一、彩钢压瓦机冷弯型钢国内外应用与研究现状
彩钢压瓦机冷弯型钢一般是以热轧或冷轧带钢为原料,在常温状态下,经过拉拔、冲压、折弯或辊式弯曲成型机组加工,弯曲成各种断面形状的型材。由于断面形状任意多变,力学性能良好,钢材利用率高及绿色环保等优点,冷弯型钢在建筑行业中得到了广泛的应用。现代建筑体系在使用上对保温、隔热、防水、防火、抗震和隔声等技术指标提出了更高的要求,而建造上则期望施工方便简单,高效快捷。冷弯型钢作为一种截面形状合理、力学性能良好、钢材利用率高并且满足上述要求的环保型建筑材料在现代建筑行业中具有广泛的应用前景,并已为越来越多的国内外钢结构建筑方面的权威人士所推崇。国外尤其是美国,早在20世纪30年代就对冷弯型钢型材的力学性能进行了有效地研究。1946年第一部轻型钢结构构件设计规范的颁布,极大地促进了冷弯型钢在美国建筑行业中的推广和应用。此后冷弯型钢型材的设计应用不断趋于成熟,现在美国的冷弯型钢型材已经标准化。其他国家,过去30年里许多机构和私人公司对冷弯型钢构件、连接及结构体系进行了积极的开发和研究。目前,设计规范或设计建议在以下国家已经可以应用,如澳大利亚、加拿大、日本,英国等。过去,欧洲钢结构协会(ECCS),通过其TC7委员会,完成了一些用于建筑冷弯型钢结构测试及设计文件,最近,欧洲标准化委员会发行了用于冷弯型钢轻钢构件和钢板的欧洲规范3的第1.3节部分。这项工作由欧洲共同体委员会发起,与ECCS共同完成。
我国彩钢压瓦机冷弯型钢的生产也已有40余年的历史,国内在20世纪60年代末就颁布了冷弯型钢结构的设计、施工规范。我国建筑业自60年代中期以来开始采用冷弯型钢,一度曾具有相当规模,但由于种种原因,其间几经起落,始终未形成大“气候”,未能像美国那样有很大的发展。20世纪80年代以来随着改革开放,我国冷弯型钢产量稳步增长,设备生产能力不断扩大,品种日益增多,今后我国冷弯型钢生产应用必将会有一个新的发展。
目前,冷弯型钢在房屋建筑中既可用于框架、刚架、桁架、网架、梁、柱等主要承重构件,也可用于檩条、墙体梁、柱、屋面板、墙板、龙骨、门窗等次要受力构件和围护结构。全部构件采用冷弯型钢建成的建筑一般在4层以下,在美国常见的为1~2层的民用建筑,主要用作别墅、住宅、学校、医院及商业建筑等,这类建筑由于承重体系壁厚很薄,所以其使用寿命一般为20年;轻型门式刚架房屋体系是国内外近几年发展较快、应用较多的一类建筑,主要用于无吊车和有吊车(起重量不大于30t)的工业厂房、仓储建筑、商业超市等工业及民用配套设施中作屋面梁、墙梁。此外,由普通钢结构建成的高层、超高层建筑中,也大量采用冷弯型钢作次要构件,如压型钢板组合楼板等。彩钢压瓦机冷弯型钢在美国建筑钢结构中已经占有45%以上的用量。
二、彩钢压瓦机冷弯型钢构件主要类型
彩钢双层压瓦机冷弯型钢结构构件可分为两种主要类型:
1、独立的结构框架构件
彩钢压瓦机生产的常用的型材有槽型、Z型、角型、帽型、工宇型、T型、管型构件。一般来说,单独的冷弯型钢框架构件截面高度为51~305mm,厚度为13mm,此类截面用作主要框架构件,建筑物高度可达6层。在多高层建筑中,主要框架典型构件是热轧型钢,次要构件可采用冷弯型构件,这种情况下,热轧型钢和冷弯型钢互为补充。
2、墙板和楼板
彩钢压瓦机生产的带肋板、波纹板、幕墙墙板等通常用于屋面板、楼面板、墙板。墙截面高度通常为38~191mm,材料厚度为0.5~1.9mm,钢墙板和楼板不仅提供结构刚度,能承受荷载,还能为电气管道提供空间,能凿孔并且与吸声材料结合,形成吸音天花板。波纹板常用于屋面板或排水设施结构。已有研究表明,波纹板能有效地用于地下隐蔽工程的拱形屋面及排水结构。
另外,众多组织和钢结构公司持续不断地对冷弯型钢进行了广泛的研究。对于冷弯型钢性能的研究,主要包括受压加劲板件有效宽度,无加劲受压板件折减工作应力,冷弯型截面腹板局部屈曲,梁侧向屈曲,墙龙骨结构性能,桁架与框架屈曲,梁的非对称弯曲,焊接及螺栓的连接,钢柱弯曲屈曲,集中荷载作用及偏心荷载作用下柱在弹性及非弹性范围的弯扭屈曲等。而建筑建造上国内外目前的研究工作主要集中于:1)连接方法;2)墙板、屋面及楼面系统的吸声、隔热胜;3)钢楼板与楼面梁的振动反应;4)基础墙板;5)桁架;6)节能问题。
三、彩钢压瓦机冷弯型钢研究与应用展望
彩钢双层压瓦机和冷弯型钢的问世及应用,开拓了主要借助优化截面形状而不单纯依赖增加材料用量及改善材料性能来提高材料利用率的新途径,这对于节约能源和资源具有十分重要的意义,特别是对于像我国这样一个发展中的国家而言,重视冷弯型钢这种高效经济型材的开发和推广应用尤为重要。
1)我国冷弯型钢成型计算机辊型设计方面与国外相比还存在以下不足:冷弯成型基础理论研究不够;缺少冷弯试验;双层彩钢压瓦机冷弯CAD软件商品化程度不高。弥补以上的不足,还需要多专业,多部门长期的合作才能实现这一目标。
2)冷弯型钢产品的国家标准有待进一步修改与完善。1986年颁布的7个冷弯型钢国家标准,至今已经实施10余年,目前生产冷弯型钢的品种范围、生产技术和设备的条件以及用户的要求等方面,较当时都有了很大的变化,现行标准已不能满足需要,同时也限制了一些新型冷弯型钢的推广应用和产品质量的提高,所以需要对现有规范进行修订,并根据需要补充一些新的冷弯型钢国家标准。
3)目前,国内建筑业还没有推出完整的冷弯型钢结构体系,也没有冷弯型钢结构系统标准定型设计,对于个别具体项目均需单独设计。因此,要大力开发、研制冷弯型钢结构体系,实现商品化、集约化生产。要组织冷弯型钢生产厂商及有关科研、设计、大专院校各展所长、通力合作,联合开发研制技术先进、安全可靠、经济合理、美观协调的冷弯型钢结构体系。
4)冷弯型钢结构形式灵活,设计中可以采用不同横截面形状,可以按设计的要求任意摆放并且施工安装简便,低、多层住宅体系已经可以完全采用冷弯型钢构件作为住宅的骨架,所以多层、小高层以及工业厂房的建设也越来越离不开冷弯型钢构件。我国推广应用冷弯薄壁型钢体系的关键在于采用轻质屋面材料、灵活的空间布置形式以及适宜的保温材料。
5)为了使冷弯型钢的设计更为经济、合理,应对不同的构件分别进行优化,如受弯构件截面的高宽比、受压构件的最优截面形式等,供设计者参考。
6)冷弯型钢的应用有利于实现建筑产品的规格化、工业化生产,实现建筑施工中的整体吊装,实现建筑施工中的由湿作业向干作业转化,实现建筑围护结构的轻质化,环保化等一系列生产工艺的变革。而目前冷弯型钢用于建筑上往往出现“规格多,批量少”的特点,一个企业单独做,经济上不甚合算,还需要企业彼此协调,成立配送中心。
7)彩钢压瓦机冷弯型钢与普通钢结构相比还有很多特殊情况,例如冷弯效应、板件的局部屈曲和超屈曲及材质要求等,因此这类结构还有许多技术问题有待进一步深入研究,当前应以科技进步推动冷弯型钢及轻钢房屋的应用发展,拓展冷弯型钢在建筑业中的应用范围。
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