中美結構用冷彎開口型鋼標準對比分析

摘 要：本文針對鋼結構建筑中的一類次構件冷彎開口型鋼，介紹了中國和美國相關現行標準概況，并從材料、型號與參數、二次加工和安裝四個維度開展對比分析，找出中國與美國相關標準的具體差異，有針對性地提出我國相關標準的修改建議，對提升冷彎型鋼行業整體水平具有重要意義。

關鍵詞：冷彎開口型鋼，鋼結構，標準對比

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.19.033

0 引 言

近年來，鋼結構因具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工裝配化程度高等特點，在大跨度建筑中得到了廣泛應用。而屋面和墻面檁條作為鋼結構建筑中的次構件，通常使用熱鍍鋅材質的冷彎開口型鋼。這在我國市場上具有成熟的配套體系。但我國相關的產品標準從20世紀80年代延續至今，存在著熱鍍鋅材料與熱軋材料混編、開口型鋼型號缺失等問題，不能很好地服務于從事產品設計、生產和施工的相關企業，與發達國家同類產品標準相比存在一定差距。通過與美國結構用冷彎型鋼標準的對比分析，找出存在的問題和差距，對完善我國相關標準以及提升行業整體水平具有重要意義。

1 中美結構用冷彎開口型鋼標準基本情況

目前，我國關于結構用冷彎開口型鋼的標準主要有GB/T 6723—2017《通用冷彎開口型鋼》、GB/T 6725—2017《冷彎型鋼通用技術要求》和JG/ T380—2012《建筑結構用冷彎薄壁型鋼》。美國主要有三項標準，分別是美國材料與試驗協會的ASTMC 955—18《結構用冷彎型鋼標準規范》、美國鋼鐵協會的AISI S 240—20《北美冷彎型鋼結構框架標準》和鋼框架行業協會的《冷彎型鋼框架產品技術指南》（簡稱“指南”）。表1總結了中美冷彎開口型鋼標準的基本情況。

2 標準具體內容對比

2.1 材料

為了兼具防腐性與經濟性，檁條的生產原材料一般選用熱鍍鋅或者鍍鋁鋅等涂鍍類鋼帶。我國較早時期出于經濟性考慮，有的檁條會選用熱軋帶鋼生產，現在高端鋼結構建筑甚至會選用不銹鋼帶鋼生產。當前中國和美國的檁條最大宗的原材料都是鍍鋅帶鋼。

根據GB/T 6725—2017中6.1.1的要求，我國冷彎型鋼可以采用多種材質的原材料，包括熱軋、熱鍍鋅、彩色涂層和不銹鋼等，但未對檁條這種冷彎開口型鋼提出具體要求。建筑工業行業標準JG/T 380—2012針對6 mm以下的薄壁材料規定較為詳細，鋅層厚度為雙面不小于180 g/m2（Z180），材料厚度公差為±8%。對于現行市場而言，該厚度公差過大。美國標準對原材料規定較為詳細，材料需選用涂鍍類帶鋼，如熱鍍鋅和鍍鋁鋅等，原材料最小厚度為0.84mm2，材料實際厚度不能小于設計厚度的95%。材料的防腐性能也有具體規定，以熱鍍鋅材質為例，鋅層厚度為雙面180 g/m2（Z180）和275 g/m2（Z275）兩種。另外，美國標準還規定了厚度要求，從0.84 mm到3.0mm一共有6種厚度。

檁條的屈服強度是該產品的關鍵參數之一。檁條是冷彎加工，產品的屈強度服主要取決于原材料的屈服強度。比較GB/T 6725中4.2的規定和AISI S100-16中A3.1的規定發現，中美兩國冷彎型鋼原材料的屈服強度選擇都比較寬泛，而指南對結構用的Stud（對應 GB/T 6723中最主要的檁條型號冷彎內卷邊槽鋼）的屈服強度做出了規定。根據指南中的截面參數表，最厚的三個厚度1.72 mm、2.45 mm和3.0 mm的產品屈服強度只有一種，即50 ksi（千磅力每平方英寸），對應我國Q345/Q355，從1.72 mm到3.0 mm正是我國冷彎內卷邊槽鋼（C型鋼）的最主要厚度范圍。我國可選屈服強度有Q345/Q355、Q235、Q215和Q195。雖然相同厚度的材料屈服強度高會增加成本，但較高的屈服強度可以提高鋼結構的抗變形能力和承載能力，在設計時可以選用更小的截面尺寸，從而在減少材料使用的同時達到所需的屈服強度指標。

美國標準對材料的規定非常詳細，既簡化了設計師選用檁條的工作量，保證了產品質量，還降低了上游帶鋼廠和下游檁條廠的庫存復雜度，有效提升了相關企業的庫存周轉率。

2.2 型號與參數

2.2.1 型號

根據GB/T 6723—2017中第4章“分類、代號”的規定，冷彎開口型鋼按其截面形狀共分為9種，檁條主要選用其中的3種：冷彎內卷邊槽鋼（CN）、冷彎外卷邊槽鋼（CW）和冷彎卷邊Z形鋼（ZJ）。根據AISI S240—20中A5.3.1的規定，美國冷彎開口型鋼共分為5種，代號分別是S、T、U、F和L。表2是中美兩國冷彎開口型鋼品種對應表，其中CW與F雖有對應關系但截面形狀不一致。

以中美都有的C型鋼做型號做對比。根據美國指南對結構用C型鋼的截面性能表可知，C型鋼按照先厚度、再邊高、最后底寬的順序逐級遞增，54 mils（即1.37 mm）列出了33 ksi和50 ksi兩種屈服強度的型號。該表囊括了從最小底寬2.5英寸到最大底寬16英寸的所有240個C型鋼型號。根據GB/T 6723—2017中表5冷彎內卷邊槽鋼基本尺寸與主要參數表可知，代號CW的冷彎外卷邊槽鋼按照先高度、再邊寬度、再外卷邊高度，最后邊厚度的順序逐級遞增，表中列出了邊高度從60 mm到600 mm的39中型號。與美標相比，大量的型號我國標準并沒有列出。

GB/T 6723—2017中表5所列出的型號與市場實際使用型號相比缺失比較嚴重，特別是高度為250mm（25號）和300 mm（30號）兩種主力C型鋼的型號，只有邊寬度40 mm和外卷邊高度15 mm的一種，而市場通用25號到30號C型鋼的邊寬度和外卷邊高度分別為75 mm和20 mm。市場大量使用的高度為280 mm、320 mm和350 mm的C型鋼，在國標中均未列出。表3以邊寬度為180 mm（18號）和邊寬度為200 mm（20號）兩種C型鋼為例，列出國標與市場實際使用型號的差異。

美標中沒有對Z型鋼做出規定，但由于Z型鋼與C型鋼型號大致對應，所以GB/T 6723中冷彎卷邊Z型鋼的型號同樣缺失較多。除此之外，Z型鋼的型號還存在兩個問題：一是型號截面圖中邊寬度與卷邊高度夾角與實際情況不符。根據GB/T 6723—2017中圖8可知，邊寬度與卷邊高度成90度直角，而實際使用的型號約為135度鈍角，圖1顯示了冷彎卷邊Z型鋼國標規定與市場實際使用的型號截面圖差距。二是邊寬度與實際情況不符，由于有些結構中Z型鋼需要搭接，導致兩個邊寬度長短不一樣。比如25號Z型鋼，兩個邊寬度可以同為75 mm，也可以兩邊分別為80 mm和70 mm。當出現大小邊時，Z型鋼并不像C型鋼一樣是縱向對稱結構件，生產過程中的沖孔會引起出料方向問題，但國標中并沒有做出規定。

冷彎外卷邊槽鋼檁條目前沒有C型鋼和Z型鋼那樣使用廣泛，市場也沒有成熟的型號表可以選用。因此，各鋼結構設計單位基本上都自行規定冷彎外卷邊槽鋼檁條的截面高度、截面邊寬度和外卷邊高度。根據GB/T6723—2017中的表6，國標中屬于鍍鋅冷彎外卷邊槽鋼檁條的型號僅有5個。

相比于GB/T 6723—2017，JG/T 380—2012的附錄A中型號雖然更加全面，但目前市場上截面高度30 0 mm以上，厚度3.0 mm以上的型號仍然缺失，并且由于發布年代較早，JG/T 380 —2012中缺少冷彎外卷邊槽鋼檁條，Z型鋼也沒有明確大小邊的情況。

2.2.2 參數

根據GB/T 6723—2017，國標冷彎開口型鋼的主要參數包含尺寸（共4個尺寸）、理論重量、截面面積、重心、慣性矩、回轉半徑、截面模數等10項。根據指南，美標冷彎開口型鋼除了包含國標中的性能參數外，還包含有效性能參數和扭轉等性能參數共20項。指南里還列出了C型鋼用作幕墻的數據表、組合軸與橫向載荷數據表、地板與屋頂梁跨度數據表和腹板屈曲數據表，所有數據的計算均遵循AISIS100-16和AISI S240-20的要求，并且適用情況都有明確規定。

另外，GB/T 6723—2017表5冷彎內卷邊槽鋼基本尺寸與主要參數有誤，180×70×20×2.5的截面面積為9.48，根據長方形面積公式算出截面面積應為8.5。

通過中美型號與參數的對比可知，美標數據完備而詳細，為設計選型和產品生產提供了依據。國標型號方面存在型號缺失問題，且多數冷彎開口型鋼的厚度都達到10 mm以上，已經遠超涂鍍類材料的厚度范圍，并且與建筑類的次構件不屬于同一個產品系列。

2.3 二次加工

2021年10月21日，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于推動城鄉建設綠色發展的意見》明確：“大力發展裝配式建筑，重點推動鋼結構裝配式住宅建設，不斷提升構件標準化水平，推動形成完整產業鏈，推動智能建造和建筑工業化協同發展。”隨后各地方政府也為推動裝配式建筑的發展規定了在新建建筑中所占比例。對于鋼結構建筑，目前由工廠組裝現場安裝已經是一種大趨勢。出于對經濟效益的考慮，檁條的二次加工逐漸由鋼結構建造企業轉向檁條生產企業，由于后者普遍沒有前者的技術實力，標準在檁條二次加工中就具有不可替代的重要意義，而目前國標和行標在二次加工領域尚未涉及。

美標指南中規定了C型鋼面對面和背對背兩種二次加工的要求，包括面對面和背對背加工，并提供了相應的載荷數據表。在AISI S240-20中，除了以上兩種情況涉及的彎曲、剪力和腹板屈曲等，還有一整章闡述二次加工中桁架的設計制造細節。

美標對冷彎開口型鋼的二次加工的規定是由于美國裝配式建筑發展較早，市場已經比較成熟。而我國目前裝配式建筑還處于起步階段。可以考慮先規定各種二次加工的類型以及加工公差等要求，隨著裝配式建筑的市場不斷成熟再逐步完善標準的相關內容。

2.4 安裝

美標對結構用冷彎開口型鋼的安裝也做了詳細的規定，其中AISI S240從材料條件、結構框架、連接和其他多個維度做出了規定，指南中也有安裝的相關示例圖可供參考。

目前，GB/ T 6723和GB/ T 6725并沒有安裝的相關內容，GB 50018—2002《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》中的11.1規定了少量關于制作和安裝的內容。由于GB 50018—2002已發布實施二十余年，并且其主要闡述包含壓型鋼板在內的所有建筑用冷彎型鋼的設計與計算。與美標相比，國標有關檁條的安裝內容參考價值并不高。因此，與二次加工類似，國標可以從檁條在鋼結構建筑中最普遍的使用場景入手，對安裝中涉及的結構框架與連接節點做出規定，以后逐步細化到特殊使用場景的相關要求。

3 結 語

中美關于冷彎開口型鋼標準除了以上對比的四個維度，AISI S240中還有對產品質量控制的嚴格規定，并有接近一半的篇幅是對該標準中每個章節的解釋與說明。從標準更新的版本頻次來看，現行國標GB/T 6723是2017年發布，代替的是2008年版本，10年只更新了一次，現行AISI S240是2020年發布，往前版本分別為2015年、2012年和2007年，14年更新了三次，平均4.6年更新一次，較快的更新頻率可以使標準持續融合最新的行業實踐以及研究成果，緊跟冷彎成型技術的最新進展，從而更好地發揮了標準在行業內的指導作用。

總體來說，美標對結構用冷彎開口型鋼行業提供了全面的指導與規范，對冷彎型鋼涉及建筑的各個方面進行了詳盡的覆蓋，包括材料性能、設計因素、制造質量標準、構件識別、安裝技術和公差等，服務了從設計到生產到施工再到檢驗的全過程，詳細的標準內容有助于冷彎型鋼建筑項目的質量一致性、安全性和可靠性。

標準是科技創新與產業發展的重要紐帶，是產品成熟度和市場創新成熟度的重要指標，也是推動行業高質量發展的重要手段。高質量的冷彎開口型鋼標準，能夠更好地指導行業發展，成為行業發展的重要力量，并具有蓬勃的生命力。雖然我國在構用冷彎開口型鋼有關標準上比美國還有一定的差距，但隨著技術發展和國家對標準化工作的高度重視，我國的相關標準將會得到進一步的修訂升級和完善，更好地適應行業發展的需要，更好地助力行業的高質量發展。

參考文獻

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作者簡介

孫堯，碩士研究生，研究方向為建筑用冷彎型鋼。

李軍，通信作者，碩士研究生，研究員，研究方向為標準化。

（責任編輯：張瑞洋）