建筑用H型鋼一般包括如下幾個種類：1）熱軋H型鋼：具有尺寸精度高，生產(chǎn)高效、低耗，綜合成本低，殘余應(yīng)力小，工期短等優(yōu)點；但產(chǎn)品規(guī)格固定，截面靈活性差，用鋼量稍大，非常用規(guī)格采購周期長等特點。2）焊接H型鋼：具有截面尺寸可按用戶要求定制，斷面變化靈活等優(yōu)點；但切割、焊接金屬消耗大、生產(chǎn)的效益低；外形和質(zhì)量不易保證；殘余應(yīng)力大等缺點。3）高頻焊接H型鋼：具有焊接速度快、熱影響小、容易控制變形、可焊接不同材質(zhì)組合的H型鋼等優(yōu)點；但只適用于小型斷面。4）波紋腹板H型鋼：腹板用壓型鋼板，提高腹板的局部穩(wěn)定性能，用作梁構(gòu)件，可以節(jié)省鋼材；但不適用于受壓構(gòu)件、受拉構(gòu)件；不能直接承受動載；且焊接連接復雜。
2020年8月住建部等九部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見》提出，要加大熱軋 H 型鋼、耐候鋼和耐火鋼應(yīng)用；2021年3月發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提出，要推廣綠色建材、裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)住宅，建設(shè)低碳城市。
熱軋H型鋼是高性能綠色建材，符合國家政策、行業(yè)發(fā)展方向，該產(chǎn)品具有如下優(yōu)點：
◆截面分布力學性能好；
◆無需焊接，質(zhì)量精度高，生產(chǎn)高效、低耗；
◆殘余應(yīng)力小，構(gòu)件承載力高；
◆連接構(gòu)造方便、便于安裝，工期短；
◆便于標準化，綜合成本低。
從中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會發(fā)布的近十年鋼結(jié)構(gòu)工程中消耗的各類鋼材占比數(shù)據(jù)來看，建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼材消費仍以板材為主，占比一直在60%以上，熱軋型鋼應(yīng)用增長緩慢，占比偏低，僅為14%-19%（見圖1），遠低于發(fā)達國家40%-50%的占比。整體看，鋼結(jié)構(gòu)工程中消耗的鋼材仍以板材為主，型鋼應(yīng)用占比偏低；組合斷面焊接量大，無形中增加了鋼結(jié)構(gòu)制造過程的焊接量和成本，不符合可持續(xù)發(fā)展要求。
從我國鋼結(jié)構(gòu)廠近五年的H型鋼使用情況的調(diào)研結(jié)果來看，建筑鋼結(jié)構(gòu)中，目前Q355級H型鋼用量占絕對多數(shù)，占比達99%左右，這與熱軋H型鋼產(chǎn)品生產(chǎn)中Q235的產(chǎn)量占多數(shù)（60%）形成極大反差。因此，熱軋H型鋼要向高強度發(fā)展、并加大其在建筑行業(yè)的推廣應(yīng)用。
從數(shù)量上看，目前我國熱軋H型鋼年用量約300萬噸，預計2025年熱軋H型鋼用量將達到1320萬噸，約占鋼結(jié)構(gòu)用量的12%。
從執(zhí)行標準來看，與先進國家相比，我國現(xiàn)行的熱軋H型鋼標準，從產(chǎn)品規(guī)格范圍、型號規(guī)格數(shù)量已經(jīng)達到國際先進水平，但是重量、外形尺寸允許偏差的控制方面尚待改進。
當前，建筑用熱軋H型鋼面臨的主要問題是供需脫節(jié)。鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展空間很大，與雙碳減排政策吻合，但目前熱軋H型鋼產(chǎn)品標準與鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用標準仍存在不協(xié)調(diào)、不融合的方面，亟需整合，迫切需要適用于建筑工程的熱軋H型鋼的標準。
第一，熱軋H型鋼產(chǎn)品標準與工程標準在容許誤差、寬厚比等指標方面不協(xié)調(diào)。例如，部分寬翼緣、薄壁熱軋H型鋼的翼緣寬厚比不滿足抗震設(shè)計要求；有些誤差控制在產(chǎn)品標準中沒有要求，可能導致滿足鋼鐵產(chǎn)品要求的構(gòu)件不滿足鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收標準而無法驗收。
第二，品種單一。目前國內(nèi)H型鋼廠僅停留在完成H型鋼的生產(chǎn)，對于產(chǎn)品的再開發(fā)全部由產(chǎn)業(yè)鏈下游的鋼結(jié)構(gòu)制作廠完成，易造成能源浪費、造價高、產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。
第三，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員由于長期的設(shè)計習慣，普遍對熱軋H型鋼的應(yīng)用和優(yōu)勢不熟悉，相關(guān)的設(shè)計軟件和鋼結(jié)構(gòu)連接應(yīng)用手冊也不夠方便易用，從設(shè)計源頭上阻礙了熱軋H型鋼的推廣應(yīng)用。
針對我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展需求及面臨的問題，對熱軋H型鋼的應(yīng)用提出如下建議：
1）加強鋼材-設(shè)計-制作-安裝產(chǎn)業(yè)鏈的相互聯(lián)系，實現(xiàn)產(chǎn)品構(gòu)件化、標準化。產(chǎn)品構(gòu)件化是熱軋H型鋼最大的優(yōu)勢，鋼廠只需把產(chǎn)業(yè)鏈向下適當延伸，進行簡易深加工，把鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的螺栓孔、簡易連接板在鋼廠完成，以構(gòu)件直接交付。鋼鐵產(chǎn)品還可以延伸到制作長圓孔蜂窩梁、方形孔蜂窩梁、變高度蜂窩梁等各種高效蜂窩斷面。
2）規(guī)格變種與組合。如，L形、T形、十字形組合截面等。
3）研發(fā)全裝配式鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點及結(jié)構(gòu)體系。包括連接剛度可調(diào)的且可快速裝配的標準化梁柱剛性、半剛性及鉸連接節(jié)點及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系。并借鑒日本、美國等成熟的裝配式節(jié)點連接方法。
4）建立互聯(lián)營銷平臺，方便設(shè)計選用和施工采購，解決供需不對口，滿足工程需要。
5）改進標準并加強推廣應(yīng)用。
其一，提供鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的熱軋H型鋼解決方案。①降低成本：熱軋H型鋼代替焊接H型鋼，避免了下料、組立、焊接、矯正等工序造成的機械成本、人工成本及耗材成本。采用熱軋H型鋼十字柱代替焊接箱型柱，降低焊接難度和成本。②設(shè)計適合鋼結(jié)構(gòu)的大空間戶型，靈活隔斷，滿足戶型靈活變化的要求。③采用全裝配式節(jié)點 ，梁柱采用全螺栓代替焊接，縮短工期。
其二，優(yōu)化常用產(chǎn)品系列標準，整合鋼鐵產(chǎn)品標準與鋼結(jié)構(gòu)工程標準。近幾年推出的《建筑用熱軋H型鋼》JG/T 581-2022、《熱軋H型鋼設(shè)計應(yīng)用手冊》、住建部《鋼結(jié)構(gòu)住宅主要構(gòu)件尺寸指南》等將對熱軋H型鋼的應(yīng)用起到推動作用。在住建部產(chǎn)品標準《建筑用熱軋H型鋼》中，根據(jù)建筑應(yīng)用特點整合了熱軋H型鋼規(guī)格的品種數(shù)量；增加了鋼材檢驗項目和取樣；協(xié)調(diào)了國際及國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范允許誤差（尺寸外形），如增加腹板波浪和翼緣波浪檢驗，增加截面扭轉(zhuǎn)變形檢驗等。
其三，按照少規(guī)格多組合的原則加強產(chǎn)品系列設(shè)計研發(fā)，提供適用于裝配式建筑標準化節(jié)點解決方案。如，實現(xiàn)H型鋼截面的標準化與系列化，基于現(xiàn)有輥系，保持內(nèi)高Hw、內(nèi)寬bf、r不變，調(diào)整t1、t2值，H和B值聯(lián)動形成系列，實現(xiàn)少規(guī)格、多組合；加強截面優(yōu)化研究，得到經(jīng)濟合理的熱軋H型鋼及其組合截面，列出梁和柱的承載力選用表、節(jié)點表、標準圖集，供設(shè)計直接采用；加強重型熱軋H型鋼的承載性能研究；加強截面衍生研究，如圓孔蜂窩梁、六邊形開孔蜂窩梁、八邊形開孔蜂窩梁等。
作者系中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會專家委員會副主任、中冶建筑研究總院有限公司副總工程師 吳耀華
