H型鋼是斷面形狀類似于大寫拉丁字母H的一種經濟斷面型材,又叫萬能鋼梁、寬邊(緣)工字鋼或平行邊(翼緣)工字鋼,其不同于國內沿用已久的翼緣較窄且內側面傾斜的熱軋工字鋼。H型鋼的斷面形狀與普通工字鋼的的區別見圖。H型鋼的斷面通常分成為腰部和邊部,又稱為腹板和翼緣。 H型鋼的邊部內側與外側平行或接近于平行,邊端部呈直角,由此得名平行邊工字鋼。與腰部同樣高度的普通工字鋼相比,H型鋼的腰部厚度小,邊部寬度大,因此又叫寬邊工字鋼。由形狀特點所決定,H型鋼的截面模數、慣性矩及相應的強度均明顯優于同樣單重的普通工字鋼。 實際工程中最常用的是工字形截面,但工字鋼寬度較窄、承載性能較差,而與其截面類型相似的H型鋼,截面形狀配置更為合理、更加優良,屬于工程應用中較為理想的一種經濟斷面型材產品。根據使用中承載的特點熱軋H型鋼分為梁、柱、樁三種系列的H型鋼。在鋼結構工程應用方面,前者適用于鋼梁等受彎構件,柱型系列適用于鋼柱等受壓構件,而后者則適用于建筑基礎施工。熱軋H型鋼是一種截面分配優異、強重比更佳的鋼材。與普通工字鋼相比,熱軋H型鋼有以下顯著的產品特點: ①翼緣內外表面平行,翼緣端面平直,便于機械加工、結構連接和安裝; ②翼緣寬、側向剛度大,其繞弱軸的慣性矩一般要大一倍以上; ③抗彎、抗壓、抗扭能力強,一般約增加5~10%; ④型號規格系列較工字鋼多2倍以上,極大地方便了設計選用和優化。 H型鋼用在不同要求的金屬結構中,不論是承受彎曲力矩、壓力負荷還是偏心負荷都顯示出它的優越性能,可較普通工字鋼大大提高承載能力,并且由于它的邊寬、腰薄、規格多、使用靈活,故可節約金屬10--40%。由于其邊部內側與外側平行,邊端呈直角,便于拼裝組合成各種構件,從而可節約焊接和鉚接工作量25%左右,能大大加快工程的建設速度,縮短工期。 由于具有前述優點,H型鋼的應用廣泛,用途完全覆蓋普通工字鋼。主要用于:各種工業和民用建筑結構;各種大跨度的工業廠房和現代化高層建筑,尤其是地震活動頻繁地區和高溫工作條件下的工業廠房;要求承載能力大、截面穩定性好、跨度大的大型橋梁;重型設備;高速公路;艦船骨架;礦山支護;地基處理和堤壩工程;各種機械構件。 目前我國建筑工程中仍在大量采用鋼筋砼和磚混結構的模式,最終大量報廢的混凝土塊無法回收利用、難以分解,從長期發展看這種建筑方式對生態環境破壞較大。以熱軋H型鋼作為建筑結構的主要結構材料,由于材料可完全回收重復利用,對環境的影響極小,故熱軋H型鋼在建筑鋼結構領域享有“綠色建材”的美譽。 H型鋼結構可有效克服鋼筋混凝土結構自重大、結構尺寸大的缺陷,并改善結構的延性,提高結構的抗震性能。以熱軋H型鋼為結構主體材料的鋼結構建筑,通過工廠化生產的鋼梁、鋼柱為骨架,同時配以新型輕體的保溫、隔熱、高強的墻體材料作為圍護結構而構成。具有強度高、跨度大、自重輕、抗側力性能好、結構斷面尺寸小、施工周期短,可提高建筑面積利用系數,提高經濟效益等優點(上海希爾頓酒店工程設計時所作的鋼結構、組合結構和鋼筋混凝土結構三種結構方案的技術經濟比較結果是:鋼結構的自重比鋼筋混凝土結構的自重輕60%,使用面積前者比后者增加6%,施工速度前者比后者快近50%)。 H型鋼使用中有以下顯著的優點: ①H型鋼可使建筑等鋼結構件重量減輕15~30%,用于橋梁上可減輕結構件重量13~15%; ②在荷載相同的情況下,使用H型鋼可節省用鋼量; ③用H型鋼建造建筑物或工程,可比采用鋼筋砼縮短一半的建設工期并減少施工對周圍環境的影響; ④建造同等面積的樓宇,用H型鋼比用鋼筋砼能增加約6%的有效使用面積,在同樣跨度時可減少梁的高度,故同凈空高度時可減少樓層高度,節約內外墻工作量約3%; ⑤H型鋼可剖分﹑切割組裝加工成T形鋼及蜂窩梁,用其替代工、角、槽等普通型鋼制作屋架、支撐等構件可節省很多材料,減輕結構重量; ⑥H型鋼的抗動載性能大大高于焊接H型鋼和鋼筋砼,其抗震性及抗臺風性極好,更適合用來建造高層建筑、工業廠房和大跨度橋梁等; ⑦熱軋H型鋼由萬能軋機軋制成型,截面尺寸準確﹑平直,比焊接H型鋼少了焊接、校正工序,可節約成本費用約15~30%。 因而H型鋼作為鋼結構主體材料的結構設計,已被業內專家認為是今后的發展趨勢。 H型鋼的產品規格很多,有如下幾種分類: ①按產品邊寬分為寬邊、中邊和窄邊H型鋼。寬邊H型鋼的邊寬b大于或等于腰高h,中邊H型鋼的邊寬b大于或等于腰高h的1/2,窄邊H型鋼的邊寬b等于或小于腰高h的1/2。 ②按用途分為H型鋼梁、H型鋼柱、H型鋼樁、厚邊H型鋼梁。有時將平行腿槽鋼和平行邊丁字鋼也列入H型鋼。一般以窄邊H型鋼作為梁材,寬邊H型鋼作為柱材。故又有梁型H型鋼和柱型H型鋼之稱。 ③按生產方式分為焊接H型鋼和軋制H型鋼。 ④按尺寸規格分為大、中、小號H型鋼。通常將腰高在700mm以上的產品稱為大號、腰高在300--700mm的產品稱為中號、腰高小于300mm的產品稱為小號。 國際上H型鋼的產品標準分為英制系統和公制系統兩大類。美、英等國采用英制,中國、日本、德國和俄羅斯等國采用公制。盡管英制和公制采用的計量單位不同,但對H型鋼大都使用四個尺寸表示它們的規格,即腰高h、腰厚d、邊寬b和邊厚t。各國對H型鋼尺寸規格大小的表示方法不同,但所生產的產品尺寸規格范圍及尺寸公差相差不大。 H型鋼有熱軋成型及焊接組合成型兩種生產方式。焊接H型鋼是將厚度合適的帶鋼裁成合適的寬度,在連續式焊接機組上將邊部和腰部焊接在一起。焊接H型鋼有金屬消耗大、生產的經濟效益低、不易保證產品性能均勻等缺點。因此,H型鋼生產以軋制方式為主。H型鋼和普通工字鋼在軋制上的主要區別是,后者可以在兩輥孔型中軋制,前者需要在萬能孔型中軋制。采用近終形連鑄異型坯、通過四輥萬能軋制工藝生產的熱軋H型鋼具有優質、高效、低耗、低成本等顯著特點,在提高鋼鐵材料質量、提升使用經濟效益方面具備巨大的優越性。 長期以來,H型鋼產品一直維持變規格時腹板內寬保持恒定的生產方式。近來,日本開發了外寬尺寸一定的H型鋼,更加方便了鋼結構件的連接。另外,輕型薄壁H型鋼和一些特殊斷面形狀的H型鋼也受到市場的青睞。在鋼種上,除了一般結構用H型鋼外,還開發了耐候、高強度焊接、不銹鋼、防火、涂層H型鋼等?梢哉f:隨著技術的不斷進步,H型鋼花色品種和規格不斷增長,質量更加優良。 大力推廣應用H型鋼,替代普通工字鋼,可以節約鋼材的使用量,其重點技術是采用萬能軋機。
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