关于钢结构相关规范中钢板厚度偏差标准问题的研究

作者:陈会荣    
时间:2013-01-08 16:19:44 [收藏]
在钢结构施工中,材料的选择使用是一项极为关键重要的工作。但是,我们发现,在钢板厚度允许偏差上,由于国家标准的不统一、不具体、不明确、不衔接,使得在监理及施工单位的理解执行中,
    关键词:规范中钢板厚度偏差标准问题的研究

    摘要:在钢结构施工中,材料的选择使用是一项极为关键重要的工作。但是,我们发现,在钢板厚度允许偏差上,由于国家标准的不统一、不具体、不明确、不衔接,使得在监理及施工单位的理解执行中,由于不同的选择误差很大,可以选择的选项多,因此,无法做出唯一性选择,也就无法判定那个选择是正确的。
          钢板的厚度尺寸是影响承载力的主要因素,如果板厚尺寸偏差不明确,不是造成安全隐患,就是造成不必要的浪费。因此,明确和理顺各标准之间的关系,确定标准的具体执行指标,对于提高材料利用率,确保结构安全具有重要意义。
          关键词:钢板厚度    允许偏差
          1、造成钢板厚度偏差尺寸无法具体界定的原因分析
          在钢结构质量验收、设计、原材产品等国家标准中,《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205—2001,《钢结构设计规范》GB50017—2003,以及《热轧钢板和带钢的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T709—2006等三个国家标准是执行判定钢板厚度允许偏差的主要国家标准。
          1.1上述三个标准的有关内容
          (1)《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205—2001的相关要求
          在规范中第6页第4部分原材料及成品进场中4.2关于钢材的规定如下:
          Ⅰ 主控项目4.2.1规定,“钢材、铸钢件的品种、规格、性能等应符合国家产品标准和设计要求”。
          在这里关于规格要求一是符合国家产品标准,二是符合设计要求。
          Ⅱ 一般项目4.2.3规定,“钢板厚度及允许偏差应符合其产品标准的要求”。
          在这里关于钢板厚度及允许偏差要求符合产品标准的要求。
          (2)《钢结构设计规范》GB50017—2003的相关要求
          在规范中第14页3.3关于材料选用规定如下:
          在规范中“3.3.1 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特性、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑,选用合适的钢材牌号和材性。”
            “承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当采用其它牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。”
          其中,钢结构设计规范涉及的国家标准《碳素结构钢》GB/T700第4款中和《低合金高强度结构钢》GB/T1591第5款中关于尺寸、外形、重量及允许偏差规定分别为:
          “钢板、带钢、型钢和钢棒的尺寸、外形、重量及允许偏差应分别符合相应标准的规定。”和“尺寸、外形、重量及允许偏差应分别符合相应标准的规定。” 
          在设计规范中,关于尺寸、外形、重量及允许偏差同样要求分别应符合相应标准的规定。其最终指向仍为产品标准《热轧钢板和带钢的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T709—2006
          (3)《热轧钢板和带钢的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T709—2006的相关要求
             关于板厚允偏差的有关规定如下:
             在规范中4.2 按厚度偏差种类分为
             N类偏差:正偏差和负偏差相等;
             A类偏差:按公称厚度规定负偏差;
             B类偏差:固定负偏差为0.3mm;
             C类偏差:固定负偏差为零,按公称厚度规定正偏差。
            在规范中5.2 钢板和带钢推荐的公称尺寸
           在规范 5.2.1单扎钢板的公称厚度在3-30 mm范围内的钢板按0.5 mm倍数的任何尺寸;厚度在30-400 mm范围内的钢板按1 mm倍数的任何尺寸。
            在规范中5.2.3带钢(包括连轧钢板)的公称厚度在0.8-25.4mm范围内,按0.1mm倍数的任何尺寸。
            在规范中5.2.6 根据需方要求,经供需双方协议,可以供应推荐公称尺寸
    以外的其它尺寸的钢板和钢带。
          从上述条文可以看出,在产品标准中,其公称尺寸分别为0.1mm、0.5 mm和1 mm的倍数等三个级别,而设计规范的公称尺寸只是按1 mm倍数计算标注的。
            在规范中 6.1厚度允许偏差
            在规范中6.1.1单扎钢板厚度允许偏差应符合表1(N类)的规定。
     

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    规范6.1.3带钢(包括连轧钢板)的厚度偏差应符合表5的规定。


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    1.2标准之间的差距
          从上述三个国家规范标准中不难看出,《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205—2001和《钢结构设计规范》GB50017—2003关于厚度尺寸的标准最终均指向为《热轧钢板和带钢的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T709—2006这个标准。但《热轧钢板和带钢的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T709—2006作为钢材产品标准,其厚度允许偏差并非单一指向一个特定情况,而其它标准要求采用该标准时,由于要求不具体、不明确,使得执行起来偏差很大。
          (1)首先,钢材标准按种类和精度分为不同的六种情况,而验收和设计规范并未具体指明执行哪种情况。
          (2)设计规范中的公称尺寸是以毫米为单位标注的,而钢材标准的公称尺寸包括0.1和0.5毫米倍数。公称尺寸相差巨大,材料使用、验收及资料填写,无法确认应采用那个尺寸。
          (3)从钢材标准表1中可以看出,板宽不同,则厚度允许的偏差不同,但在组成构件的零件中,由于采用不同板宽的原材下料,生产出的零件厚度偏差就不同,因此,同样的公称厚度板材,采用不同板宽生产的零件将产生近一倍的厚度偏差误差。
          (4)由于设计规范并未明确其设计计算允许的厚度偏差是按什么确定的,偏差多少为合理或安全值,因此,在引用钢材标准时也无法准确套用那种种类或精度。
          (5)由于单扎和连轧、中厚板和厚板的公称尺寸分别是以0.1,0.5,1.0毫米为单位的,如何采用就没有了唯一性,使得引用标准者茫然。

    1.3标准不确定造成的误区及后果
          由于执行标准的具体内容不确定,从而使得采用具体材料不一致,导致不是浪费就是安全隐患,具体举例如下:
          (1)相对于某一个构件中的一个设计8毫米厚的零件A,如果同样按照公称尺寸为厚度8毫米的标准,分别采购单扎钢板宽度4000毫米(表1)和带钢(包括连轧钢板)宽度1200毫米(表5)的两块钢板原材下料制造零件。从表中可以看出,由于单扎版N类厚度允许偏差为±0.9,而连扎版厚度允许偏差为±0.32,二者相差0.58,前者为后者的2.8倍多。差距部分占板厚的7.25?。也就是说,偏差值相同,但材料相差7.25?,这已经相当于企业的生产利润。
          (2)按设计要求,某一构件中的零件B,其板厚公称尺寸为25毫米。如果设计按照表1(N类)允许偏差的标准计算零件B是安全的,我们可以查出,在采购4000板宽的情况下,其实测厚度为25±1.2均属安全,也就是说厚度只要不低于23.8毫米就符合设计要求。那么我们再看能满足这一要求的带钢(包括连轧钢板)是什么规格。由于带钢和连轧钢板是以0.1毫米为公称单位出厂的,从表5可以看出,采购一批厚度23.4±0.40最低仍不小于23.8毫米的钢板就可满足设计要求。不难看出,采购23.4毫米的钢板比25毫米的钢板从经济上好很多,但1.6毫米的偏差是否影响结构安全就不得而知。如果不影响安全相对于这么大的材料节约,是否可以采用也没有确切说明。
          (3)同样是单扎钢板,同样是厚度公称尺寸8mm,如果采用1500mm以下的钢板其厚度偏差最大为±0.55mm,而采用4000mm-4800mm板宽的钢板,则厚度允许偏差可达±0.90mm,相差0.45mm,接近绝对允许偏差差了一倍。超出的偏差值也占原材本身的5.635%,如果以科学的、负责任的态度衡量,这么大的误差会造成巨大的浪费。
          (4)在实际工程应用中,部分企业及供货商正是利用了这一缺陷,张冠李戴,拿着25毫米的材质单,供应着23.4毫米的钢板。

    2、对于上述问题的解决方案
          钢板的厚度尺寸是影响承载力的主要因素,关乎材料的浪费节约及结构的安全,对于上述存在的问题,解决的具体方案如下:
          2.1钢材厚度允许偏差应列入各标准规范的主控项目和强制性条文。
          2.2设计规范应明确,以钢材产品关于尺寸偏差的规范《热轧钢板和带钢的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T709为依据,在设计公称尺寸条件下:
          (1)按照N类允许偏差的表1中1500-2500mm板宽计算允许偏差值,并规定偏差最大尺寸按照板宽1500-2500mm规定的偏差值执行。(避免板宽不同产生的厚度偏差)
          (2)以设计公称尺寸为依据,明确可采用板厚允许偏差的最大值(绝对值或百分比均可)。
          (3)明确允许使用连轧钢板或带钢时,采用的钢板只要实际厚度不低于允许偏差最大值即可。(避免了公称尺寸的不同而产生的误差)
          2.3验收规范应以材料及上述设计规范规定为依据,以理论尺寸为准绳,重点验收实际尺寸是否满足厚度偏差最大值的要求。(确保钢板实际厚度满足)
          2.4验收规范亦应明确材料尺寸验收应以《热轧钢板和带钢的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T709为依据。(应有具体的国家产品标准文号)
          2.5资料管理规程应设置设计公称尺寸,设计允许偏差,材料公称厚度和材料实际测量厚度等内容。(既保证实际厚度尺寸满足,又可以使用不同公称尺寸的钢板以免浪费)
          2.6对使用单扎或连轧及带钢的不同轧制钢板做出明确要求。
          2.7在规范未明确之前,考虑到设计应以最大允许偏差计算安全贮备,则可以允许用连轧或带钢的同类钢板代替单扎钢板,只要实际厚度负偏差不大于单扎钢板最大值即可。(以节约用钢)

    3、 结  语
          规范是指导施工的强制性、法规性、纲领性、可操作性的指导文件,明确和统一规范的标准,确保国家规范标准之间的有效衔接,合理采用最佳的板材,是效益和安全的必然要求。我们将持续关注类似问题,以确保规范的权威性,可行性,合理性和可操作性。
          作者简介:陈会荣             中国新兴钢结构公司
     

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