第一章概論

第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)的特點：

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件較小，質(zhì)量較輕，便于運輸和安裝，便于裝拆、擴建。

適用于跨度大、高度高，承載重的結(jié)構(gòu)。

1.鋼材的材質(zhì)均勻，質(zhì)量穩(wěn)定，可靠度高；

2.鋼材的強度高，塑性和韌性好，抗沖擊和抗振動能力強；

3.鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度高，工廠制造，工地安裝，加工精度高，制造周期短，生產(chǎn)效率

高，建造速度快；

4.鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好；

5.耐腐蝕和耐火性差。

第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍

一、大跨度結(jié)構(gòu)：

體育場、館、會展中心、會堂、劇場、飛機庫、機車庫等。

二、高層建筑：

紐約的西爾斯大廈共110層，總高443m；

深圳的地王商業(yè)大廈總高368m；

上海金茂大廈共88層，總高420.5m。

三、工業(yè)建筑

設(shè)有大噸位吊車，煉鋼車間，船體車間，水壓機車間。

四、輕鋼結(jié)構(gòu)

后面重點講解。

五、高聳結(jié)構(gòu)（塔桅結(jié)構(gòu)）

高壓輸電塔，微波站，雷達站，火箭發(fā)射塔，海洋石油平臺。

隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)發(fā)展，塔桅結(jié)構(gòu)由單一功能向多功能方向發(fā)展，如加拿大多倫多的

電視塔為全鋼結(jié)構(gòu)，我國黑龍江省336m高的全鋼結(jié)構(gòu)多功能電視塔。

六、活動式結(jié)構(gòu)

水工鋼閘門，升船機，三峽的升船機120X18X3.5m,最大提升高度113m,重11800T。

七、可拆卸或移動的結(jié)構(gòu)

鋼棧橋、移動式平臺，發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)重量輕，便于運輸和安裝的優(yōu)點。

加拿大已建成120多萬噸，可容納5000多人的海上采油平臺。

八、高壓容器和大直徑管道

三峽水利樞紐工程中的發(fā)電機組壓力鋼管內(nèi)徑達12.4m,鋼管壁厚60mmo

九、抗震要求高的結(jié)構(gòu)

十、特種結(jié)構(gòu)

鋼煙囪、鋼水塔，紀念性建筑（北京的中華世紀壇）城市大型雕塑（南海大佛）。

第三節(jié)現(xiàn)代建筑鋼材的發(fā)展

一、高強度鋼材

隨著人們對結(jié)構(gòu)性能要求的提高，研制和應(yīng)用高強度鋼材、優(yōu)質(zhì)鋼和各種低合金鋼，

如Q345（16鎰鋼）、Q390（15缽帆鋼）、Q420（15錦帆氮鋼），有些西方國家己把鋼材的

屈服強度為700-800Mpa或更高強度的低合金鋼列入設(shè)計規(guī)范。

二、耐候鋼

美國在優(yōu)質(zhì)碳素鋼或低合金鋼中加入銅銘鍥等合金元素試制耐大氣腐蝕的用鋼，其抗

腐蝕性能可提高2?4倍。

我國在80年代開始研制成功可焊接耐候鋼。

三、耐火鋼

美國在優(yōu)質(zhì)碳素鋼中加入銅等其他合金元素，研制成耐火鋼，耐火可達600C。

我國寶鋼武鋼都已生產(chǎn)耐火鋼，主要應(yīng)用在列車上。

四、不銹鋼

1.不銹鋼的分類

不銹鋼的定義是各式各樣的，因此不銹鋼鋼種的范圍也是不固定的，根據(jù)比較標準的

定義，不銹鋼是指在鋼中加銘元素，且形成鈍化狀態(tài)，具有不銹鋼特性的鋼材。另一種定

義是根據(jù)塔曼耐酸法而作出的，認為不銹鋼是含銘量在12%（嚴格講，是11.74%）以上的

鋼材。

對不銹鋼的分類，因上述定義的關(guān)系，也不是十分清楚的，通常，根據(jù)不銹鋼的成份,

將大致地分為銘系和銘銀系兩類。

提高耐蝕性一降低含碳量一低碳銘13

（鐵素體系）一增加含銘量一低碳銘

銘系一銘1318

提高淬火硬度一增加含碳量一高碳銘13

同時提高耐蝕性（馬氏體系）一增加含碳量一高碳銘18

鍥銘系一18-8—提高耐蝕性一降低含碳量一低碳18-8

無磁性（奧氏體系）一添加其他元素一18-8Mg

但更為常用和具有實用意義的，是根據(jù)不銹鋼在經(jīng)900Tl00℃高溫淬火處理后的反應(yīng)

和微觀組織。將其分為三類：即淬火后硬化的馬氏體系，淬火后不硬化的鐵素體系，高銀

系不銹鋼所具有的奧氏組織。這三類不銹鋼的成份與性能見下表

三類不銹鋼的成份與性能

大致成份冊）

分類淬硬性耐腐蝕性加工性可可性磁性

CrNiC

馬氏體系11?25——L2以下有可可不可有

鐵素體系16?27—0.35以下無佳尚佳尚可有

奧氏體系16以上7以上0.25以下無優(yōu)優(yōu)優(yōu)無

2.不銹鋼的性能

不銹鋼的性能與普通碳素鋼的性能不同。各種類型不銹鋼的性能也不完全相同。在物

理性能方面，馬氏體系不銹鋼和鐵素體系不銹鋼的線膨脹系數(shù)接近低碳鋼的數(shù)值（12X

W6）,而奧氏體系不銹鋼大約是碳素鋼的150舟（8Xl（r）。鐵素體系不銹鋼和馬氏體系不

銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)紙為普通低碳素鋼的1/2左右，而奧氏體系不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)僅達普通低碳

鋼的1/3左右。不銹鋼的彈性模量、密度及比熱等方面與普通低碳鋼基本上是同等程度的。

由此可看出，不銹鋼的這些特點會對其機械性能和加工性能產(chǎn)生直接或間接的影響。從機

械性能角度來看，鐵素體系不銹鋼與馬氏體系不銹鋼具有與低碳鋼較類似的性能。這兩種

不銹鋼的抗拉強度要較普通低碳鋼高，而其屈服點一般不像低碳鋼那樣明顯。這兩種不銹

鋼的抗沖擊能力是不一樣的，鐵素體系不銹鋼的抗沖擊能力較差，而馬氏體系不銹鋼在常

溫下則有著優(yōu)良的韌性。奧氏體系不銹鋼在機械性能方面的特點是其屈服強度比較低，而

伸長率與斷面收縮率先及抗擊值比較高，具有優(yōu)良的韌性。對焊接來說，馬氏體系不銹鋼

與鐵素體系不銹鋼在焊接時冷卻速度要普通鋼慢得多；而奧氏體系不銹鋼焊接時，其變形

的增大要比普通低碳鋼大得多。

對不銹鋼的耐腐蝕性能要有正確的認識。不銹鋼肯有優(yōu)良的耐腐性，是以在耐腐蝕方

面的應(yīng)用為其目的和特點的鋼種。為了在工程中安全地使用不銹鋼，建立起不銹鋼并不一

定都具有優(yōu)良的耐腐蝕性這一觀點是十分必要的。應(yīng)該清楚地認識到，現(xiàn)實中存在著各式

各樣的腐蝕，不同類型的不銹鋼對于不同類型的腐蝕的耐蝕性是很不相同的。因此，根據(jù)

腐蝕的具體類型來判斷不銹鋼的耐蝕性是十分重要的。

一般來說，不銹鋼是依靠其表面的鈍化膜來發(fā)揮其耐蝕性能的°因此，不銹鋼的耐蝕

性能的好壞與其表面的鈍化情況有關(guān)。從這種觀點出發(fā)，對于強氧化性的酸來說，即使是

像硝酸那樣的強酸，不銹鋼也能具有優(yōu)良的耐蝕性能，甚至耐蝕性能較差的鐵素體不銹鋼

也可被允許使用。但是對于像稀硫酸、醋酸之類非氧化性或還原性的酸來說，由于此時不

能發(fā)揮上述鈍化膜的作用，而不銹鋼與鐵的電極度電位幾乎是相同的，所以表現(xiàn)出不銹鋼

不能耐腐蝕，即使是耐蝕性最好的奧氏體不銹鋼，其耐腐蝕性能也是不夠好的。在這種情

況下，應(yīng)動用含銀量較高（標準型奧氏不銹鋼為0Crl8Nil8）,或含有銅等添加元素的不銹

二、鋼結(jié)構(gòu)對所有材料的要求

鋼材的種類繁多，碳素鋼有上百種，合金鋼有300余種，性能差別很大，符合鋼結(jié)

構(gòu)要求的鋼材只是其中的小部分。用以建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材稱為結(jié)構(gòu)鋼，它必須滿足下列要

求：

（1）抗拉強度A和屈服強度fy較高。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計把人作為強度承載力極限狀態(tài)的標

志。7V高可減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約鋼材和降低造價。，是鋼材抗拉斷能力的極限，/〃高可

增加結(jié)構(gòu)的安裝保障。

（2）塑性和韌性好。塑性和韌性好的鋼材在靜載和動載作用下有足夠的應(yīng)變能力，即

可減輕結(jié)構(gòu)脆性破壞的傾向，又能通過較大的塑性變形調(diào)整局部應(yīng)力，使應(yīng)力得到重分布,

提高構(gòu)件的延性，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震能力和抵抗重復(fù)荷載作用的能力。

（3）良好的加工性能。材料應(yīng)適合冷、熱加工，具有良好的可焊性，不致因加工而對

結(jié)構(gòu)的強度、塑性和韌性等造成較大的不利影響。

（4）耐久性好。

（5）價格便宜。

此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工作條件，有時還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫等環(huán)境的能

力。

根據(jù)上述要求，結(jié)合多年的實踐經(jīng)驗，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-）主要推薦碳素

結(jié)構(gòu)鋼中的Q235鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼中的Q345鋼（16鎰鋼）、Q390鋼（15鎰鋼鋼）和Q420

鋼（15MnVN鋼），可作為結(jié)構(gòu)用鋼。隨著研究的深入，必將有一些滿足要求的其他種類材

可供使用。若選用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范還未推薦的鋼材時，需有可靠的依據(jù)，以確保鋼結(jié)構(gòu)的

質(zhì)量。

第二節(jié)鋼材的主要機械性能

鋼材的主要機械性能（也稱力學(xué)性能）通常是指鋼廠生產(chǎn)供應(yīng)的鋼材在標準條件下拉

伸、冷彎和沖擊等單獨作用下顯示出的各種機械性能c它們由相應(yīng)實驗得到，試驗采用的

試件制作和試驗方法都必須按照各相關(guān)國家標準規(guī)定進行。

一、單向拉伸時的性能

鋼材單向拉伸試驗按照《金屬拉伸試驗方法》（GB228）的有關(guān)要求進行。鋼結(jié)構(gòu)所在

用鋼材的標準試件在室溫（10C?35C）,以滿足靜力加載的加載速度一次加載所得鋼材

的應(yīng)力?應(yīng)變曲線，簡化光滑曲線。由此曲線顯示的鋼材機械性能。（詳見附圖一）。

（1）彈性階段（附圖一⑸中OA段）：試驗表明，當應(yīng)力。小于比例極限（A點）時,

。與￡呈線性關(guān)系，稱該直線的斜率E為鋼材的彈性模量。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對所有鋼

材統(tǒng)一取E=2.O6X1O5N/〃2〃Z2。當應(yīng)力。不超過某一應(yīng)力值工時，卸除荷載后試件的

變形將完全恢復(fù)。鋼材的這種性質(zhì)稱為彈性，稱為彈性極限。在。達到力之前鋼材處

于彈性變形階段，簡稱彈性階段。上,略高于/〃，二者極其接近，因而通常取比例極限。

和彈性極限，值相同，并用比例極限力表示。

(2)彈塑性階段(圖2T(b)中AB段)：在AB段，變形由彈性變形和塑性變形組成，其

中彈性變形在卸載后恢復(fù)為零，而塑性變形則不能恢復(fù)，成為殘余變形。稱此階段為彈塑

性變形階段，簡稱彈塑性階段。在此階段，。與￡呈非線性關(guān)系，稱Ef=db/d￡為切線

模量。E隨應(yīng)力增大而減小，當。達到時，月為零。

(3)屈服階段(圖2T(b)中BC段)：當。達到人后，應(yīng)力保持不變而應(yīng)變持續(xù)發(fā)展，

形成水平線段，即屈服平臺BC。這時猶如鋼材屈服于所施加的荷載，故稱為屈服階段。實

際上，由于加載速度及試件狀況等試驗條件的不同，屈服開始時總是形成曲線上下波動，

波動最高點稱上屈服點，最低點稱下屈服點。下屈服點的數(shù)值對試驗條件不敏感，所以計

算時取下屈服點作為鋼材的屈服強度fv。對碳含量較高的鋼或高強度鋼，常沒有明顯的

屈服點，這時規(guī)定取對應(yīng)于殘余應(yīng)變%,=0.2%時的應(yīng)力作為鋼材的屈服點，常稱為

條件屈服點或屈服強度為簡單劃一，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中常不區(qū)分鋼材的屈服點或條件屈服點，

而統(tǒng)一稱作屈服強度/v?？紤]。達到后鋼材暫時不能承受更大的荷載，且伴隨產(chǎn)生很

大的變形，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計取力作為鋼材的強度承載力極限。

(4)強化階段(圖2T(b)中CD段)：鋼材經(jīng)歷了屈服階段較大的塑性變形后，金屬內(nèi)

部結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，產(chǎn)生了繼續(xù)承受增長荷載的能力，應(yīng)力?應(yīng)變曲線又開始上升，一直到

D點，稱為鋼材的強化階段。稱試件能承受的最大拉應(yīng)力為鋼材的抗拉強度。在這個階

段的變形模量稱為強化模量，它比彈性模量低很多。取人作為強度極限承載力的標志，

就成為材料的強度儲備。

對于沒有缺陷和殘余應(yīng)力影響的試件，。與人比較接近，且屈服點前的應(yīng)變很小。

在應(yīng)力達到.人之前，鋼材近于理想彈性體，在應(yīng)力達到《之后，塑性應(yīng)變范圍很大而應(yīng)

力保持不增長，接近理想塑性體。因此可把鋼材視為理想彈塑性體，取其應(yīng)力?應(yīng)變曲線

(詳見附圖二)。鋼結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計是以材料為理想彈塑性體的假設(shè)為依據(jù)的，雖然忽略了

強化階段的有利因素，但卻是以應(yīng)高出《多少為條件的。設(shè)計規(guī)范要求421.2,

來保證塑性設(shè)計應(yīng)有的儲備能力。

(5)頸縮階段(D點以后區(qū)段)：當應(yīng)力達到。后，在承載能力最弱的截面處，橫截面

急劇收縮，且荷載下降直至拉斷破壞。試件被拉斷時的絕對變形值與試件原標距之比的百

分數(shù)稱為伸長率6。伸長率代表材料在單向拉伸時的塑性應(yīng)變能力。

鋼材的人，。和5被認為是承重鋼結(jié)構(gòu)對鋼材要求所必須的三項基本機械性能指標。

二、鋼材的冷彎性能

鋼材的冷彎性能由冷彎試驗來確定，試驗按照《金屬彎曲試驗方法》（GB232）的要求

進行。試驗時按照規(guī)定的彎心直徑在試驗機上用沖頭加壓（詳見附圖三），使試件彎曲

180°,若試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。冷彎試驗不僅能直接反映鋼材的彎

曲變形能力和塑性性能，還能顯示鋼材內(nèi)部的冶金缺陷（如分層、非金屬夾渣等）狀況，

是判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量的綜合指標。重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工性能

時，應(yīng)有冷彎合格保證。

三、鋼材的沖擊韌性

鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷載作用下斷裂時吸收機械能的一種能力，是衡量鋼

抵抗可能因低溫、應(yīng)力集中、沖擊荷載作用等而致脆性斷裂能力的一項機械性能。在實際

結(jié)構(gòu)中，脆性斷裂總是發(fā)生在有缺口高峰應(yīng)力的地方,因此，最有代表性的是鋼材的缺口

沖擊韌性，簡稱沖擊韌性。鋼材的沖擊韌性試驗采用有V形缺口的標準試件，在沖擊試驗

機上進行。沖擊韌性值用擊斷試樣所需的沖擊功表示，單位為J。

沖擊韌性與溫度有關(guān)，當溫度低于某一負溫值時，沖擊韌性值將急劇降低。因此在寒

冷地區(qū)建造的直接承受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，除應(yīng)有常溫沖擊韌性的保證外，還應(yīng)依鋼材的

類別，使其具有-20℃或-40℃的沖擊韌性保證。（詳見附圖四）。

四、鋼材受壓和受剪時的性能

鋼材在單向受壓（短試件）時，受力性能基本上與單向受拉相同。受剪的情況也相似,

但抗剪屈服點rv及抗剪強度卻均低于；剪變模量G也低于彈性模量Eo

鋼材的彈性模量E、剪變模量G、線膨脹系數(shù)。和質(zhì)量密度「。

鋼材的物理性能指標

彈性模星剪變模星線膨脹系數(shù)a按質(zhì)量密度

E（N/mm2）G（N/mm2）（以每℃計）P（kg/m，

2.06X1057.9X1011.2X10*37.85X103

第三節(jié)影響鋼材性能的主要因素

在一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)鋼既有較高的強度，又有很好的塑性和韌性，是理

想的承重結(jié)構(gòu)材料。但是，有很多因素會影響鋼材的力學(xué)性能，可顯著降低塑性和韌性，

促使發(fā)生脆性破壞。主要影響因素如下：

一、化學(xué)成分的影響

鋼由多種化學(xué)成分組成，化學(xué)成分及含量直接影響鋼材的結(jié)晶組織，導(dǎo)致鋼材的力學(xué)

性能改變。鋼的主要化學(xué)成分是鐵和少量的碳，此外還有缽、硅等有利元素，以及難以除

盡的有害元素硫和磷等。在合金鋼中還有特意添加用以改善鋼材性能的某些合金元素，如

鎰和帆等。

碳是使鋼材獲得足夠強度的主要元素。碳含量提高，則鋼材強度提高，但同時塑性、

韌性、冷彎性能、可焊性及抗腐蝕能力下降。為使鋼材具有良好的綜合性能，結(jié)構(gòu)鋼材的

碳含量不能過高。一般碳含量不應(yīng)超過0.22%,對于焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)低于0.2%。

鑄和硅是鋼材中的有利元素，它們都是煉鋼時的脫氧劑。加適量的硅可提高鋼材的強

度，而對塑性、韌性、冷彎性能和可焊性無顯著的不良影響。但過量的硅將降低鋼材的塑

性、韌性、抗腐蝕能力和可焊性。含適量的錦，要提高鋼的強度同時不影響的塑性和沖擊

韌性，且可消除硫?qū)︿摰臒岽嘤绊?。但錦含量過高，會使鋼材的可焊性降低。故應(yīng)對錦和

硅含量有限制。

帆是熔煉缽電凡合金鋼時特意添加的一種元素，能提高鋼材的強度和抗腐蝕能力，又不

顯著降低鋼的塑性。

硫和磷是鋼中的兩種有害成分，它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞性能。硫

和磷可在高溫和低溫時使鋼材變脆，分別謂之熱脆和冷脆。一般硫和磷的含量應(yīng)不超過

0.05%和0.045吼但是，磷可提高鋼材的強度和抗腐蝕性。可使用的高磷鋼，其磷含量可

達0.12樂這時應(yīng)減少鋼材中的含碳量，以保持一定的塑性和韌性。

二、鋼材生產(chǎn)過程的影響

生產(chǎn)過程的主要影響包括冶煉時的爐種、澆注時的脫氧方法和軋制及熱處理等的影

響。

1.冶煉爐種的影響

《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB700-88)規(guī)定：“鋼由氧氣轉(zhuǎn)爐、平爐或電爐冶煉”。電爐鋼質(zhì)量

最佳，但電耗大，成本高，鋼結(jié)構(gòu)一般不采用。鋼結(jié)構(gòu)主要采用平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐鋼，二者

質(zhì)量大體相當。平爐已關(guān)停，現(xiàn)無必要強調(diào)爐種的影響。

2.鋼的脫氧

鋼液中殘留的氧，將使鋼材晶粒粗細不勻并發(fā)生熱脆。因此澆注鋼錠時要在爐中或盛

鋼桶中加入脫氧劑以消除氧。因脫氧程度或方法不同，可把鋼分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)

靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。

沸騰鋼是采用弱脫氧劑錦鐵進行脫氧，澆注鋼錠時鋼液中仍保留有較多的氧化鐵，它

與其中的碳等化合生成一氧化碳等氣體大量逸出，致使鋼液產(chǎn)生“沸騰”，故稱沸騰鋼。

沸騰鋼生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)周期短，消耗的脫氧劑少，生產(chǎn)成本低。但由于鋼液冷卻較快,

氣體無法從鋼錠中全部逸出，冷卻后鋼內(nèi)形成許多小氣泡，并有較多的氧化鐵夾雜，且化

學(xué)成分不夠均勻(稱為偏析)，這些都是沸騰鋼的缺陷。這些缺陷可降低鋼材的沖擊韌性、

抗冷脆性能和抗疲勞性能。

鎮(zhèn)靜鋼是在鋼液中加入適量的強脫氧劑硅和鋅等，進行較徹底脫氧。硅與氧化鐵起作

用時.，產(chǎn)生較多的熱量，因而在鋼錠模中的鋼液冷卻較慢，大部分氣體可以析出。鋼液是

在平靜狀態(tài)下凝固，故稱鎮(zhèn)靜鋼。鎮(zhèn)靜鋼的化學(xué)成分均勻，組織密實，雜質(zhì)少，因而沖擊

韌性、可焊性、抗冷脆性能和抗疲勞性能等都優(yōu)于沸騰鋼，強度和塑性也略高。但鎮(zhèn)靜鋼

的生產(chǎn)成本高于沸騰鋼。

半鎮(zhèn)靜鋼是在鋼液中加入少量的強脫氧劑硅，脫氧程序、質(zhì)量和價格介于沸騰鋼和鎮(zhèn)

靜鋼之間。

特殊鎮(zhèn)靜鋼是用硅脫氧后再用更強的脫氧劑鋁補充脫氧，所得鋼材的沖擊韌性特別是

低溫沖擊韌性都較高。我國碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235-D鋼就屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼。

我國冶金行業(yè)正在推廣使用先進的連鑄技術(shù)，2001年全國生產(chǎn)鋼材連鑄比達83.5%o

國家經(jīng)貿(mào)委要求2002年全國連鑄比達到88%,以后逐年提高。采用連鑄技術(shù)生產(chǎn)的鋼材無

沸騰鋼，現(xiàn)沸騰鋼產(chǎn)量大減。使用時應(yīng)注意市場供應(yīng)情況。

將鋼錠加熱至1200C?1300C,通過軋鋼機將其軋成所需形狀和尺寸的鋼材，稱為熱

軋型鋼。軋鋼機的壓力作用可使鋼錠中的小氣泡和裂紋彌合，并使組織密實。鋼材的壓縮

匕（鋼坯與軋成鋼材厚度為比）愈大，其強度和沖擊韌性也愈高。因此，設(shè)計規(guī)范對于不

同厚度的鋼材，采用不同的強度設(shè)計值。

軋制后的鋼材若再經(jīng)過熱處理可得到調(diào)質(zhì)鋼。熱處理常采用下列方式。

（1）淬火：把鋼材加熱到900℃以上，放入水或油中快速冷卻。硬度和強度提高，但塑

性和韌性降低。

（2）正火：把鋼材加熱至900℃以上，在空氣中緩量冷卻?？筛纳平M織，細化晶粒，相

當于熱軋狀態(tài)。

（3）回火：把淬火后的鋼材加熱至500℃?600℃,空氣中緩慢冷卻。可減少脆性，提

高綜合性能。我國結(jié)構(gòu)用鋼按照熱軋狀態(tài)交付使用，高強度螺栓要熱處理，軌道表面要熱

處理。

三、溫度的影響

鋼材的機械性能隨溫度的變化而有所變化。在正溫度范圍內(nèi)（0℃以上），溫度升高不

超過200℃時，鋼材的性能變化不大；在250℃左右，鋼材的/“略有提高，但塑性和韌性

均下降，此時鋼材破壞常呈脆性破壞特征，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍色，稱為藍脆。鋼材應(yīng)

避免在藍脆溫度范圍內(nèi)進行熱加工。當溫度在260℃?320c時，鋼材有徐變現(xiàn)象。當溫度

超過300C時，鋼材的九、和E開始顯著下降，而S顯著增大；當溫度超過400C時，

鋼材的。、/v和E都急劇降低，達600℃時其承載能力幾乎喪失。

在負溫度范圍內(nèi)（0C以下），隨著溫度降低，鋼材的強度雖有提高，但塑性和韌性降

低，材料逐漸變脆，這種性質(zhì)稱為低溫冷脆。（詳見附圖五）是鋼材沖擊韌性與溫度的關(guān)

系曲線。由圖可見，材料由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐氖窃谝粋€溫度區(qū)間Z?T2內(nèi)完成的，

稱此溫度區(qū)間為鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，其間曲線反彎點所對應(yīng)的溫度T。稱為脆性轉(zhuǎn)變溫

度。設(shè)計選區(qū)用鋼材時應(yīng)使其脆性變溫度區(qū)的下限溫度「低于結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境溫度，

即可保證鋼結(jié)構(gòu)低溫工作的安全。每種鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)需由大量的試驗和統(tǒng)計分析

確定。

四、冷加工硬化和時效硬化

鋼材在常溫下加工稱為冷加工。冷拉、冷彎、冷壓、沖孔、機械剪切等冷加工使鋼材

產(chǎn)生很大的塑性變化，從而使人提高，但同時降低了鋼材的塑性和韌性，這種現(xiàn)象為冷

加工硬化(應(yīng)變硬化)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計一般不利用冷加工硬化造成的強度提高，而且對直接

承受動力荷載的鋼結(jié)構(gòu)還應(yīng)設(shè)法消除冷加工硬化的影響，如將局部硬化部分用刨邊或擴鉆

予以消除。

在高溫時熔化于純鐵體中的少量氮和碳，隨時間的增長逐漸從純鐵體中析出，形成自

由氮化物和碳化物存在于純鐵體晶粒間的滑動面上，阻礙了純鐵體晶粒間的滑移，從而使

鋼材的強度提高，塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象稱為時效硬化。不同種類鋼材的時效硬化過

程可從幾小時到數(shù)十年。為加快測定鋼材時效后的性能，常先使鋼材產(chǎn)生10%的塑性變形,

再加熱到200C?300C,然后冷卻到室溫進行試驗。這樣可使時效在幾小時完成，稱為人

工時效。有些重要結(jié)構(gòu)要求對鋼材進行人工時效，然后測定其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有

長期的抗脆性破壞能力。

五、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的影響

在單向拉力作用下，當單向應(yīng)力達到屈服點時，鋼材屈服而進入塑性狀態(tài)。在復(fù)

雜應(yīng)力如平面或立體應(yīng)力(詳見附圖六)作用下，鋼材的屈服并不只取決于某一方向的應(yīng)

力，而是由反映各方向應(yīng)力綜合影響的某個“應(yīng)力函數(shù)”，即所謂的“屈服條件”來確定。

根據(jù)材料強度理論的研究和試驗驗證，能量強度理論能較好的闡明接近于理想彈一一塑性

體的結(jié)構(gòu)鋼材的彈一一塑性工作狀態(tài)。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，鋼材的屈服條件可以用折算應(yīng)

力O@q與鋼材在單向應(yīng)力時的屈服點相比較來判斷

=板+>+一(%巴++Jbj+3(4+$+匕)

當時，為彈性狀態(tài)；時，為塑性狀態(tài)(屈服)。

在一般梁中，只存在正應(yīng)力。和剪應(yīng)力則上式成為

=5/cr2+3r2(2-2)

而在純剪時，b=(),取/“=/v,可得：

r=/；/V3=().58/v

即剪應(yīng)力達到0.58人時，鋼材進入塑性狀態(tài)。所以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范取鋼材的抗剪強

度設(shè)計值為抗拉強度設(shè)計值的0.58o

若復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)采用主應(yīng)力6、%和4來表示，則折算應(yīng)力為

O?q=Jg13_%)2+(%一一3)2+。廣6)2]

由上式可見，當鋼材處于同號三向主應(yīng)力（6，氣,。3）作用，且彼此相關(guān)不大即

當2ab3時，即使各主應(yīng)力很高，材料也很難轉(zhuǎn)入屈服和有明顯的變形。但是由于

高應(yīng)力的作用，聚集在材料內(nèi)的體積改變應(yīng)變能很大，因而材料一旦遭致破壞，便呈現(xiàn)出

無明顯變形征兆的脆性破壞特征。

六、應(yīng)力集中的影響

鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中有時存在著孔洞、槽口、凹角、截面的厚度和寬度的突然改變以及鋼

材內(nèi)部缺陷等。此時，構(gòu)件中的應(yīng)力分析變得很不均勻，在缺陷或截面變化處附近將產(chǎn)生

局部高峰應(yīng)力，其余部位應(yīng)力較低且分布極不均勻（詳見附圖七），這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。

截面的高峰應(yīng)力與凈截面的平均應(yīng)力之比稱為應(yīng)力集中系數(shù)，其值取決于截面突然改變的

急劇程度。力學(xué)分析表明，在應(yīng)力高峰區(qū)域存在著同號的雙向或三向應(yīng)力。由能量強度理

論得知，這種同號的雙向或三向應(yīng)力場有使鋼材變脆的趨勢。應(yīng)力集中系數(shù)越大，變脆的

傾向亦愈嚴重。但由于結(jié)構(gòu)鋼材塑性較好，在靜力荷載作用時，能使應(yīng)力進行重分配，直

到構(gòu)件全截面的應(yīng)力都達到屈服強度。因此，應(yīng)力集中一般不影響構(gòu)件的靜力極限承載力,

設(shè)計時可不考慮其影響。但在負溫下或動力荷載作用下工作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力集中的不利影響

將十分突出，往往，是引起脆性斷裂的根源，故在設(shè)計中應(yīng)采取措施避免或減小應(yīng)力集中，

選用質(zhì)量優(yōu)良的鋼材。

在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制造、安裝和使用過程中，應(yīng)積極采取措施，減小或消除上述促使

鋼材轉(zhuǎn)脆的各種因素的影響，防止脆性斷裂的發(fā)生。

第四節(jié)鋼材的疲勞

一、鋼材疲勞的基本概念

鋼材在反復(fù)荷載作用下，在應(yīng)力低于鋼材抗拉強度甚至低于屈服點時突然斷裂，這種

現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞或疲勞破壞。疲勞破壞屬于脆性破壞，危險性較大。鋼結(jié)構(gòu)中總存在

有微觀裂紋或類似的缺陷，在反復(fù)荷載作用下，截面改變處的應(yīng)力高峰區(qū)也會產(chǎn)生微觀裂

紋。在多次反復(fù)荷載作用下，微觀裂紋不斷開展，構(gòu)件有效截面面積相應(yīng)減小，應(yīng)力集中

現(xiàn)象越來越嚴重。當荷載反復(fù)循環(huán)達一定次數(shù)n（疲勞壽命）時，裂紋擴展使得凈截面承

載力不足以承受外力作用時，構(gòu)件突然斷裂，發(fā)生疲勞破壞?？梢娖谄茐囊话憬?jīng)歷裂紋

形成、裂紋緩慢擴展和最后迅速斷裂三個階段。

反復(fù)荷載作用產(chǎn)生的應(yīng)力重復(fù)1周叫做1個循環(huán)（詳見附圖八）。應(yīng)力循環(huán)特征常用應(yīng)

力比值夕=5田"5Mx來表示，5海和分別表示每次應(yīng)力循環(huán)中的最大和最小應(yīng)力，

以拉應(yīng)力為正。夕值在-1與+1之間，圖中所示P=-1,0=0,2=+1時的應(yīng)力循環(huán)

分別稱為完全對稱循環(huán)、脈沖循環(huán)和靜荷載作用?！鱞=bmax-bmin稱為應(yīng)力幅，表示應(yīng)

力變化的幅度。

試驗表明，焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞并不是名義最大應(yīng)力bn.作用的結(jié)果，而是焊縫部

位足夠大小的應(yīng)力幅反復(fù)作用的結(jié)果。焊接結(jié)構(gòu)存在較大的殘余應(yīng)力，如焊接工字形板梁

腹板與翼緣間的焊縫處的殘余拉應(yīng)力常高達鋼材的屈服強度/vo焊縫中存在的焊接缺陷

（如夾渣、孔洞等）常成為裂紋的起源。當反復(fù)荷載作用時，梁受拉翼緣的實際應(yīng)力為施

加荷載產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力與殘余應(yīng)力聯(lián)合作用。因最大殘余拉應(yīng)力的區(qū)域應(yīng)力己達/；,

在外加應(yīng)力由bmin增大到。max的過程中，該處的應(yīng)力保持力并不增大。當外加應(yīng)力5口近

減小到時，該處的應(yīng)力將由人減小到-△b。可見在焊接結(jié)構(gòu)中，由于殘余應(yīng)力

的影響，在最有可能出現(xiàn)疲勞裂紋的應(yīng)力高峰所在部位，無論外加應(yīng)力循環(huán)中的和

5nin為多大，夕為何值，其實際應(yīng)力都變化在刀與刀-之間，因而名義應(yīng)力己無

實際意義。因此，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-）疲勞計算采用了應(yīng)力幅的表達式。

非焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力比焊接結(jié)構(gòu)小，其抗疲勞性能也比焊接結(jié)構(gòu)好。試驗證實，非

焊接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命不僅與應(yīng)力幅有關(guān)，而且與最大名義應(yīng)力?海和名義應(yīng)力比

巴小/仁…有關(guān)c《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-）把疲勞計算公式中的應(yīng)力幅詭整為折算

應(yīng)力幅，以反映其實際工作情況。

對于一定的疲勞壽命n,不同構(gòu)件和連接發(fā)生疲勞破壞的應(yīng)力幅值大小主要取決于構(gòu)

造形式。應(yīng)力集中大的構(gòu)造形式，其破壞時的應(yīng)力幅值就小?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-）

根據(jù)構(gòu)造形式引起的應(yīng)力集中程度，把構(gòu)件和連接分成8類，其破壞時的應(yīng)力幅隨類別增

大而減小。

二、疲勞計算

由于疲勞的極限狀態(tài)及其影響因素研究還不充分，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-）采

用容許應(yīng)力幅計算方法，而不是概率極限狀態(tài)設(shè)計法來計算鋼構(gòu)件和連接的疲勞。疲勞計

算的公式是以試驗為依據(jù)的，分為常幅（所有應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量）和變幅疲勞

（應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機變化）兩種情況進行計算。

1.常幅疲勞計算

常幅疲勞應(yīng)按下式進行計算：

△cr<[ACT]

式中----對焊接部位為應(yīng)力幅，=<Tmax-crniin；

對非焊接部位為折算應(yīng)力幅，

△。二51。二%加；

[△<T]一一常幅疲勞的容許應(yīng)力幅（N/mm2）,應(yīng)按下式計算：

[ACT]=|-

）

式中n——應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；

C,（3——參數(shù)，根據(jù)規(guī)范中的構(gòu)件和連接類別采用。

由上式可見，容許應(yīng)力幅與鋼材的強度無關(guān)，這表明不同種類鋼材具有相同的抗疲勞

性能。

第五節(jié)鋼材的溫度力學(xué)性能

一、鋼材的高溫力學(xué)性能

鋼材雖然屬于不燃燒材料?，但在火災(zāi)高溫作用下，其力學(xué)性能如屈服強度、彈性模量

等卻會隨溫度升高而降低，在550c左右時，降低幅度更為明顯。

1.應(yīng)力-應(yīng)變曲線

根據(jù)試驗資料r結(jié)構(gòu)用鋼當溫度低于300C時，強度略有增加而塑性降低；當溫度高

于300℃時，強度降低而塑性增加，同時屈服平臺消失，但在拉斷前，仍有顯著的頸縮現(xiàn)

象。所以在設(shè)計計算中，一般假定鋼材應(yīng)力-應(yīng)變曲線和常溫下的簡化曲線相似，（詳見附

圖九）。

2.有效屈服強度

在進行高溫時承載力計算時，取鋼材的有效屈服強度。門作為材料強度指標。所謂有

效屈服強度是指鋼材在某一溫度水平T時的實際屈服強度或條件屈服強度，它是溫度的函

數(shù)。目前，國內(nèi)公開發(fā)表的系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)不多，國外研究機構(gòu)的結(jié)果也不盡相同，但相關(guān)

不大。這里推薦前蘇聯(lián)和日本采用的計算公式：

l.O(TM300'C)

750-7；

(300r

450vT、占750*C)

420

O(T>750lC)

式中%，20鋼材有20C即室溫時屈服強度;

鋼材的溫度。

二、鋼構(gòu)件的溫度效應(yīng)

鋼材表面受火燒時，由丁構(gòu)件截而呈薄壁狀，且鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)2=58卬/〃晨。是混

凝土的40倍，根據(jù)傅里葉定律熱流強度q與溫度梯度成正比

q=-A--

dx

當構(gòu)件表面受熱時，由于4較大，截面呈薄壁狀，熱量很快傳到內(nèi)部，因而溫度梯度

dT/dd艮小，也就是表面溫度與內(nèi)部溫度相差兒乎可以忽略不計，所以在鋼結(jié)構(gòu)截面耐

火設(shè)計時，不考慮溫度梯度的影響，認為構(gòu)件內(nèi)外部的溫度均勻分布的，裸露的鋼結(jié)構(gòu)耐

火熱限僅15mirio

當鋼構(gòu)件表面長期受幅射熱達150℃以上時，或當短期內(nèi)受到火焰作用時，應(yīng)采取耐

火保護措施，以保證結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)安全可靠。

三、鋼構(gòu)件的防火保護措施

因為鋼構(gòu)件耐火性能差，耐火極限時間僅為15min,美國世貿(mào)大廈在9.11事件中迅速

倒塌，是一個明顯的實例。

目前世界各國對鋼結(jié)構(gòu)采用多種方法進行保護，但這些方法在原理上可以分為兩種，

截流法和疏導(dǎo)法。

1、截流法

截流法的原理是截斷或阻滯火災(zāi)產(chǎn)生的熱流量向構(gòu)件的傳輸，從而使構(gòu)件在規(guī)定時間

內(nèi)溫升不超過其臨界溫度。其做法是在構(gòu)件表面設(shè)置一層保護材料，火災(zāi)產(chǎn)生的高溫首先

傳給這些保護材料，再由保護材料傳給構(gòu)件。由于所選材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，而熱容又較

大，所以能很好地阻滯熱流向構(gòu)件的傳輸，從而起到保護作用。截流法又分為噴涂法、包

封法、屏蔽法和水噴淋法。

1.噴涂法

噴涂法是用噴涂機具將防火涂料直接噴涂在構(gòu)件表面，形成保護層。

噴涂的涂料厚度必需達到設(shè)計值，節(jié)點部位宜適當加厚。噴涂場地要求，構(gòu)件表面處

理，按縫填補，涂料配制，噴涂次數(shù)，質(zhì)量控制及驗收等均應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用

技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定。

當遇有下列情況之一時，涂層內(nèi)應(yīng)設(shè)置與鋼構(gòu)件相連的鋼絲網(wǎng)，以確保涂層牢固。

(1)承受沖擊振動的梁；

(2)設(shè)計涂層厚度大于40mm時；

(3)粘結(jié)強度小于0.05Mpa的涂料；

(4)腹板高度大于1.5m的梁。

噴涂法適用范圍最為廣泛，可用于任何一種鋼構(gòu)件的耐火保護。

2.包封法

包封法是用耐火材料把構(gòu)件包裹起來。包封材料有防火板材，混凝土或破，鋼絲網(wǎng)抹

耐火砂漿等。

當采用石膏板、蟀石板、硅酸鈣板、珍珠巖板等硬質(zhì)防火板材包封時，板材可以用膠

粘劑或鋼件固定。構(gòu)件的粘貼面應(yīng)作除銹去污處理，羊粘貼面應(yīng)涂刷防銹漆。當包封層數(shù)

大于等于兩層時，各層板應(yīng)分別固定，板縫應(yīng)想到錯開，其距離不宜小于400mlI。

當用巖棉、礦棉等軟質(zhì)板材包封時，應(yīng)用薄金屬或其他不燃性板材包裹起來。

對于柱，也可用混凝土包封(詳見附圖十)或磚包封。當采用混凝土作保護層時，混

凝土中應(yīng)布置一定量的細鋼筋或鋼網(wǎng)片以防爆裂。

對于梁和柱，也可采用鋼絲網(wǎng)處抹耐火砂漿的方法進行保護(詳見附圖十)。耐火砂漿

是在砂漿中摻加一定量的石棉或蛭石。

板材包封適用于梁、柱、壓型鋼板的保護。

3.屏蔽法

屏蔽法是把構(gòu)件包臧在耐火材料組成的墻體或吊頂內(nèi)，主要適用于屋蓋系統(tǒng)的保護。

吊頂?shù)慕涌p、孔洞處應(yīng)嚴密，防止竄火。

4.水噴淋法

水噴淋法是在結(jié)構(gòu)頂部設(shè)噴淋供水管網(wǎng)，火災(zāi)時自動（或手動）開始噴水，在構(gòu)件表面

形成一層連續(xù)流動的水膜，從而起到保護作用。

上述這些方法的共同特點是設(shè)法減小傳到構(gòu)件上的熱流量，因而稱為截流法。

2、疏導(dǎo)法

與截流法不同，疏導(dǎo)法允許熱流量傳到構(gòu)件上，然后設(shè)法把熱量導(dǎo)走或消耗掉，同樣

可使構(gòu)件溫度不至升高至臨界溫度，從而起到保護作用。

疏導(dǎo)法目前僅有充水冷卻保護這一種方法。

該方法是在空心封閉截面中（主要為柱）充滿水，火災(zāi)時構(gòu)件把從火場中吸收的熱量傳

給水，依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過循環(huán)把熱量導(dǎo)走，構(gòu)件溫度便可維持在100C左右。

從理論上講，這是鋼結(jié)構(gòu)保護最有效的方法。該系統(tǒng)工作時，構(gòu)件相當于盛滿水被加熱的

容器，像燒水鍋一樣工作。只要補充水源，維持足夠水位，由于水的比熱和氣化熱又較大,

構(gòu)件吸收的熱量將源源不斷地被耗掉或?qū)ё摺?/p>

水冷卻保護法（詳見附圖十一）。水冷卻可由高位水箱或供水管網(wǎng)或消防車來補充。水

蒸氣由排氣口排出。當柱高度過大時，可分成幾個循環(huán)系統(tǒng)，以防止柱底水壓過大。為防

止銹蝕或水的冰結(jié)，水中應(yīng)摻加阻銹劑和防凍劑。

水冷卻法既可單根柱自成系統(tǒng)，又可多根柱聯(lián)通,前者僅依靠水的蒸發(fā)耗熱；后者既

能蒸發(fā)耗熱，又能借水的溫差形成循環(huán)，把熱量導(dǎo)向非火災(zāi)區(qū)溫度較低的柱。

第六節(jié)鋼材的鋼種、鋼號及選擇

一、鋼種

鋼材的種類簡稱為鋼種，可按不同條件進行分類。按化學(xué)成份可分為碳素鋼和合金鋼,

其中碳素鋼根據(jù)含碳量的高低，又可分為低碳鋼（CWO.25%）、中碳鋼（0.25%WCW6%）和高

碳鋼（06%）；合金鋼根據(jù)合金元素總含量的高低，又可分為低合金鋼（金元素總含量W5%）、

中合金鋼（5%W金元素總含量W10%）和高合金鋼（金元素總含量＞10%）o按材料用途可分為

結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼（如不銹鋼等）。按澆柱方法（脫氧方法）分類有沸騰鋼、半鎮(zhèn)

靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。按硫、磷含量和質(zhì)量控制分類有普通鋼（SW0.05%,PW

0.045%）、優(yōu)質(zhì)鋼（SW0.045%,PW0.04%并具有較好的機械性能）和高級優(yōu)質(zhì)鋼（SW0.035%,

PW0.03%并具有較好的機械性能）。鋼結(jié)構(gòu)常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。

二、鋼號

鋼材的牌號簡稱鋼號。鋼號的命名方法和性能要求應(yīng)符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB700-88）

和《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T1591-94)的規(guī)定。

1.碳素結(jié)構(gòu)鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼的鋼號由代表屈服點的字母(Q)、屈服強度數(shù)值(值為鋼材厚度或直徑W

16mni時的屈服強度下限值，單位是N/mn?、質(zhì)量分級符號(分為A、B、C、D四級，質(zhì)量依

次提高)、脫氧方法符號(沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼用特殊鎮(zhèn)靜鋼的代號分別為F、b、Z

和TZ,其中Z和TZ在鋼號中可省略不寫)等四個部分按順序組成。例如Q235-B,F,表示

屈服強度為235N/mm"的B級沸騰鋼，C級為鎮(zhèn)靜鋼，D為特殊鎮(zhèn)靜鋼。

碳素結(jié)構(gòu)鋼交貨時應(yīng)有化學(xué)成份和機械性能的合格保證書(試驗數(shù)據(jù))o對于化學(xué)成

份，要求硅、硫、磷含量符合相應(yīng)等級的規(guī)定，但B、C、D級鋼還要求碳和鋅含量符合相

應(yīng)等級的規(guī)定。對于機械性能，A級鋼應(yīng)保證/、,、0、5符合要求，B、C和D級鋼還應(yīng)

分別保證20C,-20℃的沖擊韌性4底值有；及冷彎合格。

2.低合金結(jié)構(gòu)鋼

低合金結(jié)構(gòu)鋼是在冶煉碳素結(jié)構(gòu)鋼時加入一種或幾種適量的合金元素而成的鋼。其鋼

材牌號的表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼相似，但質(zhì)量等級分為A、B、C、D、E五級，且無脫氧方

法符號。例如Q345-B、Q390-D,法20-E。

由于我國的各種規(guī)范、規(guī)程和標準不是在同一時間頒布的，現(xiàn)行的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

采用了被《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T1591-94)代替的《低合金結(jié)構(gòu)鋼》(GB1591-88)

的鋼材表示方法，其具體鋼材的牌號的表示方法為：自左向右依次列出鋼材的平均含碳量

的各合金元素的名稱(或符號)及平均含量的百分整數(shù)c每種合金元素的平均含量小于1.5%

時，不標注其含量；達到或超過1.5%、2.5%等時，則在該元素后標注2、3等數(shù)字。例如

16Mn鋼，表示該低合金鋼的平均含量為0.16%,合金元素為缽，且鋅的平均含量＜1.5%。《低

合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T1591-94)與舊標準相應(yīng)的鋼號見下表0

低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼新舊標準鋼號對照表

GB/T1591-94GB/T1591-88

Q34512MnV,14MnNb,16Mn,16MnRE,18Nb

Q39015MnV,15MnTi,16MnNb

Q42015MnVN,14MnVTRE

低合金結(jié)構(gòu)鋼凈化時應(yīng)有碳、鑄、硅、硫、磷合金元素化學(xué)成份和小、丸、6、冷

彎等機械性能的合格保證書。

3.專用結(jié)構(gòu)鋼

一些特殊用途的鋼結(jié)構(gòu)，如壓力容器、橋梁、船舶、鍋爐等，為適應(yīng)其特殊受力和工

化條件的需要，常用專用結(jié)構(gòu)鋼。專用結(jié)構(gòu)鋼在碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上冶煉

而成，其要求更高，價格也較貴。專用結(jié)構(gòu)鋼的鋼號用在相應(yīng)鋼號后再加上專業(yè)用途代號

（壓力容器、橋梁、船舶和鍋爐用鋼材的專業(yè)用途代號分別為R、q、C和g）來表示。例如

16Mnq鋼表示含碳量為0.16%,合金元素為銃且含量小于1.5%的低合金橋梁用結(jié)構(gòu)鋼。這

些專用結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和機械性能及工藝性能見相應(yīng)專用結(jié)構(gòu)鋼標準。

為了克服鋼材易于銹蝕這一弱點，在鋼材冶煉時加入少量的合金元素如Cu、Cr、Ni、

Mo、Nb、Ti、Zr、V等，使其在金屬基體表面形成保護層，提高鋼材的耐腐蝕性能，這種

鋼材稱為耐大氣腐蝕鋼，也叫耐候鋼。我國生產(chǎn)的耐候鋼的牌號和化學(xué)成分及機械性能等

可見《焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼》（GB4172）和《高耐候性結(jié)構(gòu)鋼》（GB4171）。它們都屬于合金

鋼，因而鋼號的表示方法與合金鋼相同，但鋼材需進行淬火加回火熱處理時，需在鋼號末

尾添加代號-QT。例如15MnCuCr-QT鋼表示含碳量為0.15%,合金元素為鎰、銅、銘的淬火

加回火熱處理耐候鋼。

鋼結(jié)構(gòu)連接中的鉀釘、高強度螺栓、焊條用鋼絲等，也采用滿足各自連接件要的專門

用鋼。例如釧釘采用塑性和韌性等好的ML2（鉀螺）、ML13鋼；高強度螺栓采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)

構(gòu)鋼（35-45號鋼）或低合金結(jié)構(gòu)鋼（40B、35VB、20MnIiB）等,并且其制成的螺栓、螺母和

墊圈等需經(jīng)熱處理以進一步提高強度和質(zhì)量。焊條用鋼絲采用嚴格控制化學(xué)元素含量并有

良好焊接性能的焊絲鋼，如H08、H10Mn2等。連接專門用鋼的化學(xué)成分及機械性能等詳見

相應(yīng)標準。

三、鋼材的選擇

鋼材的選擇既要確定所用鋼材的鋼號，又要提出應(yīng)有的機械性能和化學(xué)成分保證項

目，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要環(huán)節(jié)。選材的基本原則是既要保證安全可靠，又經(jīng)濟合理。鋼材

的質(zhì)量等級愈高，其價格也愈高。因此應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點，來選擇適宜的鋼材。

對于重要的、直接承受動力荷載的、處于低溫條件工作的、采用焊接連接的特別是部

件厚度大的焊接連接的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，應(yīng)采用質(zhì)量較高的鋼材。

鋼結(jié)構(gòu)所用的鋼材通常應(yīng)有.fy、/〃、5、和S、P極限含量的合格保證。對于焊接結(jié)

構(gòu)，還應(yīng)有碳含量的合格保證。對于較大房屋的柱、屋架、托架、直接承受動力荷載的結(jié)

構(gòu)、容器鋼板結(jié)構(gòu)的鋼材，還應(yīng)具有冷彎合格的保證c對于重級工作制和起重量250t的

中級工作制焊接吊車梁或類似結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)具有常溫（20C）沖擊韌性合格的保證。當計

算溫度較低時，則應(yīng)根據(jù)溫度需要具有0℃或-20℃（對Q235鋼），0℃,-20℃或-40℃（對

低合金結(jié)構(gòu)鋼）低溫沖擊韌性合格的保證。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)不同情況的需要，選用能滿足