鋼結構技術(shù)論文
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
摘 要：B型鋼專(zhuān)利產(chǎn)品（專(zhuān)利號200620091217.9 ），除鋼結構大量應用外，在機械制造、石油化工、節能住宅、門(mén)窗家具、裝飾裝潢、電纜橋架、廣告牌匾、公路建設、汽車(chē)制造、集裝箱、鐵道車(chē)輛、橋梁、鋼板樁、輸電鐵塔、貨架、電梯導軌、龍骨、蔬菜大棚、農業(yè)機械、倉儲、家具及防火設備等行業(yè)有著(zhù)更廣泛的應用。利用B型鋼低成本開(kāi)發(fā)節能住宅建筑市場(chǎng),產(chǎn)品有國家法律保護和專(zhuān)利技術(shù)屏蔽，具有極強的核心競爭力，分房地產(chǎn)行業(yè)的利潤，得政府節能住宅獎勵基金，掙鋼材市場(chǎng)差價(jià)，賺鋼企銷(xiāo)售返利，一舉三得。B型鋼環(huán)保、節能、超輕、耐蝕、萬(wàn)能、經(jīng)濟，顯現百億的市場(chǎng)前景。
關(guān)鍵詞：B型鋼專(zhuān)利；鋼材深加工；冷彎型鋼；節能建筑；
1 B型鋼技術(shù)經(jīng)濟背景
圍繞國家戰略性新型產(chǎn)業(yè)，節能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車(chē)，提出的新需求，B型鋼把鋼鐵板材高強材料、輕量技術(shù)、基礎工藝三者之間的有機結合，形成與上下游配套產(chǎn)業(yè)鏈，組成產(chǎn)品系列。
中國是全球最大的粗鋼生產(chǎn)國和最大的鋼鐵消費市場(chǎng)，2010年中國粗鋼產(chǎn)量6.3億噸，占全球44.3%，為鋼鐵制品的發(fā)展提供了豐富的資源，也為鋼材的生產(chǎn)銷(xiāo)售帶來(lái)了壓力，這是發(fā)展冷彎型鋼的大好機遇?，F在鋼結構產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必將帶動(dòng)冷彎型鋼的快速發(fā)展。由于冷彎材料環(huán)保、節能等優(yōu)點(diǎn)，品種越來(lái)越多，檔次越來(lái)越高，應用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)列為國家十二五重點(diǎn)發(fā)展規劃，歐洲各國的冷彎型鋼每年以5-10%的速度增長(cháng)，已經(jīng)為我們提供了成功的經(jīng)驗。我國寶鋼、鞍鋼、本鋼巨資興建百萬(wàn)噸高強度板帶鋼生產(chǎn)線(xiàn)，為B型鋼生產(chǎn)提供了更加適合的原材料。
圖1 B型鋼圖片(B型鋼及冷彎制造工藝)
近兩年市場(chǎng)上單一鋼材的流通商絕大部分都盈利不佳，所以轉型是大勢所趨。已經(jīng)出現了兩種趨向：一部分貿易商轉戰資本市場(chǎng)，用鋼材貿易這個(gè)“殼”套出大筆資金后，投向房地產(chǎn)、期貨、股票市場(chǎng)等領(lǐng)域；一部分貿易商開(kāi)始選擇做好、做細增值服務(wù)、延伸產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)促進(jìn)盈利，促進(jìn)鋼鐵業(yè)與下游產(chǎn)業(yè)的融合。
B型鋼以材料高強化引導鋼鐵企業(yè)扁平材技術(shù)進(jìn)步和品種開(kāi)發(fā)；
B型鋼以產(chǎn)品輕量化為技術(shù)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，引導冷彎型鋼行業(yè)科技進(jìn)步和科技創(chuàng )新，帶動(dòng)冷彎型鋼行業(yè)產(chǎn)品與產(chǎn)業(yè)升級；
B型鋼以生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化、銷(xiāo)售超市化為導向，促進(jìn)冷彎型鋼企業(yè)實(shí)現良性競爭發(fā)展；
B型鋼以大量、精密、高強冷彎型鋼產(chǎn)品推進(jìn)結構輕量化技術(shù)應用，為社會(huì )節約材料、節省資源、節能降耗做出了貢獻。
2 B型鋼在鋼結構節能住宅建筑領(lǐng)域市場(chǎng)潛力巨大
目前我國建筑用鋼占整個(gè)用鋼量才3%到5%左右，發(fā)達國家占到18%，甚至到25%。而在我國現有的住宅中，鋼結構住宅所占比例還不到1%，與國際50%~60%的鋼結構住宅比例還相距甚遠，是鋼企的大市場(chǎng)。鋼結構的自重輕，建筑可利用面積大，就是使用面積和建筑面積之比，鋼筋混凝土70%左右，鋼結構達到85%，鋼結構可再生，可循環(huán)，是綠色建筑，所以鋼結構具有發(fā)展優(yōu)勢。
據計算，鋼結構住宅，每平方米建筑的鋼材使用量為100kg～120kg左右，使用的各種建筑材料的碳排放量為480kg/m2，而混凝土結構住宅的建筑材料碳排放為740.6 kg/m2。 在房屋使用過(guò)程中，由于其采用節能設計，房子的保溫節能效果好，鋼結構的拆除需要較少的人力和動(dòng)力，而且大量的材料可以循環(huán)利用。
內外市場(chǎng)競爭壓力劇增，直接占領(lǐng)終端市場(chǎng)，打造終生用戶(hù)，是競爭中取勝的有效方法之一，鋼結構住宅有利于住宅產(chǎn)業(yè)化，國際社會(huì )推行碳關(guān)稅，都要求通過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)的方式建造住宅降低能耗。如果房地產(chǎn)行業(yè)住宅產(chǎn)業(yè)化的比例達到10%，每年減少的污水排放將相當于10個(gè)西湖水的總量，減少木材砍伐相當于9000公頃森林，節約用電相當于葛洲壩水電站一個(gè)月的發(fā)電量。
目前，我國城鄉住宅竣工建筑面積每年都超過(guò)10億m2。但是,這些巨大建設成就是以高能耗、高污染為代價(jià)取得的。建筑運行能耗約占我國全社會(huì )總能耗的30%左右。
據權威部門(mén)測算，到2020年，如果城鎮住宅建筑全部達到節能標準，每年可節省335億噸標準煤：約相當1998年到2002年5年新
增電力裝機容量的總和；相當于4 5個(gè)三峽大壩的發(fā)電量；相當于國家每年可減少電力建設投資約1萬(wàn)億元的能耗行業(yè)?，F在，我國正處于城鎮化階段，住宅需求旺盛，全國年新建住宅面積約20億m2，如年竣工面積5%采用鋼結構計算，我國城市每年鋼結構住宅的建筑面積約1億平方米，相對于每年20億m2的住宅面積只占很小一部分。我國存在農村、城鎮住宅、別墅 “0”鋼構，抗震、保溫性能差等問(wèn)題亟待解決，鋼材市場(chǎng)潛力無(wú)限。
住建部、鋼結構協(xié)會(huì )正在對于鋼結構住宅的試點(diǎn)工程、科研項目和產(chǎn)業(yè)化項目的稅收、資金、項目審批等方面，建議國家給予扶持和傾斜政策。太陽(yáng)能發(fā)電建筑一體化，國家財政一度電補助兩毛錢(qián)就是政策之一。
3 B型鋼薄壁輕鋼系列標準、代表產(chǎn)品規格及專(zhuān)利概況
B型鋼適用冷彎型鋼國家冶金標準，包括：
GB/T 6723-2008 通用冷彎開(kāi)口型鋼尺寸、外形、重量及允許偏差;
GB/T 6725-2008 冷彎型鋼;
GB/T 6728-2002 結構用冷彎空心型鋼尺寸、外形、重量及允許偏差。
B型鋼節能住宅金屬骨架構件專(zhuān)利(200620091217.9)和節能墻體專(zhuān)利(201029000022.2)，為鋼結構節能建筑，打造鋼材終生用戶(hù)，實(shí)現住宅產(chǎn)業(yè)化，推廣城市和鄉村鋼結
構住宅建設做了基礎性工作，為屋頂非晶硅太陽(yáng)能電站建設，提供骨架材料，助力住宅從社會(huì )能耗大戶(hù)轉變?yōu)榘l(fā)電造能大戶(hù)。
本實(shí)用新型說(shuō)提出的B型鋼金屬成型構件的兩端采用的是中空柱體和對接平面的結構，兩個(gè)中空柱體通過(guò)平面連接后可相互支持，以提高其承載能力和抗剪切能力，特別是在用其作砌筑建筑物柱或梁時(shí)，混凝土可灌注到中空柱體內，可與混凝土共同承載外力，所以，該種構件可節省鋼材；另外，該種構件很方便組合使用，增加其承載能力。
4 B型鋼環(huán)保、節能、超輕、耐蝕、經(jīng)濟、萬(wàn)能用途簡(jiǎn)介
B型鋼是因為構件的橫切面的形狀，與大寫(xiě)字母B相似而得名。是使用高屈服強度(500MPA以上)的鍍鋅、冷軋、彩涂、熱軋鋼帶，經(jīng)過(guò)輥壓冷彎成型。與H型鋼、C型鋼、Z型鋼不同的是，B型鋼更具有節能、環(huán)保、經(jīng)濟、超輕、萬(wàn)能、耐蝕的特點(diǎn)。
4.1超 輕
B型鋼是使用高強度0.5～1.5毫米的冷軋、鍍鋅、彩涂、熱軋鋼帶（3毫米以上），運用專(zhuān)利技術(shù)輥壓而成形的金屬構件，與向同重量的冷彎C型鋼相比，彎曲強度提高60%。與熱軋型鋼相比較，在相同截面面積的情況下，回轉半徑可增大50～60％，截面慣性矩可增大0.5～3.0倍，因而能較合理地利用材料強度；與普通鋼結構（即由傳統的工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼板制作的鋼結構）相比較，可節約鋼材30%～50％左右。
4.2節能
B型鋼采用高屈服強度(500MPA以上),厚度為0.5～2.5mm的鍍鋅、冷軋、彩涂、熱軋鋼帶（3mm以上）輥壓冷彎成型。很多超輕鋼結構建筑、樓盤(pán)外墻裝飾掛板、高速公路護欄、廣告牌骨架，因為沒(méi)有適合的型材，而使用熱軋或冷彎角鋼、槽鋼、方管，自重增加，防腐性能低，浪費鋼材和能源。
4.3環(huán)保
B型鋼及其配套部件可以?xún)?yōu)越地替代C型鋼、Z型鋼、矩形鋼管、方木梁柱，在同等抗彎強度條件下，比木方還輕，無(wú)限長(cháng)度優(yōu)勢更是木方無(wú)法比擬的，在與木方、水泥墻面、鋼材連接方面，比其他型材更加方便。廢舊B型鋼可再生循環(huán)使用，可節省大量木材，減少森林砍伐量。
4.4經(jīng) 濟
B型鋼單體或對稱(chēng)組合使用，可替代其它型鋼做梁柱使用，用途廣泛，節省鋼材20%。B型鋼同等強度條件下，比其他金屬型材單體輕，運輸和安裝輕便，工作人員用手工就可以搬運，省去吊裝設備?？晒澥〗ò?、運輸費用接近30%。
4.5萬(wàn)能
B型鋼可以改變型號或改變公稱(chēng)長(cháng)度尺寸替代方木和其他型材，截面經(jīng)濟合理，節省材料，品種繁多，產(chǎn)品表面光潔，外觀(guān)好，尺寸精確，生產(chǎn)中還可與沖孔等工序相配合，以滿(mǎn)足不同的需要。用B型鋼可做出重量更輕的超輕鋼結構、公路護欄板、電纜橋架、包裝托盤(pán)托架。
4.6耐蝕
B型鋼還可用鍍鋅、鍍鋁、彩涂鋼帶輥壓冷彎成型，防銹性能高，可達到100年不腐蝕。
5 B型鋼薄壁輕鋼成型工藝流程
5.1工藝流程
開(kāi)卷----校平----成型----在線(xiàn)焊接----鋸切----出料
5.2冷彎工藝孔型
圖8為B型鋼冷彎工藝孔型示意26道次
5.3生產(chǎn)線(xiàn)設備示意圖
設備組成：開(kāi)卷機、校平機、成型機、焊接裝置、鋸切機、出料架、電器控制系統
5.4生產(chǎn)線(xiàn)主要技術(shù)參數
1）適用板材:Q345-600MPA;
2）適用板厚:0.8-1.5mm;
3）過(guò)料寬度:500mm;
4）卷料內徑:Φ610 mm;
5）線(xiàn)速度:3～5m/min.
6 B型鋼成型設備組成
6.1開(kāi)卷機
用于支撐鋼卷和鋼卷展開(kāi)。采用懸臂結構，絲桿螺旋撐緊。結構簡(jiǎn)單，操作方便，無(wú)動(dòng)力開(kāi)卷。適應范圍及技術(shù)參數：
料卷內徑為φ610mm；料卷外徑為φ2000mm；適應寬度為500mm；承載重量為≤10T。
6.2校 平
功能及結構：將板料校平。夾送輥可自由升降，方便調整校平間隙。5輥校平，絲桿調節。適應范圍及技術(shù)參數：板料厚度為0.8～1.5mm,進(jìn)料寬度為500mm。
6.3成型機
1）功能及結構說(shuō)明為采用獨立機架（鑄鋼/球鐵），底座采用焊接結構，經(jīng)過(guò)去應力處理，設入口導料裝置，優(yōu)碳鋼輥軸，保證制件精度。軋機具有可換性，做到易調整、易操作。
2）主機傳動(dòng)模式為主電機→減速機→ 齒輪機扭矩分配→萬(wàn)向接頭→牌坊上下軋輥軸。
3）大軸直徑為約Ф60mm,電機功率：約22KW。
4）成型軋輥材質(zhì)為GCr15（滾珠鋼）。
5）成型道次為26道次。
6.4焊機結構
采用滾焊機實(shí)現在線(xiàn)跟蹤自動(dòng)滾點(diǎn)焊,并滿(mǎn)足定寬的焊接位置要求。焊機各動(dòng)作采用PLC控制。焊接控制箱能實(shí)現焊接電流、焊接速度等工藝參數鎖定,并與全線(xiàn)電控系統聯(lián)鎖控制。焊接牢固、可靠，焊點(diǎn)處無(wú)明顯壓痕、虛焊及燒損現象。焊接后搭邊貼合效果好。相關(guān)參數：點(diǎn)焊間距為80±5mm；焊速為≥6 米/分鐘。
6.5鋸切機
該機為跟蹤鋸切，靠氣動(dòng)壓緊板料，隨板鋸切，氣動(dòng)復位。具有切削速度快，切削效率高等特點(diǎn)。切斷斷口變形量小，有毛刺。
6.6出料架
功能及結構：由型鋼焊接、鍍鉻托輥裝配，
起到成品托料作用。
相關(guān)技術(shù)參數：共兩段，每段6m。
6.7電器控制系統功能及配置
整線(xiàn)采用PLC控制，人機界面顯示，制件
長(cháng)度數字設定，制件長(cháng)度可調整。硬件配置有配電柜操縱臺、配有測長(cháng)裝置；操作方式有手動(dòng)/自動(dòng)兩種。
7 B型鋼冷彎成型設備工藝要求
B型鋼金屬型材成型機，是一種電氣及械、液壓傳動(dòng)為一體的自動(dòng)化設備。整個(gè)底架由125mm×125mm的輕型焊接H型鋼材，和28毫米厚臺板焊接而成，基準板也焊接在底架上，焊好后進(jìn)行時(shí)效處理以后，方可進(jìn)行加工。
7.1系統工作原理
成型切斷機的成型部分采用變頻器加遙控控制，具有無(wú)極調速和無(wú)線(xiàn)控制正反轉起停的優(yōu)點(diǎn)，操作非常方便。切斷部分由長(cháng)度檢測編碼器、定位開(kāi)關(guān)、PLC、伺服和觸摸屏等組成進(jìn)行控制；切斷部由分編碼器采樣，PLC根據觸摸屏設定的參數，對編碼器采樣數據進(jìn)行比較，指令伺服與成型機同步運行，進(jìn)行定長(cháng)同步切割，從而完成成型工藝循環(huán)。
7.2制作技術(shù)參數
電機功率為22kw，變頻器22kw，電機轉數960r/min,可裝滾輪對數32對，電壓380Ｖ，中心高度1280mm左右，滾輪最大轉數，max 16r/min,外形尺寸14000mm×1200mm×1700mm，軸的有效使用長(cháng)度L2=500mm，軸能承受最大轉矩548.6n.m，相領(lǐng)軸間距L1=410mm，輸出轉矩276N.M，上下滾輪軸平行度0.08mm（任意方向）。滾輪安裝基準直線(xiàn)度0.10mm，滾輪軸跳動(dòng)0.04mm，滾輪架工作臺平面度０.10mm。
8 B型鋼需要解決的問(wèn)題
8.1帶涂層標準少
目前標準基本為不帶涂層。帶涂層冷彎型鋼產(chǎn)品的標準幾乎沒(méi)有。
8.2沒(méi)有資金政策扶持
國家只要求開(kāi)發(fā)冷彎型鋼產(chǎn)品、新型高強材料應用、結構輕量化技術(shù)推廣、運載工具節能降耗、新型高效鋼材開(kāi)發(fā)、鋼鐵板材深加工技術(shù)創(chuàng )新，卻沒(méi)有為冷彎型鋼企業(yè)提供節能減排、研發(fā)創(chuàng )新等提供資金政策扶持。
8.3專(zhuān)利新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化速度慢
冷彎型鋼行業(yè)的企業(yè)一般都比較小，難于單獨支持開(kāi)展基礎研究及產(chǎn)品、技術(shù)、裝備的前期開(kāi)發(fā)。國家財政應聯(lián)合金融機構，建立財政扶持基金和風(fēng)險投資基金，迅速將新成果轉化為產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品優(yōu)勢。
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