其次章鋼構造的材料 返回§2-6建筑鋼的種類、規(guī)格和選用建筑用鋼的種類我國的建筑用鋼主要為碳素構造鋼和低合金高強度構造鋼兩種，優(yōu)質碳素構造鋼在冷拔碳素鋼絲和連接用緊固件中也有應用。另外，厚度方向性能鋼板、焊接構造用耐候鋼、鑄鋼等在某些狀況下也有應用。一、碳素構造鋼按國家標準《碳素構造鋼》GB/T700生產的鋼材共有Q195、Q215、Q235、Q255Q27516mm的中，塑性、韌性均較好。該牌號鋼材又依據(jù)化學成分和沖擊韌性的不同劃分為A、B、C、D共4個質量等級，按字母挨次由A到D，表示質量等級由低到高。除A級外，其它三個級別的含碳量均在0.20％以下，焊接性能也很好。因此，標準將Q235牌號的鋼材選為承重構造用鋼。Q235鋼的化學成分和脫氧方法、拉伸和沖擊試驗以及冷彎試驗結果均應符合表2.6.1、2.6.22.6.3的規(guī)定。代表沸騰鋼，“b”代表半冷靜鋼，符號“Z”和“TZ”分別代表冷靜鋼和特種冷靜鋼。在具體標注時“Z”和“TZ”Q235B235N/mm2B級冷靜鋼。在冷彎薄壁型鋼構造的壓型鋼板設計中，如由剛度條件而非強度條件起掌握作用時，也Q2159章單層廠房鋼構造的有關內容。二、低合金高強度構造鋼GB/T1591生產的鋼材共有Q295Q345Q390、Q420Q4605種牌號，板材厚度主要依靠添加少量幾種合金元素來到達，合金元素的總量低于5％，故稱為低合金高強度鋼。Q345、Q390Q420均按化學成分和沖擊韌性各劃分為A、B、C、D、E5個質韌性、焊接性能，被標準選為承重構造用鋼。這三種低合金高強度鋼的牌號命名與碳素構造鋼的類似，只是前者的A、B級為冷靜鋼，C、D、E級為特種冷靜鋼，故可不加脫氧方法的符號。這三種牌號鋼材的化學成分和拉伸、沖擊、冷彎試驗結果應符合表6.2.4、6.2.5的規(guī)定。三、優(yōu)質碳素構造鋼優(yōu)質碳素構造鋼〔qualitycarbonstructuresteel〕與碳素構造鋼的主要區(qū)分在于鋼中0.035有較好的綜合性能。依據(jù)國家標準《優(yōu)質碳素構造鋼技術條件》GB/T699生產的鋼材共有兩大類，一類為一般含錳量的鋼，另一類為較高含錳量的鋼，兩類的鋼號均用兩位數(shù)字表示，它表示鋼中的平均含碳量的萬分數(shù)，前者數(shù)字后不加Mn，后者數(shù)字后加Mn，如45號鋼，表示平均含碳量為0.45％的優(yōu)質碳素鋼；45Mn號鋼，則表示同樣含碳量、但錳的含量也較高的優(yōu)質碳素鋼?？砂床粺崽幚砗蜔崽幚怼舱?、淬火、回火〕狀態(tài)交貨，用做壓力加工用鋼〔熱壓力加工、頂鍛及冷拔坯料〕和切削加工用鋼。由于價格較高，鋼構造中使用較少，僅用經(jīng)熱處理的優(yōu)質碳素構造鋼冷拔高強鋼絲或制作高強螺栓、自攻螺釘?shù)取Ｋ摹⑵渌ㄖ娩撛谀承顩r下，要承受一些有別于上述牌號的鋼材時，其材質應符合國家的相關標準。ZGB/T5313的規(guī)定；處于外露環(huán)境對耐腐蝕有特別要求或在腐蝕性氣、固態(tài)介質作用下的承重構造承受耐候鋼時，應滿足《焊接構造用耐候鋼》GB/T4172的規(guī)定；當在鋼構造中承受鑄鋼件時，應滿足《一般工程用鑄造碳鋼件》GB/T11352的規(guī)定等。鋼材規(guī)格鋼構造所用鋼材主要為熱軋成型的鋼板和型鋼，以及冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼等。為了削減制作工作量和降低造價，鋼構造的設計和制作者應對鋼材的規(guī)格有較全面的了解。一、鋼板鋼板有厚鋼板、薄鋼板、扁鋼〔或帶鋼〕之分。厚鋼板常用做大型梁、柱等實腹式構件柱的翼緣板、各種連接板、加勁肋等，鋼板截面的表示方法為在符號“－”后加“寬度×厚度”，如－200×20等。鋼板的供給規(guī)格如下：厚鋼板：厚度4.5~60mm，寬度600~3000mm，長度4~12m；薄鋼板：厚度0.35~4mm，寬度500~1500mm，長度0.5~4m；4~60mm12~200mm3~9m。二、熱軋型鋼常用的有角鋼、工字鋼、槽鋼等，見圖2.6.1a~f。角鋼分為等邊〔也叫等肢〕的和不等邊〔也叫不等肢〕的兩種，主要用來制作桁架等格“L”后加“長邊寬×短邊寬×厚度”〔對不等邊角鋼，如L125×80×8〕，或加“邊長×厚度”〔對等邊角鋼，如L125×8〕。200mm4~19m。2.6.1熱軋型鋼及冷彎薄壁型鋼工字鋼有一般工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼三種。一般工字鋼和輕型工字鋼的兩個主軸方向的慣性矩相差較大，不宜單獨用作受壓構件，而宜用作腹板平面內受彎的構件，或由工字鋼和其它型鋼組成的組合構件或格構式構件。寬翼緣H型鋼平面內外的回轉半徑較接近，可單獨用作受壓構件。一般工字鋼的型號用符號“I”后加截面高度的厘米數(shù)來表示，20號以上的工字鋼，又按腹板的厚度不同，分為a、b或a、b、c等類別，例如I20a表示高度為200mm，腹板厚度為a類的工字鋼。輕型工字鋼的翼緣要比一般工字鋼的翼緣寬而薄，回轉半徑較大。一般10～6310~705~19m。H型鋼與一般工字鋼相比，其翼緣板的內外外表平行，便于與其它構件連接。H型鋼的根本類型可分為寬翼緣〔HW〕、中翼緣〔HM〕及窄翼緣〔HN〕三類。還可剖分成T型鋼供給，代號分別為TW、TM、TN。H型鋼和相應的T型鋼的型號分別為代號后加“高度H×寬度×腹板厚度t1×翼緣厚度t2×××1和×××翼緣和中翼緣HH型鋼則適用于鋼梁等受彎構件。目前國內生產的最大型號H型鋼為HN700×300×13×24。供貨長度可與生產廠家協(xié)商，長度24mH型鋼不成捆交貨。槽鋼有一般槽鋼和輕型槽鋼二種。適于作檁條等雙向受彎的構件，也可用其組成組合或格構式構件。槽鋼的型號與工字鋼相像，例如［32a指截面高度320mm，腹板較薄的槽鋼。目前國內生產的最大型號為［40c5~19m。鋼管有無縫鋼管和焊接鋼管兩種。由于回轉半徑較大，常用作桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等平面和空間格構式構造的桿件；在鋼管混凝土柱中也有廣泛的應用。型號可用代號“D”后加“外徑d×壁厚t”表示，如D180×8等。國產熱軋無縫鋼管的最大外徑可達630mm。供貨長度為3~12m。焊接鋼管的外徑可以做的更大，一般由施工單位卷制。三、冷彎薄壁型鋼1.5~6mm厚的鋼板經(jīng)冷彎和輥壓成型的型材〔2.6.1g〕，和承受0.4~1.6mm的薄鋼板經(jīng)輥壓成型的壓型鋼板〔見圖2.6.1h〕，其截面形式和尺寸均可按受力特點合理設計，能充分利用鋼材的強度、節(jié)約鋼材，在國內外輕鋼建筑構造中被廣泛地應用。近年來，冷彎高頻焊接圓管和方、矩形管的生產和應用在國內有了很大的進展，冷彎型鋼的壁厚已達12.5mm〔局部生產廠的可達22mm，國外為25.4mm〕。一、鋼材選用原則和建議

鋼材的選擇鋼材的選用既要確保構造物的安全牢靠，又要經(jīng)濟合理，必需慎重對待。為了保證承重構造的承載力量，防止在肯定條件下消滅脆性破壞，應依據(jù)構造的重要性、荷載特征、連接方法、工作環(huán)境、應力狀態(tài)和鋼材厚度等因素綜合考慮，選用適宜牌號和質量等級的鋼材。一般而言，對于直接承受動力荷載的構件和構造〔如吊車梁、工作平臺梁或直接承受車輛荷載的棧橋構件等〕、重要的構件或構造〔如桁架、屋面樓面大梁、框架橫梁及其它受拉力較大的類似構造和構件等〕、承受焊接連接的構造、以及處于低溫下工作的構造，應承受質量較高的鋼材。對承受靜力荷載的受拉及受彎的重要焊接構件和構造，宜選用較薄的型鋼和板材構成；中選用的型材或板材的厚度較大時，宜承受質量較高的鋼材，以防鋼材中較大的剩余拉應力和缺陷等與外力共同作用形成三向拉應力場，引起脆性破壞。承重構造承受的鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對還應具有冷彎試驗的合格保證。依據(jù)多年的實踐閱歷總結，并適當參考了有關國外標準的規(guī)定，GB50017具體給出了需要驗算疲乏的鋼構造鋼材應具有的沖擊韌性合格保證的建議，如表2.6.6所示。為了簡化訂貨，選擇鋼材時要盡量統(tǒng)一規(guī)格，削減鋼材牌號和型材的種類，還要考慮市場的供給狀況和制造廠的工藝可能性。對于某些拼接組合構造〔如焊接組合梁、桁架等〕可〔〕，用強度高的鋼材；受力小、由穩(wěn)定掌握的局部〔如組合梁的腹板、桁架的腹桿等〕，用強度低的鋼材，可到達經(jīng)濟合理的目的。二、國外防脆選材的有關建議歐洲鋼構造試行標準〔EC3〕在其正文中對于承受準靜力荷載〔包括自重、樓面荷載、車輛荷載、風載、波浪荷載及吊車荷載〕的鋼構造，依據(jù)其構件是否為受壓和非焊承受拉，區(qū)分為S1和S2兩種使用條件，分別給出了最低使用溫度為0℃、-10℃和－20℃時，不必進展脆性斷裂驗算的各種鋼材的最大板厚限值〔見表2.6.7〕，并在其附錄C中給出了防止脆性破壞的設計方法。這些方法同時考慮了鋼材的強度等級、材料厚度、加載速率、最低使用溫度、材料韌性和構件種類〔破壞后果〕的影響，規(guī)定比較具體，具有可操作性。俄羅斯地處歐洲西北部，冬季氣候嚴寒，過去曾發(fā)生過不少鋼構造的脆性破壞事故。經(jīng)過大量的理論和試驗爭論，前蘇聯(lián)《鋼構造設計標準》〔СНNПⅡ-23-81〕提出了一套考慮脆性破壞的強度計算方法。該標準規(guī)定，建筑在-30℃至-65℃氣溫地區(qū)的鋼構造中，都要考慮脆性破壞的抗力，按下式驗算強度：式中σmax為構件計算截面的最大名義拉應力，計算時不考慮動力系數(shù)，按凈截面算出；β為計算系數(shù)，考慮了使用時的最低計算溫度、鋼材牌號、構件的構造和連接形式以及構件板厚的影響，總的趨勢是計算溫度越低、所用鋼材的屈服強度越高、構件的板厚越厚、承受焊β6u為鋼材的計算抗拉強度；γu1.3?！睱RFD〕在材料一章中單列了重型型材一節(jié)，規(guī)定承受全熔透焊縫相互拼接的重型型鋼〔翼緣板厚≥44mm〕，當主要承受由拉力和彎矩引起的拉應力作用時，在鋼材的供貨合同中應由供貨商供給CV試驗值，并滿足+70°F〔+20℃〕的CV平均值不小于20ft?lbs〔27J〕≥2in〔50mm〕承受全熔透焊縫組成的焊接組合截面鋼構件，當主要承受由拉力和彎矩引起的拉應力作用時，其鋼材也應滿足上述要求。標準的條文說明指出，由于真實構造中鋼材的應變V型缺口沖擊試驗中的應變速率，因此規(guī)定的試驗溫度比預期的材板厚不超過38mm時，按所在地區(qū)最低溫度增加39℃進展夏比試驗，而不是在服役環(huán)境的最低溫度下做沖擊試驗，這和上述的道理是一樣的。與上述文獻相比，我國對需要驗算疲乏的鋼構件的沖擊試驗要求沒有考慮板厚因素的影響，即不管板件厚薄，處于某一工作溫度下的鋼構件，均要求一樣的CV保證值，明顯是不盡合理的。以工作溫度低于-20Q345鋼制成的焊接鋼構件為例，按GB50017的規(guī)定，不管板厚是多少，均應選擇Q345D級鋼，也就是應具有-20℃沖擊韌性Q345EC3t≤6mmFe510B級鋼〔大致相當于我國Q345B級鋼，以下類似〕；當6mm＜t≤16mm時，應選用Fe510C級鋼；當16mm＜t≤38mm時，應選用Fe510D級鋼；當38mm＜t≤59mm時，應選Fe510DD級鋼〔相當于我國Q345D級和E級之間質量等級的鋼材〕。而按美國LRFD的規(guī)定當板厚小于50mm時，可不對鋼材提出CV值的要求，當板厚≥50mm時，可只保證+20℃的沖擊韌性不小于27J即可，比我國標準寬松得多。固然，各國的鋼材牌號和質量有很大的差異，上例只能定性的比較，不能得出定量的結論。鋼材的板厚越薄，軋下量越大，鋼材的綜合性能越好，明顯，考慮實際板厚進展設計是合理的。由于我國在這方面的爭論不多，原標準GBJ17-88使用多年，實踐中尚沒遇到考慮板厚選材的問題，故標準GB50017僅在提高嚴寒地區(qū)抗脆斷力量要求一節(jié)中，提出了在工作溫度等于或低于-30℃的地區(qū)，焊接構件宜承受較薄的板件組成的定性要求，在材料選Q235Q3450CVQ345CV試驗溫度提高到和Q235鋼的一樣以外，暫沒有考慮按板厚選材的問