中美结构用冷弯开口型钢标准对比分析

摘 要：本文针对钢结构建筑中的一类次构件冷弯开口型钢，介绍了中国和美国相关现行标准概况，并从材料、型号与参数、二次加工和安装四个维度开展对比分析，找出中国与美国相关标准的具体差异，有针对性地提出我国相关标准的修改建议，对提升冷弯型钢行业整体水平具有重要意义。

关键词：冷弯开口型钢，钢结构，标准对比

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

0 引 言

近年来，钢结构因具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工装配化程度高等特点，在大跨度建筑中得到了广泛应用。而屋面和墙面檩条作为钢结构建筑中的次构件，通常使用热镀锌材质的冷弯开口型钢。这在我国市场上具有成熟的配套体系。但我国相关的产品标准从20世纪80年代延续至今，存在着热镀锌材料与热轧材料混编、开口型钢型号缺失等问题，不能很好地服务于从事产品设计、生产和施工的相关企业，与发达国家同类产品标准相比存在一定差距。通过与美国结构用冷弯型钢标准的对比分析，找出存在的问题和差距，对完善我国相关标准以及提升行业整体水平具有重要意义。

1 中美结构用冷弯开口型钢标准基本情况

目前，我国关于结构用冷弯开口型钢的标准主要有GB/T 6723—2017《通用冷弯开口型钢》、GB/T 6725—2017《冷弯型钢通用技术要求》和JG/ T380—2012《建筑结构用冷弯薄壁型钢》。美国主要有三项标准，分别是美国材料与试验协会的ASTMC 955—18《结构用冷弯型钢标准规范》、美国钢铁协会的AISI S 240—20《北美冷弯型钢结构框架标准》和钢框架行业协会的《冷弯型钢框架产品技术指南》（简称“指南”）。表1总结了中美冷弯开口型钢标准的基本情况。

2 标准具体内容对比

2.1 材料

为了兼具防腐性与经济性，檩条的生产原材料一般选用热镀锌或者镀铝锌等涂镀类钢带。我国较早时期出于经济性考虑，有的檩条会选用热轧带钢生产，现在高端钢结构建筑甚至会选用不锈钢带钢生产。当前中国和美国的檩条最大宗的原材料都是镀锌带钢。

根据GB/T 6725—2017中6.1.1的要求，我国冷弯型钢可以采用多种材质的原材料，包括热轧、热镀锌、彩色涂层和不锈钢等，但未对檩条这种冷弯开口型钢提出具体要求。建筑工业行业标准JG/T 380—2012针对6 mm以下的薄壁材料规定较为详细，锌层厚度为双面不小于180 g/m2（Z180），材料厚度公差为±8%。对于现行市场而言，该厚度公差过大。美国标准对原材料规定较为详细，材料需选用涂镀类带钢，如热镀锌和镀铝锌等，原材料最小厚度为0.84mm2，材料实际厚度不能小于设计厚度的95%。材料的防腐性能也有具体规定，以热镀锌材质为例，锌层厚度为双面180 g/m2（Z180）和275 g/m2（Z275）两种。另外，美国标准还规定了厚度要求，从0.84 mm到3.0mm一共有6种厚度。

檩条的屈服强度是该产品的关键参数之一。檩条是冷弯加工，产品的屈强度服主要取决于原材料的屈服强度。比较GB/T 6725中4.2的规定和AISI S100-16中A3.1的规定发现，中美两国冷弯型钢原材料的屈服强度选择都比较宽泛，而指南对结构用的Stud（对应 GB/T 6723中最主要的檩条型号冷弯内卷边槽钢）的屈服强度做出了规定。根据指南中的截面参数表，最厚的三个厚度1.72 mm、2.45 mm和3.0 mm的产品屈服强度只有一种，即50 ksi（千磅力每平方英寸），对应我国Q345/Q355，从1.72 mm到3.0 mm正是我国冷弯内卷边槽钢（C型钢）的最主要厚度范围。我国可选屈服强度有Q345/Q355、Q235、Q215和Q195。虽然相同厚度的材料屈服强度高会增加成本，但较高的屈服强度可以提高钢结构的抗变形能力和承载能力，在设计时可以选用更小的截面尺寸，从而在减少材料使用的同时达到所需的屈服强度指标。

美国标准对材料的规定非常详细，既简化了设计师选用檩条的工作量，保证了产品质量，还降低了上游带钢厂和下游檩条厂的库存复杂度，有效提升了相关企业的库存周转率。

2.2 型号与参数

2.2.1 型号

根据GB/T 6723—2017中第4章“分类、代号”的规定，冷弯开口型钢按其截面形状共分为9种，檩条主要选用其中的3种：冷弯内卷边槽钢（CN）、冷弯外卷边槽钢（CW）和冷弯卷边Z形钢（ZJ）。根据AISI S240—20中A5.3.1的规定，美国冷弯开口型钢共分为5种，代号分别是S、T、U、F和L。表2是中美两国冷弯开口型钢品种对应表，其中CW与F虽有对应关系但截面形状不一致。

以中美都有的C型钢做型号做对比。根据美国指南对结构用C型钢的截面性能表可知，C型钢按照先厚度、再边高、最后底宽的顺序逐级递增，54 mils（即1.37 mm）列出了33 ksi和50 ksi两种屈服强度的型号。该表囊括了从最小底宽2.5英寸到最大底宽16英寸的所有240个C型钢型号。根据GB/T 6723—2017中表5冷弯内卷边槽钢基本尺寸与主要参数表可知，代号CW的冷弯外卷边槽钢按照先高度、再边宽度、再外卷边高度，最后边厚度的顺序逐级递增，表中列出了边高度从60 mm到600 mm的39中型号。与美标相比，大量的型号我国标准并没有列出。

GB/T 6723—2017中表5所列出的型号与市场实际使用型号相比缺失比较严重，特别是高度为250mm（25号）和300 mm（30号）两种主力C型钢的型号，只有边宽度40 mm和外卷边高度15 mm的一种，而市场通用25号到30号C型钢的边宽度和外卷边高度分别为75 mm和20 mm。市场大量使用的高度为280 mm、320 mm和350 mm的C型钢，在国标中均未列出。表3以边宽度为180 mm（18号）和边宽度为200 mm（20号）两种C型钢为例，列出国标与市场实际使用型号的差异。

美标中没有对Z型钢做出规定，但由于Z型钢与C型钢型号大致对应，所以GB/T 6723中冷弯卷边Z型钢的型号同样缺失较多。除此之外，Z型钢的型号还存在两个问题：一是型号截面图中边宽度与卷边高度夹角与实际情况不符。根据GB/T 6723—2017中图8可知，边宽度与卷边高度成90度直角，而实际使用的型号约为135度钝角，图1显示了冷弯卷边Z型钢国标规定与市场实际使用的型号截面图差距。二是边宽度与实际情况不符，由于有些结构中Z型钢需要搭接，导致两个边宽度长短不一样。比如25号Z型钢，两个边宽度可以同为75 mm，也可以两边分别为80 mm和70 mm。当出现大小边时，Z型钢并不像C型钢一样是纵向对称结构件，生产过程中的冲孔会引起出料方向问题，但国标中并没有做出规定。

冷弯外卷边槽钢檩条目前没有C型钢和Z型钢那样使用广泛，市场也没有成熟的型号表可以选用。因此，各钢结构设计单位基本上都自行规定冷弯外卷边槽钢檩条的截面高度、截面边宽度和外卷边高度。根据GB/T6723—2017中的表6，国标中属于镀锌冷弯外卷边槽钢檩条的型号仅有5个。

相比于GB/T 6723—2017，JG/T 380—2012的附录A中型号虽然更加全面，但目前市场上截面高度30 0 mm以上，厚度3.0 mm以上的型号仍然缺失，并且由于发布年代较早，JG/T 380 —2012中缺少冷弯外卷边槽钢檩条，Z型钢也没有明确大小边的情况。

2.2.2 参数

根据GB/T 6723—2017，国标冷弯开口型钢的主要参数包含尺寸（共4个尺寸）、理论重量、截面面积、重心、惯性矩、回转半径、截面模数等10项。根据指南，美标冷弯开口型钢除了包含国标中的性能参数外，还包含有效性能参数和扭转等性能参数共20项。指南里还列出了C型钢用作幕墙的数据表、组合轴与横向载荷数据表、地板与屋顶梁跨度数据表和腹板屈曲数据表，所有数据的计算均遵循AISIS100-16和AISI S240-20的要求，并且适用情况都有明确规定。

另外，GB/T 6723—2017表5冷弯内卷边槽钢基本尺寸与主要参数有误，180×70×20×2.5的截面面积为9.48，根据长方形面积公式算出截面面积应为8.5。

通过中美型号与参数的对比可知，美标数据完备而详细，为设计选型和产品生产提供了依据。国标型号方面存在型号缺失问题，且多数冷弯开口型钢的厚度都达到10 mm以上，已经远超涂镀类材料的厚度范围，并且与建筑类的次构件不属于同一个产品系列。

2.3 二次加工

2021年10月21日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于推动城乡建设绿色发展的意见》明确：“大力发展装配式建筑，重点推动钢结构装配式住宅建设，不断提升构件标准化水平，推动形成完整产业链，推动智能建造和建筑工业化协同发展。”随后各地方政府也为推动装配式建筑的发展规定了在新建建筑中所占比例。对于钢结构建筑，目前由工厂组装现场安装已经是一种大趋势。出于对经济效益的考虑，檩条的二次加工逐渐由钢结构建造企业转向檩条生产企业，由于后者普遍没有前者的技术实力，标准在檩条二次加工中就具有不可替代的重要意义，而目前国标和行标在二次加工领域尚未涉及。

美标指南中规定了C型钢面对面和背对背两种二次加工的要求，包括面对面和背对背加工，并提供了相应的载荷数据表。在AISI S240-20中，除了以上两种情况涉及的弯曲、剪力和腹板屈曲等，还有一整章阐述二次加工中桁架的设计制造细节。

美标对冷弯开口型钢的二次加工的规定是由于美国装配式建筑发展较早，市场已经比较成熟。而我国目前装配式建筑还处于起步阶段。可以考虑先规定各种二次加工的类型以及加工公差等要求，随着装配式建筑的市场不断成熟再逐步完善标准的相关内容。

2.4 安装

美标对结构用冷弯开口型钢的安装也做了详细的规定，其中AISI S240从材料条件、结构框架、连接和其他多个维度做出了规定，指南中也有安装的相关示例图可供参考。

目前，GB/ T 6723和GB/ T 6725并没有安装的相关内容，GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的11.1规定了少量关于制作和安装的内容。由于GB 50018—2002已发布实施二十余年，并且其主要阐述包含压型钢板在内的所有建筑用冷弯型钢的设计与计算。与美标相比，国标有关檩条的安装内容参考价值并不高。因此，与二次加工类似，国标可以从檩条在钢结构建筑中最普遍的使用场景入手，对安装中涉及的结构框架与连接节点做出规定，以后逐步细化到特殊使用场景的相关要求。

3 结 语

中美关于冷弯开口型钢标准除了以上对比的四个维度，AISI S240中还有对产品质量控制的严格规定，并有接近一半的篇幅是对该标准中每个章节的解释与说明。从标准更新的版本频次来看，现行国标GB/T 6723是2017年发布，代替的是2008年版本，10年只更新了一次，现行AISI S240是2020年发布，往前版本分别为2015年、2012年和2007年，14年更新了三次，平均4.6年更新一次，较快的更新频率可以使标准持续融合最新的行业实践以及研究成果，紧跟冷弯成型技术的最新进展，从而更好地发挥了标准在行业内的指导作用。

总体来说，美标对结构用冷弯开口型钢行业提供了全面的指导与规范，对冷弯型钢涉及建筑的各个方面进行了详尽的覆盖，包括材料性能、设计因素、制造质量标准、构件识别、安装技术和公差等，服务了从设计到生产到施工再到检验的全过程，详细的标准内容有助于冷弯型钢建筑项目的质量一致性、安全性和可靠性。

标准是科技创新与产业发展的重要纽带，是产品成熟度和市场创新成熟度的重要指标，也是推动行业高质量发展的重要手段。高质量的冷弯开口型钢标准，能够更好地指导行业发展，成为行业发展的重要力量，并具有蓬勃的生命力。虽然我国在构用冷弯开口型钢有关标准上比美国还有一定的差距，但随着技术发展和国家对标准化工作的高度重视，我国的相关标准将会得到进一步的修订升级和完善，更好地适应行业发展的需要，更好地助力行业的高质量发展。

参考文献

[1]通用冷弯开口型钢：GB/T 6723—2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

[2]冷弯型钢通用技术要求：GB/T 6725—2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

[3]建筑结构用冷弯薄壁型钢：JG/T 380—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[4]美国材料与试验协会.Standard Specification for Cold-Formed Steel Structural Framing Members： ASTM C955-18[S].2018.

[5]美国钢铁协会.North American Standard for Cold-Formed Steel Structural Framing： AISI S240-20[S].2020.

[6]美国钢框架行业协会（SFIA）. Technical Guide for Cold-Formed Steel Framing Products[S].2016.

[7]美国钢铁协会.North American Specification for Design of Cold-Formed Steel Structural Members[S].2016.

[8]湖北省发展计划委员会.冷弯薄壁型钢结构技术规范：GB 50018—2002[S].北京：中国计划出版社，2002.

作者简介

孙尧，硕士研究生，研究方向为建筑用冷弯型钢。

李军，通信作者，硕士研究生，研究员，研究方向为标准化。

（责任编辑：张瑞洋）