理论重量/(kgm-1)类别规格尺寸/mmr/mm理论重量/(kgm-1)GB/T 1263薄壁 H 型钢 HT96994.56812.7GB/T 1263薄壁 H 型钢 HT2941484.561325.01191234.56815.814874.24.56812.3145733.24.58914614968825.31477445.5811.1171174691332.9139973.24.5810.619215068827.6142994.56814.31961964.5101341.214714857821.82481244.58824.214714968.5826.4津西企标次梁规格24812568827.11718946813.82981484.581329.71721756.59.51335.0298150681333.31969946815.5300150691335.61881484.56820.73021506101338.0192198681334.33481746101334.92441244.56820.3产品特点：对比常规国标产品，更省用钢量，理重更轻表 7标准分类标准代号标准名称归口管理备注国标GB/T 装配式钢结构建筑用热轧型钢SAC/TC183/SC8已报批，84 个规格，32 个辊系轧制国标GB/T 11263热轧 H 型钢和剖分 T 型钢SAC/TC183/SC8 着手修订为满足桥梁用钢规格预计拓展到 H 1700 mm行标JG/T 581-2023建筑用热轧 H 型钢和剖分 T 型钢住建部侧重建筑结构用钢开发行标YB/T 6127-2023 结构用铌钒低合金高强度热轧型钢 SAC/TC183/SC8美标转换 ASTM A6行标YB/T 屈曲支撑用热轧 H 型钢SAC/TC183/SC8减震抗震设计3.3关注课题专项，探讨热轧型的构件标准化产品开发及其配套应用3.3.1“十四五”国家重大研发项目“5.3 高效能标准化钢结构体系与应用关键技术”系科技部下达的，该课题当下由中国建筑标准研究院有限公司牵头，马钢、中国钢结构协会等单位参与。围绕热轧型钢构件化研发,推进设计标准化，构件生产工厂化大批量制作，依托模数化手段，开发生产钢结构构件专用建筑截面规格产品。3.3.2超大规格 H 型钢高性能热成形技术中重科技（天津）股份获批承担“十四五”国家重点研发计划，“高性能制造技术与重大装备”重点专项的“超大规格 H 型钢高性能热轧成形技术”项目担任牵头单位，中冶京诚、北科大、太原理工、鞍山紫竹、中铁工程设计咨询、东北大学、冶金信息标准研究院、马钢、燕山大学形成产学研用全产业链创新团队。将实现世界最大规格异型坯连铸、世界最大规bz2402正文.indd 39bz2402正文.indd 392024/4/17 9:35:442024/4/17 9:35:442024,Vol.62,No.240冶金标准化与质量2024,Vol.62,No.240格 HN1600500 高性能热轧 H 型钢工艺及装备、智能化控制、控轧控冷及产业化应用全产业链技术的突破，成为新的大国重器。推动制造技术向“材料-结构-功能”一体化的高性能设计制造转变，实现高性能制造技术和重大装备的自主可控。热轧超大 H 型钢具有抗弯模量大、钢结构强度高、制造成本低、绿色可回收、易组装施工等优势。广泛应用于先进轨道交通、钢结构桥梁、亿吨级港口、钢结构建筑、海上平台等面向经济主战场和国家重大需求的新型基础设施建设，为国家重大工程提供重要支撑。国家标准化管理委员会发【2023】63 号下达项目计划，2023 2344-T-605 GB/T 11263热轧 H 型钢和剖分 T 型钢，结合设计需求，针对超大腹板高度的 H 型钢（H 值不低于 1 200 mm）应重点考虑该类型热轧 H 型钢在桥梁组合结构等领域的应用，建议扩展后的超大规格 H 型钢的型号扩增至 1 700 mm550，型号高度和型号宽度均按 50 mm 进档。同时，也侧重了 钢结构住宅主要构件尺寸指南 所列举框架梁常用热轧 H 型钢、非框架梁常用热轧H 型钢、柱常用热轧 H 型钢截面尺寸规格补缺（框架 梁 用：H300150812、H350150611、H350150619、H3501501019、H400200813、H4002001021；非框架梁 H25012569、H25015069、H30015069、H350150611、H350150619、H350175719、H400200813、H400200821；柱用：H200200812、H250250914、H300300815、H3003001015、H3503501219）。3.3.3中冶 181 计划 的介绍2023 年 12 月 22 日,中冶建研总院牵头承担的中国中冶“18 计划 重大研发项目 热轧型钢构件标准化产品开发及其配套应用技术研究 工作启动大会召开。国家钢结构工程技术研究中心装配式标准化建筑研究院联手津西集团型钢产线对接落地课题，紧紧围绕“热轧型钢及配套设计关键技术研究”、“热轧型钢及配套轧制关键技术研究”、“热轧型钢及配套施工关键技术研究”、“热轧型钢及配套智能建造关键技术研究”、“热轧型钢及配套低碳技术研究”。4结论提升热轧型钢在建筑钢结构加工制造使用占比是项综合性系统工程。首先从设计层面彻底转变以拼焊为主转向热轧，包括常用设计软件热轧型钢开发与 YJK/PKPM 系统植入与融合；同时研发出钢框架以热轧型钢为主材的配套结构体系。其次是解决建筑用热轧型钢满足构件性能（宽厚比、高厚比）材料供应瓶颈问题，攻破现有轧机轧制力不够、辊环小导致大尺寸 H 规格生产不了的问题（中重科技一米七产品智能轧机开发）。沿着绿色零碳工厂高质量科学发展之路，捕捉碳足迹，开拓境外市场。做好本土项目，融入“好住、好料、好省、好看、好值”五好标准，终会迎来热轧型钢的钢结构之春天！向污染特征及来源解析 J.环境科学，2023，44（3）：1583-1592.10 鲁垠涛，向鑫鑫，张士超，等.不同土地利用类型的土壤中多环芳烃的纵向迁移特征 J.环境科学 201940（7)：3369-3377.11 苟小云，邢伟然，王佳渊，等.苯系物(BTEX)长期污染对土壤和地下水微生物群落及代谢潜能的影响 J.土壤，2023，（5）：1044-1053.12 李书鹏，刘鹏.钢铁企业污染场地修复经验探索我国钢铁企业场地污染特征及常用修复技术简介 J.世界环境，2016，（4）：59-6213 仇金辉.钢铁企业土壤治理及修复思考 J.冶金标准化与质量，2019，57（2）：24-26.14 王丽红，张埔铭.浅析钢铁行业土壤污染隐患排查和自行监测J.中国科技纵横，2022，（23）：35-37.（上接第 35 页）bz2402正文.indd 40bz2402正文.indd 402024/4/17 9:35:442024/4/17 9:35:44