• 作者：肖军磊、郁银泉、高志强、许晶　　
• 出处：《工业建筑》，2025, 55(08) 　　
• 主题：研究高效能轧制型钢替代传统焊接构件，推动标准化、轻量化、低碳化钢结构体系应用

期刊官方阅览链接：http://gyjz.ic-mag.com/cn/article/doi/10.3724/j.gyjzG25060604

当前国内民用钢结构工程中，焊接组合构件长期占据主导地位，热轧成型轧制型材整体应用占比偏低，推广规模远不及欧美发达国家水平，不利于建筑工业化轻量化、低碳化转型落地。为打通轧制型钢大规模工程应用的全产业链壁垒，本文系统对比轧制型材与传统焊接构件在成型工艺、残余应力、力学耐久性能、生产能耗、现场装配效率方面的差异化特征；从型材供给、设计标准、制造施工、认证评价四大维度，全面梳理制约轧制型材普及的行业核心瓶颈；依托高效能标准化钢结构成套技术体系作为核心载体，提出覆盖钢材冶炼、标准化设计、数字化智能制造、现场干式装配、全流程质量管控的一体化规模化落地路径。工程测算结果表明，以轧制型钢替代定制焊接构件，可降低 12%~18% 钢材总用量，构件加工碳排放削减 20% 以上，大幅压缩工厂加工周期与现场焊接工程量；本文构建的全链条推广实施框架，能够有效提升热轧 H 型钢、轧制空心管材等标准化型材在厂房、住宅、公共建筑中的使用率，为建筑行业落实双碳战略、推进钢结构标准化智能建造提供完整产业实施参考方案。

一、研究背景与行业发展痛点

在建筑工业化、绿色低碳发展政策导向下，推广高效能标准化钢结构、扩大轧制型材应用是钢结构产业高质量升级的核心抓手。热轧 H 型钢、轧制方矩管等轧制型材依靠钢厂一体热轧成型，无需钢板拼接焊接，具备残余应力低、疲劳性能优、加工损耗小、生产碳排放低等先天优势，契合轻量化减碳建造需求。

但国内行业长期存在设计、钢铁生产、构件加工、施工安装产业链脱节问题，造成轧制型材推广受阻，核心矛盾分为四类：

1. 设计端习惯定制化焊接构件，缺少标准化型钢库配套，设计师优先采用焊接截面，轧制型材选型适配图集不足；
2. 钢厂型材规格供给与建筑工程需求错配，标准化型材规格覆盖不全，特殊跨度、荷载场景无对应轧制型号，只能采用焊接替代；
3. 产业链协同不足，设计院、钢厂、钢构厂信息割裂，缺少 “少规格、多组合” 标准化协同设计机制；
4. 缺少配套检测、评价与激励体系，轧制型钢应用成效无统一量化评估标准，项目落地缺少政策与技术支撑。现有研究多聚焦单一型材力学性能试验，缺少覆盖全产业链、适配标准化钢结构体系的规模化推广方案，基于此，文章结合标准化钢结构成套关键技术，系统性搭建轧制型材落地实施路径。

二、轧制型材与传统焊接构件综合性能对比

论文从成型工艺、力学性能、建造效率、低碳效益四大维度开展量化对比，明确轧制型钢综合优势：

（一）成型与残余应力差异

焊接构件由多块钢板裁切、拼接、熔焊成型，焊缝区域存在高残余拉应力，易产生焊接变形、层状撕裂；轧制型材一体热轧成型，内部应力分布均匀，残余应力数值不足焊接构件的 1/3，抗震、疲劳耐久性能更稳定，适合高烈度区、长期振动厂房建筑。

（二）材料利用率与轻量化效果

焊接构件需预留焊接坡口、加劲肋，钢材冗余用量大；轧制型材截面力学布局优化，同等承载力条件下用钢量降低 12%~18%，实现结构轻量化，直接减少钢材冶炼阶段隐含碳排放。

（三）工厂加工与现场施工效率

轧制型材进厂后仅需切割、打孔、涂装，无大批量焊接工序，工厂加工成材率提升 8%~12%；现场取消大量动火焊接，采用高强螺栓干式装配，施工工期缩短 30% 左右，减少焊接烟尘、能耗与探伤检测工作量。

（四）全生命周期低碳指标

焊接构件钢板裁切、长距离焊接、焊材消耗均产生额外碳排放；轧制型钢一体化成型工序简化，综合测算单吨构件生产碳排放量下降 20% 以上，是落实建筑双碳目标的优选构件形式。

三、轧制型材规模化应用四大核心制约因素

1. 标准化设计体系不完善：国内缺少统一、全覆盖的轧制型钢选型库与配套节点图集，建筑平面、柱网未基于标准型钢模数协同规划，设计师只能定制焊接截面适配异形受力需求；
2. 钢铁型材供给体系匹配度不足：钢厂轧制型钢规格梯度稀疏，大截面、高强度系列产品供给不足，中小钢厂柔性轧制产能有限，小批量定制轧制成本偏高；
3. 产业链协同机制缺失：设计、钢铁生产、钢构加工、施工四方独立运作，前置型材协同选型模式未普及，形成 “设计定焊接、钢厂难按需供型材” 的产业壁垒；
4. 质量认证与评价激励机制空白：暂无针对轧制型钢应用比例、轻量化减碳效益的标准化评价指标，绿色建筑、工业化建筑评价体系未对轧制型材应用设置正向激励，项目推广动力不足。

四、基于高效能标准化钢结构体系的全链条应用路径

文章以标准化钢结构成套技术为载体，构建型材供给协同、标准化设计、数字化智能制造、质量评价认证四位一体完整落地路径，分环节明确关键技术措施：

（一）上游：钢厂型材供给协同优化技术

1. 建立建筑 - 钢铁联动型材规格库，遵循 “少规格、多组合” 原则，完善热轧 H 型钢、轧制空心管强度与尺寸梯度，覆盖多层住宅、高层办公、工业厂房全场景受力需求；
2. 推广高强度控轧控冷轧制型钢（Q355/Q460QST 系列），提升单截面承载能力，进一步减少构件用量；
3. 钢厂搭建柔性轧制产线，降低中小批量标准型材定制生产成本，打通型材直供钢构厂渠道，减少中间流通成本。

（二）中游：标准化钢结构一体化设计关键技术

1. 模数协同前置设计：建筑柱网、层高、楼板跨度匹配轧制型钢标准模数，从方案阶段锁定轧制型材为主的结构体系，减少异形定制截面；
2. 构件与节点标准化：编制轧制型钢梁柱、支撑、柱脚标准节点图集，全部采用干式螺栓连接，取消现场焊接节点；
3. BIM 参数化型钢库嵌入设计软件，实现软件自动匹配轧制型材、输出材料清单，替代传统手工焊接截面选型；
4. 分业态标准化体系定型：针对装配式住宅、多层厂房、停车楼、中小型公建分别定型纯轧制型钢框架体系，形成可直接复用的成套结构方案。

（三）下游：数字化智能制造与干式装配施工技术

1. 钢构厂数字化加工产线：针对轧制型钢开发自动化切割、钻孔、涂装流水线，全程减少人工干预，稳定构件加工精度；
2. 全干式现场装配工艺：依托轧制型钢标准端板、插接节点，实现无现场焊接施工，配套模块化吊装方案，提升安装效率；
3. 全过程数字化管控：利用数字孪生跟踪轧制型材生产、加工、安装全流程，同步采集材料损耗、工期、碳排放数据，形成项目数据库。

（四）保障体系：质量检测与应用效果评价技术

1. 建立轧制型钢专项质量检测标准，针对低残余应力、疲劳性能、截面尺寸精度设置专属验收指标；
2. 构建高效能钢结构量化评价体系，将轧制型材使用率、轻量化率、碳减排量作为核心评价指标，用于绿色建筑、工业化建筑评审；
3. 完善行业认证机制，对高轧制型材应用比例项目给予标准化建筑认定倾斜，形成产业推广正向激励。

五、示范工程应用成效分析

论文结合多层标准化停车楼示范项目开展测算，项目全部采用轧制空心管材柱 + 热轧 H 型钢梁体系：

1. 型材应用比例：轧制型材占全部受力构件比例 100%，构件标准化率 97.81%，标准化节点占比 78.5%；
2. 经济效益：相比同规模焊接构件方案，整体用钢量降低 15.3%，工厂加工人工成本下降 22%；
3. 工期效益：主体钢结构加工、现场安装总工期缩短 28%；
4. 低碳效益：构件生产阶段碳排放减少 21.6%，现场无焊接工序，施工阶段污染物排放大幅降低。示范项目验证了整套推广路径的可行性，具备向厂房、保障房、中小型公共建筑复制推广条件。

六、论文核心研究结论与工程产业价值

1. 轧制型钢相较传统焊接构件具备低残余应力、高疲劳性能、轻量化、低碳、施工高效多重优势，是高效能标准化钢结构体系的核心优选构件，但其规模化推广受产业链协同、标准图集、型材供给、评价激励多重因素制约；
2. 以标准化钢结构体系为核心载体，从钢厂型材供给、模数化前置设计、数字化智能加工、评价认证保障四大环节构建一体化实施路径，可系统性打通轧制型钢全产业链应用壁垒；
3. 工程实践证明，全流程采用轧制型钢标准化体系，可实现钢材减量 12%~18%、构件碳排放降低 20% 以上，显著提升建筑工业化水平，助力建筑业双碳目标落地；
4. 本文提出的 “少规格、多组合” 模数协同设计方法、轧制型钢配套标准节点体系、全链条数字化管控方案，可为设计院、钢铁企业、钢结构加工厂提供标准化落地技术指南；
5. 研究形成的轧制型钢应用量化评价指标体系，可用于行业标准编制、绿色建筑评审、钢结构产业政策制定，推动国内热轧型材应用规模向发达国家水平靠拢。