钢结构工程的钢材选用技巧

2023-08-22 理论教育版权反馈

【摘要】：对于一般工业与民用建筑结构，可根据工作性质分别选用普通质量的钢材。荷载情况一般承受静力荷载的结构可选用价格较低的Q235钢。因此，厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。由于Q235-A钢的含碳量不作为交货条件，因此不允许用于焊接结构。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材应具有冷弯试验的合格保证。表2-19 结构钢材选用表（续）

1.钢材的材质检测方法

（1）钢材材质检验项目

钢结构工程所用钢材都应具有质量证明书，当对钢材的质量有疑义时，才按国家现行有关标准的规定进行抽样检验，钢材检验项目包括化学成分、拉伸性能、弯曲性能、常温冲击性能及低温冲击性能。

（2）钢材性能复验

当设计文件无特殊要求时，钢结构工程中常用牌号钢材的抽样复验检验批宜按下列规定执行：

1）牌号为Q235、Q345且板厚小于40mm的钢材，应按同一生产厂家、同一牌号、同一质量等级的钢材组成检验批，每批质量不应大于150t；同一生产厂家、同一牌号的钢材供货量超过600t且全部复验合格时，每批的组批质量可扩大至400t。

2）牌号为Q235、Q345且板厚大于或等于40mm的钢材，应按同一生产厂家、同一牌号、同一质量等级的钢材组成检验批，每批质量不应大于60t；同一生产厂家、同一牌号的钢材供货量超过600t且全部复验合格时，每批的组批质量可扩大至400t。

3）牌号为Q390的钢材，应按同一生产厂家、同一质量等级的钢材组成检验批，每批质量不应大于60t；同一生产厂家的钢材供货量超过600t且全部复验合格时，每批的组批质量可扩大至300t。

4）牌号为Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ的钢板，应按同一生产厂家、同一牌号、同一质量等级的钢材组成检验批，每批质量不应大于60t；同一生产厂家、同一牌号的钢材供货量超过600t且全部复验合格时，每批的组批质量可扩大至300t。

5）牌号为Q420、Q460、Q420GJ、Q460GJ的钢材，每个检验批应由同一牌号、同一质量等级、同一炉号、同一厚度、同一交货状态的钢材组成，每批质量不应大于60t。

6）有厚度方向要求的钢板，宜附加逐张超声波无损探伤复验。

7）对钢材进行复验时，各项试验都应按有关的国家标准《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》（GB/T 229—2007）、《金属材料弯曲试验方法》（GB/T 232—2010）的规定进行。试件的取样则按国家标准《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》（GB/T 2975—1998）和《钢的成品化学成分允许偏差》（GB/T 222—2006）的规定进行。由于翼缘的厚度比腹板大，屈服点比腹板低，而且翼缘是受力构件的关键部位，所以做热轧型钢的力学性能试验时，原则上应该从翼缘上切取试样，但有些热轧型钢翼缘内侧有坡度，不便做试样，所以工字钢、槽钢、角钢、T型钢等都是从腹板上切取样坯，H型钢和部分T型钢可从翼缘上切取样坯。钢板的轧制过程使其纵向力学性能优于横向力学性能，因此，采用纵向试样或横向试样，试样结果会有差别。国家标准中要求钢板、钢带的拉伸和弯曲试验取横向试件，而冲击韧性试验则取纵向试件。各种型材和钢板的取样部位，如图2-4所示。

图2-4 各种型材和钢板的取样部位

H—型材高度 B—工字钢腿宽 b—角钢边宽度

2.钢材选用要求

建筑结构设计中合理选择用钢可使结构设计既安全可靠又经济合理。因此，选择钢材时应考虑以下因素：

（1）结构的重要性

对于重要结构，如重型工业建筑结构、大跨度结构、高层或超高层民用建筑结构或构筑物等，应考虑选用质量好的钢材。对于一般工业与民用建筑结构，可根据工作性质分别选用普通质量的钢材。根据结构的安全等级（一级、二级、三级），应考虑选用质量不同的钢材。

（2）荷载情况

一般承受静力荷载的结构可选用价格较低的Q235钢。直接承受动力荷载的结构和强地震区的结构应选用综合性能更好的钢材。

（3）连接方法

钢结构的连接方法有焊接和非焊接两种。在焊接过程中，会产生焊接变形、焊接应力以及其他焊接缺陷，如咬肉、气孔、裂纹和夹渣等，有导致结构产生裂缝或脆性断裂的危险。因此，焊接结构对材质的要求应严格一些。如在化学成分方面，焊接结构必须严格控制碳、硫和磷的极限含量；而非焊接结构对含碳量可降低要求。

（4）温度和环境

钢材处于低温环境时容易冷脆，因此在低温条件下工作的结构，尤其是焊接结构，应选用具有良好抗低温脆断性能的镇静钢。此外，露天结构的钢材容易产生时效，在有害介质作用下，钢材容易腐蚀、疲劳和断裂，在使用时应加以区别选择不同材质。

（5）钢材厚度

薄钢材辊轧次数多，轧制的压缩比大，而厚度大的钢材压缩比小。由于厚度大的钢材不但强度较小，而且塑性、冲击韧性和焊接性能也较差。因此，厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。

（6）订货要求

通常承重结构的钢材应保证抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷的极限含量，焊接结构的钢材还应保证碳的极限含量。由于Q235-A钢的含碳量不作为交货条件，因此不允许用于焊接结构。

焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材应具有冷弯试验的合格保证。

对于需要验算疲劳的和主要受拉或受弯的焊接结构，钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证，而Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证，而Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。

在不同使用条件下的各种类型的结构构件，宜采用的钢材牌号可参考表2-19。

表2-19 结构钢材选用表

（续）

钢结构工程的钢材选用技巧

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