鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協(xié)會
建筑鋼結構分會主辦
中國建筑金屬結構協(xié)會
建筑鋼結構分會主辦
摘 要：B型鋼專利產品（專利號200620091217.9 ），除鋼結構大量應用外，在機械制造、石油化工、節(jié)能住宅、門窗家具、裝飾裝潢、電纜橋架、廣告牌匾、公路建設、汽車制造、集裝箱、鐵道車輛、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)有著更廣泛的應用。利用B型鋼低成本開發(fā)節(jié)能住宅建筑市場,產品有國家法律保護和專利技術屏蔽，具有極強的核心競爭力，分房地產行業(yè)的利潤，得政府節(jié)能住宅獎勵基金，掙鋼材市場差價，賺鋼企銷售返利，一舉三得。B型鋼環(huán)保、節(jié)能、超輕、耐蝕、萬能、經濟，顯現(xiàn)百億的市場前景。
關鍵詞：B型鋼專利；鋼材深加工；冷彎型鋼；節(jié)能建筑；
1 B型鋼技術經濟背景
圍繞國家戰(zhàn)略性新型產業(yè)，節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車，提出的新需求，B型鋼把鋼鐵板材高強材料、輕量技術、基礎工藝三者之間的有機結合，形成與上下游配套產業(yè)鏈，組成產品系列。
中國是全球最大的粗鋼生產國和最大的鋼鐵消費市場，2010年中國粗鋼產量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，也為鋼材的生產銷售帶來了壓力，這是發(fā)展冷彎型鋼的大好機遇?，F(xiàn)在鋼結構產業(yè)的發(fā)展，必將帶動冷彎型鋼的快速發(fā)展。由于冷彎材料環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點，品種越來越多，檔次越來越高，應用越來越廣泛，已經列為國家十二五重點發(fā)展規(guī)劃，歐洲各國的冷彎型鋼每年以5-10%的速度增長，已經為我們提供了成功的經驗。我國寶鋼、鞍鋼、本鋼巨資興建百萬噸高強度板帶鋼生產線，為B型鋼生產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。已經出現(xiàn)了兩種趨向：一部分貿易商轉戰(zhàn)資本市場，用鋼材貿易這個“殼”套出大筆資金后，投向房地產、期貨、股票市場等領域；一部分貿易商開始選擇做好、做細增值服務、延伸產業(yè)鏈來促進盈利，促進鋼鐵業(yè)與下游產業(yè)的融合。
B型鋼以材料高強化引導鋼鐵企業(yè)扁平材技術進步和品種開發(fā)；
B型鋼以產品輕量化為技術開發(fā)重點，引導冷彎型鋼行業(yè)科技進步和科技創(chuàng)新，帶動冷彎型鋼行業(yè)產品與產業(yè)升級；
B型鋼以生產專業(yè)化、銷售超市化為導向，促進冷彎型鋼企業(yè)實現(xiàn)良性競爭發(fā)展；
B型鋼以大量、精密、高強冷彎型鋼產品推進結構輕量化技術應用，為社會節(jié)約材料、節(jié)省資源、節(jié)能降耗做出了貢獻。
2 B型鋼在鋼結構節(jié)能住宅建筑領域市場潛力巨大
目前我國建筑用鋼占整個用鋼量才3%到5%左右，發(fā)達國家占到18%，甚至到25%。而在我國現(xiàn)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。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(jù)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。 在房屋使用過程中，由于其采用節(jié)能設計，房子的保溫節(jié)能效果好，鋼結構的拆除需要較少的人力和動力，而且大量的材料可以循環(huán)利用。
內外市場競爭壓力劇增，直接占領終端市場，打造終生用戶，是競爭中取勝的有效方法之一，鋼結構住宅有利于住宅產業(yè)化，國際社會推行碳關稅，都要求通過工業(yè)化生產的方式建造住宅降低能耗。如果房地產行業(yè)住宅產業(yè)化的比例達到10%，每年減少的污水排放將相當于10個西湖水的總量，減少木材砍伐相當于9000公頃森林，節(jié)約用電相當于葛洲壩水電站一個月的發(fā)電量。
目前，我國城鄉(xiāng)住宅竣工建筑面積每年都超過10億m2。但是,這些巨大建設成就是以高能耗、高污染為代價取得的。建筑運行能耗約占我國全社會總能耗的30%左右。
據(jù)權威部門測算，到2020年，如果城鎮(zhèn)住宅建筑全部達到節(jié)能標準，每年可節(jié)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1萬億元的能耗行業(yè)?，F(xiàn)在，我國正處于城鎮(zhèn)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(zhèn)住宅、別墅 “0”鋼構，抗震、保溫性能差等問題亟待解決，鋼材市場潛力無限。
住建部、鋼結構協(xié)會正在對于鋼結構住宅的試點工程、科研項目和產業(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。太陽能發(fā)電建筑一體化，國家財政一度電補助兩毛錢就是政策之一。
3 B型鋼薄壁輕鋼系列標準、代表產品規(guī)格及專利概況
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(jié)能住宅金屬骨架構件專利(200620091217.9)和節(jié)能墻體專利(201029000022.2)，為鋼結構節(jié)能建筑，打造鋼材終生用戶，實現(xiàn)住宅產業(yè)化，推廣城市和鄉(xiāng)村鋼結
構住宅建設做了基礎性工作，為屋頂非晶硅太陽能電站建設，提供骨架材料，助力住宅從社會能耗大戶轉變?yōu)榘l(fā)電造能大戶。
本實用新型說提出的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，兩個中空柱體通過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，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(jié)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(jié)能、超輕、耐蝕、經濟、萬能用途簡介
B型鋼是因為構件的橫切面的形狀，與大寫字母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，經過輥壓冷彎成型。與H型鋼、C型鋼、Z型鋼不同的是，B型鋼更具有節(jié)能、環(huán)保、經濟、超輕、萬能、耐蝕的特點。
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），運用專利技術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(tǒng)的工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼板制作的鋼結構）相比較，可節(jié)約鋼材30%～50％左右。
4.2節(jié)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、樓盤外墻裝飾掛板、高速公路護欄、廣告牌骨架，因為沒有適合的型材，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優(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，無限長度優(yōu)勢更是木方無法比擬的，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(jié)省大量木材，減少森林砍伐量。
4.4經 濟
B型鋼單體或對稱組合使用，可替代其它型鋼做梁柱使用，用途廣泛，節(jié)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?jié)省建安、運輸費用接近30%。
4.5萬能
B型鋼可以改變型號或改變公稱長度尺寸替代方木和其他型材，截面經濟合理，節(jié)省材料，品種繁多，產品表面光潔，外觀好，尺寸精確，生產中還可與沖孔等工序相配合，以滿足不同的需要。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
開卷----校平----成型----在線焊接----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生產線設備示意圖
設備組成：開卷機、校平機、成型機、焊接裝置、鋸切機、出料架、電器控制系統(tǒng)
5.4生產線主要技術參數(shù)
1）適用板材:Q345-600MPA;
2）適用板厚:0.8-1.5mm;
3）過料寬度:500mm;
4）卷料內徑:Φ610 mm;
5）線速度:3～5m/min.
6 B型鋼成型設備組成
6.1開卷機
用于支撐鋼卷和鋼卷展開。采用懸臂結構，絲桿螺旋撐緊。結構簡單，操作方便，無動力開卷。適應范圍及技術參數(shù)：
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(jié)。適應范圍及技術參數(shù)：板料厚度為0.8～1.5mm,進料寬度為500mm。
6.3成型機
1）功能及結構說明為采用獨立機架（鑄鋼/球鐵），底座采用焊接結構，經過去應力處理，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）主機傳動模式為主電機→減速機→ 齒輪機扭矩分配→萬向接頭→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
采用滾焊機實現(xiàn)在線跟蹤自動滾點焊,并滿足定寬的焊接位置要求。焊機各動作采用PLC控制。焊接控制箱能實現(xiàn)焊接電流、焊接速度等工藝參數(shù)鎖定,并與全線電控系統(tǒng)聯(lián)鎖控制。焊接牢固、可靠，焊點處無明顯壓痕、虛焊及燒損現(xiàn)象。焊接后搭邊貼合效果好。相關參數(shù)：點焊間距為80±5mm；焊速為≥6 米/分鐘。
6.5鋸切機
該機為跟蹤鋸切，靠氣動壓緊板料，隨板鋸切，氣動復位。具有切削速度快，切削效率高等特點。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。
相關技術參數(shù)：共兩段，每段6m。
6.7電器控制系統(tǒng)功能及配置
整線采用PLC控制，人機界面顯示，制件
長度數(shù)字設定，制件長度可調整。硬件配置有配電柜操縱臺、配有測長裝置；操作方式有手動/自動兩種。
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、液壓傳動為一體的自動化設備。整個底架由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，焊好后進行時效處理以后，方可進行加工。
7.1系統(tǒng)工作原理
成型切斷機的成型部分采用變頻器加遙控控制，具有無極調速和無線控制正反轉起停的優(yōu)點，操作非常方便。切斷部分由長度檢測編碼器、定位開關、PLC、伺服和觸摸屏等組成進行控制；切斷部由分編碼器采樣，PLC根據(jù)觸摸屏設定的參數(shù)，對編碼器采樣數(shù)據(jù)進行比較，指令伺服與成型機同步運行，進行定長同步切割，從而完成成型工藝循環(huán)。
7.2制作技術參數(shù)
電機功率為22kw，變頻器22kw，電機轉數(shù)960r/min,可裝滾輪對數(shù)32對，電壓380Ｖ，中心高度1280mm左右，滾輪最大轉數(shù)，max 16r/min,外形尺寸14000mm×1200mm×1700mm，軸的有效使用長度L2=500mm，軸能承受最大轉矩548.6n.m，相領軸間距L1=410mm，輸出轉矩276N.M，上下滾輪軸平行度0.08mm（任意方向）。滾輪安裝基準直線度0.10mm，滾輪軸跳動0.04mm，滾輪架工作臺平面度０.10mm。
8 B型鋼需要解決的問題
8.1帶涂層標準少
目前標準基本為不帶涂層。帶涂層冷彎型鋼產品的標準幾乎沒有。
8.2沒有資金政策扶持
國家只要求開發(fā)冷彎型鋼產品、新型高強材料應用、結構輕量化技術推廣、運載工具節(jié)能降耗、新型高效鋼材開發(fā)、鋼鐵板材深加工技術創(chuàng)新，卻沒有為冷彎型鋼企業(yè)提供節(jié)能減排、研發(fā)創(chuàng)新等提供資金政策扶持。
8.3專利新產品產業(yè)化速度慢
冷彎型鋼行業(yè)的企業(yè)一般都比較小，難于單獨支持開展基礎研究及產品、技術、裝備的前期開發(fā)。國家財政應聯(lián)合金融機構，建立財政扶持基金和風險投資基金，迅速將新成果轉化為產業(yè)、產品優(yōu)勢。
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