1.2　钢结构材料

1.2.1　钢结构对材料性能的要求

钢结构在使用过程中常常需要在不同的环境和条件下承受各种荷载，所以对钢材的材料性能提出了明确要求。我国《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）规定：承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保障，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。

钢结构的种类繁多，性能要求差别很大，适用于承重结构的钢只有少数的几种，如：碳素钢中的Q235，低合金钢中的Q345、Q390、Q420等牌号的钢材。

钢材的力学性能通常指钢材受力时，所提供的强度、伸长率、冷弯性能和冲击韧性等。这些性能指标是钢结构设计的重要依据，它们主要由试验来测定，如拉弯试验、冷弯试验和冲击试验等。

1.钢材的强度

钢材的主要强度指标和多项性能指标就是通过单向拉伸试验获得的。试验一般是在标准条件进行，即采用符合国家标准规定形式和尺寸的标准试件，在室温20℃左右，按规定的加载速度在拉力试验机上进行。

低碳钢和低合金钢（含碳量和低碳钢相同）一次拉伸时的应力—应变曲线，简化得到的光滑曲线如图1-27所示。

比例极限σp是应力—应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比σp略高处还有弹性极限，但弹性极限与σp极其接近，所以通常略去弹性极限的点，把σp看作是弹性极限。这样，应力不超过σp时，应力与应变成正比关系，即符合虎克定律，且卸载后变形完全恢复。这一阶段是图1-27中的弹性阶段OA。

材料的比例极限与焊接构件整体试验所得的比例极限往往有差别，这是因构件中残余应力的影响所致。构件应力超过比例极限后，变形模量Et逐渐下降，对构件刚度有不利影响。

屈服点σy是应变ε在σp之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力—应变间成曲线关系，一直到屈服点。这一阶段是图1-27中的弹塑性阶段段AB。

图1-27中B点的应力为屈服点σy，在此之后应力保持不变而应变持续发展，形成水平线段即屈服平台BC。这一阶段是塑性流动阶段。

应力超过σp以后，任一点的变形中都将包括有弹性变形和塑性变形两部分，其中的塑性变形在卸载后不再恢复，故称残余变形或永久变形。

实际上，由于加载速度及试件状况等试验条件的不同，屈服开始时总是形成曲线的上下波动，波动最高点称为上屈服点，最低点称为下屈服点。下屈服点的数值对试验条件不敏感，并形成稳定的水平线，所以计算时以下屈服点作为材料抗力的标准（用符号fy表示）。

屈服点是建筑钢材的一个重要力学特性，其意义在于以下两个方面：

（1）作为结构计算中材料强度标准，或材料抗力标准。

（2）形成理想弹塑性体模型，为发展钢结构计算理论提供基础。

低碳钢和低合金钢有明显的屈服点和屈服平台，而热处理钢材（如σy高达690N/mm2的美国A514钢）可以有较好的塑性性质但没有明显的屈服点和屈服平台，应力-应变曲线形成一条连续曲线。对于没有明显屈服点的钢材，规定永久变形为ε=0.2％时的应力作为屈服点，有时用σ0.2表示。为了区别起见，把这种名义屈服点称作屈服强度，如图1-28所示。

钢材的拉伸试验所得的屈服点fy、抗拉强度fu和伸长率δ是钢结构设计中对钢材力学性能要求的三项重要指标。

钢结构设计中常把屈服点fy定位构件应力可以得到的限值，即把钢材达到屈服强度fu作为承载能力极限状态的标志。这是因为当σ≥fy时，钢材暂时失去了继续承载的能力并伴随产生很大的不适于继续受力或使用的变形。

钢材的抗拉强度fu是钢材抗破坏能力的极限。抗拉强度fu是钢材塑性变形很大且即将破坏时的强度，此时已无安全储备，只能作为衡量钢材强度的一个指标。

钢材的屈服点与抗拉强度之比fy/fu称为屈强比，它是表明设计强度储备的一项重要指标，fy/fu愈大，强度储备愈小，不够安全；反之，fy/fu愈小，强度储备愈大，结构愈安全，但强度利用率低且不经济。因此，设计中要选用合适的屈强比。

2.钢材的塑性

钢材的伸长率δ是反映钢材塑性的指标，是试件拉断后，标距长度的伸长量与原标距长度的百分比。伸长率愈大，则塑性越好；需要指出，试件标距长度与试件截面直径之比，对伸长率有较大的影响，试件标距长度与试件截面直径之比越大，伸长率就越小。标准试件的该项比值一般为5。

3.钢材的冷弯性能

钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时引起裂纹的抵抗能力的一项指标，钢材的冷弯性能由冷弯试验确定。试验时，根据钢材牌号和板厚，按国家相关标准规定的弯心直径，在试验机上把试件弯曲180°，如图1-29所示，以试件侧面不出现裂纹和分层为合格，冷弯试验不仅能检验材料承受规定的弯曲变形能力的大小，还能显示其内部的冶金缺陷，因此是判断钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。

4.钢材的冲击韧性

钢材的冲击韧性是衡量钢材在冲击荷载作用下，抵抗脆性断裂能力的一项力学指标。冲击韧性也叫做缺口韧性，是评定带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标。钢材的冲击韧性通常采用在材料试验机上对标准试件进行冲击荷载试验来测定。常用的标准试件形式有梅氏U型缺口（Mesnaqer U-notch）和夏比V型缺口（Charp V-notch）两种。U型缺口试件的冲击韧性用冲击荷载下试件断裂所吸收或消耗的冲击功除以横截面面积的量值表达。V型缺口试件的冲击韧性用试件断裂时所吸收的功Ckv或Akv来表示，其单位为J。由于V型缺口试件对冲击尤为敏感，更能反映结构类裂纹性缺陷的影响，我国规定钢材的冲击韧性按V型缺口试件冲击功Ckv或Akv表示，试验如图1-30所示。

钢材的冲击韧性与钢材的质量、缺口形状、加载速度、厚度、温度有关，其中温度的影响最大。试验表明，钢材的冲击韧性值随温度的降低而降低，但不同牌号和质量等级的钢材降低规律又有很大的不同。因此，在寒冷地区承受动力荷载作用的重要承重结构，应根据工作温度和所用钢材牌号，对钢材提出相应温度下的冲击韧性指标要求，以防脆性破坏的发生。

5.钢材的焊接性能

钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，获得性能良好的焊接接头。焊接过程中要求焊缝及焊缝附近金属不产生热裂纹或冷却收缩裂纹；在使用过程中焊缝处的冲击韧性和热影响区内塑性良好。我国钢结构设计规范中除了Q235A不能作为焊接构件外，其他的几种牌号的钢材均具有良好的焊接性能。在高强度低合金钢中低合金元素大多对可焊性有不利的影响，我国的行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ—2002）推荐使用碳当量来衡量低合金钢的可焊性，其计算公式如下：

式中　，C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu分别为碳、锰、铬、钼、钒、镍和铜的百分含量。当CE不超过0.38％时，钢材的可焊性很好，可以不采取措施直接施焊；当CE在0.38％～0.45％范围内时，钢材呈现淬硬倾向，施焊时要控制焊接工艺、采用预热措施并使热影响区缓慢冷却，以免发生淬硬开裂；当CE大于0.45％时，钢材的淬硬倾向更加明显，需严格控制焊接工艺和预热温度才能获得合格的焊缝。

钢材焊接性能的优劣除了与钢材的碳当量有直接关系外，还与母材的厚度、焊接的方法、焊接工艺参数以及结构形式等条件有关。

6.钢材的破坏形式

钢材有两种性质完全不同的破坏形式，即塑性破坏和脆性破坏。钢结构所用的钢材在正常使用条件下，虽然有较高的塑性和韧性，但在某些条件下，仍然存在发生脆性破坏的可能性。

塑性破坏也称延性破坏，其特征是构件应力达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。破坏后的端口呈纤维状，色泽发暗。由于塑性破坏前总有较大的塑性变形发生，且变形持续时间较长，容易被发现和抢修加固，因此不至于发生严重后果。

脆性破坏在破坏前无明显塑性变形，或根本就没有塑性变形，而突然发生断裂。破坏后的断口平直，呈有光泽的晶粒状。由于破坏前没有任何预兆，破坏速度又极快，无法及时察觉和采取补救措施，具有较大的危险性，因此在钢结构的设计、施工和使用过程中，要特别注意这种破坏的发生。

1.2.2　影响钢材性能的主要因素

1.化学成分的影响

钢是以铁和碳为主要成分的合金，碳及其他元素虽然所占的比重不大，但对钢材性能却有重要的影响。

（1）碳（C）

碳是钢中各种重要元素之一，在碳素结构钢中则是铁以外的最主要元素。碳是形成钢材强度的主要成分，随着含碳量的提高，钢的强度逐渐增高，而塑性和韧性下降，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性能等也变差。按碳的含量区分，小于0.25％的为低碳钢，大于0.25％而小于0.6％的为中碳钢，大于0.6％的为高碳钢。钢结构的用钢含碳量一般不大于0.22％，对于焊接结构，为了获得良好的可焊性，以不大于0.2％为好。所以，建筑钢结构用的钢材基本上都是低碳钢。

（2）硫（S）

硫是有害元素，属于杂质，能产生易于熔化的硫化铁，当热加工及焊接温度达到800℃～1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，可能出现裂纹，这种现象称为钢材的“热脆”。此外，硫还会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能等。因此，对硫的含量必须严格控制，一般不得超过0.045％～0.05％，随着钢材牌号和质量等级的提高，含硫量的限值由0.05％下降到0.025％，近年来发展的厚度方向性能钢板（抗层状撕裂钢板）含硫量更要求控制在0.01％以下。

（3）磷（P）

磷可以提高钢的强度和抗锈蚀性能，但却严重降低了钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能，特别是在温度较低时促使钢材变脆，称为钢材的“冷脆”。因此，磷的含量也要严格控制，随着钢材牌号和质量等级的提高，含磷量的限值由0.045％依次降为0.025％。但是当采用特殊的冶炼工艺时，磷也可以作为一种合金元素来制造含磷的低合金钢，此时的磷含量可以达到0.12％～0.13％。

（4）锰（Mn）

锰是有益的元素，它能显著提高钢材的强度，同时又不过多的降低塑性和冲击韧性。锰有脱氧作用，是弱脱氧剂，可以消除硫对钢的热脆影响，改善钢的冷脆倾向。但是锰可以使钢材的可焊性降低，因此也要控制。我国的低合金钢中锰的含量一般为0.1％～1.7％。

（5）硅（Si）

硅也是有益元素，有更强的脱氧作用，是强氧化剂，常与锰共同除氧。适量的硅可以细化晶粒，提高钢的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能没有显著的不良影响。硅在镇静钢中的含量一般为0.12％～0.30％，在低合金钢中为0.2％～0.55％。但过量的硅也会对焊接性能和抗锈蚀性能不利。

（6）钒（V）、铌（Nb）、钛（Ti）

钒、铌、钛等元素在钢中形成微细碳化物，加入适量能起细化晶粒和弥散强化的作用，从而提高钢材的强度和韧性，又可保持良好的塑性。我国的低合金钢中都含有这三种元素，作为锰以外的合金。

（7）铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni）

铝是强氧化剂，用铝进行补充脱氧，不仅进一步减少钢中的有害氧化物而且能细化晶粒，提高钢的强度和低温韧性。铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390及以上牌号的钢材中，但其含量也应受到限制，以免影响钢材的其他性能。

（8）氧（O）、氮（N）

氧和氮为有害元素，在金属熔化状态下可以从空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。故其含量必须严格控制。钢在浇注过程中，应根据需要进行不同程度的脱氧处理。碳素结构钢的氧含量不应大于0.008％。但氮有时却作为合金元素存在于钢中，桥梁用钢15锰钒氮（15MnVN）就是如此，氮的含量控制在0.010％～0.020％。

2.成材过程中的影响

（1）冶炼

我国目前结构用钢主要是用平炉和氧化转炉冶炼而成的，侧吹转炉钢质量较差，不宜作为承重结构用钢。目前，侧吹转炉炼钢已基本被淘汰，在建筑钢结构中，主要使用氧气顶吹转炉生产的钢材。氧气顶吹转炉具有投资少、生产率高、原料适应性强等特点，已成为主流炼钢方法。

（2）浇铸（注）

把熔炼好的钢水浇铸成钢锭或钢坯有两种方法，一种是浇入铸模做成钢锭，另一种是浇入连续浇铸机做成钢坯。前者是传统的方法，所得钢锭需要经过初轧才成为钢坯；后者是近年来迅速发展的新技术，浇铸和脱氧同时进行。铸锭过程中因脱氧程度不同，最终成为镇静钢、半镇静钢、沸腾钢。镇静钢因浇铸时加入强脱氧剂，如硅，有时还加铝或钛，因而氧气杂质少且晶粒较细，偏析、夹层、裂纹等缺陷不严重，所以钢材性能比沸腾钢好，但传统的浇铸方法因存在缩孔而成材率较低。连续浇铸可以产出镇静钢而没有缩孔，并且化学成分分布比较均匀，只有轻微的偏析现象，因此，这种浇铸技术既能提高产量又能降低成本。

钢在冶炼和浇铸过程中不可避免地产生冶金缺陷。常见的冶金缺陷有偏析、非金属杂质、气孔及裂纹等。偏析是指金属结晶后化学成分分布不均匀；非金属杂质是指钢中含有硫化物等杂质；气孔是指浇铸时有FeO与C作用所产生的CO气体不能充分逸出而滞留在钢锭内形成的微小空洞。这些缺陷都将影响钢的力学性能。

（3）轧制

钢材的轧制能使金属的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合，因而改善了钢材的力学性能。薄板因轧制的次数多，其强度比厚板略高、浇铸时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层，所以分层是钢材（尤其是厚板）的一种缺陷。设计时应尽量避免拉力垂直于板面的情况，以防止层间撕裂。

（4）热处理

一般钢材以热轧状态交货，某些高强度钢材则在轧制后经热处理才出厂。热处理的目的在于取得高强度的同时能够保持良好的塑性和韧性。

3.残余应力的影响

热轧型钢冷却过程中，在截面突变处如尖角、边缘及薄细部位，率先冷却，其他部位渐次冷却，先冷却部位约束阻止后冷却部位的自由收缩，产生复杂的热轧残余应力分布。不同形状和尺寸规格的型钢残余应力分布不同。

钢材经过气割或焊接后，由于不均匀的加热和冷却，也将引起残余应力。

残余应力是一种自相平衡的应力，退火处理后可部分乃至全部消除。结构受荷后，残余应力与荷载作用下的应力相叠加，将使构件某些部位提前屈服，降低构件的刚度和稳定性，降低抵抗冲击断裂和抗疲劳破坏的能力。

4.应力集中的影响

由于钢结构的钢材存在孔洞、槽口、凹角、裂纹、厚度变化、形状变化及内部缺陷等构造缺陷，此时截面中的应力分布不再保持均匀，同时主应力线在绕过孔口等缺陷时发生弯转，不仅在孔口边缘处会产生沿力作用方向的应力高峰，同时会在孔口附近产生垂直于力的作用方向的横向应力，甚至会产生三向拉应力，同时厚度越厚的钢板，在其缺口中心部位的三向拉应力也越大，这是因为在轴向拉力作用下，缺口中心沿板厚方向的收缩变形受到较大的限制，形成所谓平面应变状态所致。

应力集中现象还可能由内应力产生。内应力的特点是力系在钢材内自相平衡，而与外力无关，其在浇注、轧制和焊接加工过程中，因不同部位钢材的冷却速度不同，或因不均匀加热和冷却而产生。其中焊接残余应力的量值往往很高，在焊缝附近的残余拉应力常达到屈服点，而且在焊缝交叉处经常出现双向、甚至三向残余拉应力场，使钢材局部变脆。当外力引起的应力与内应力处于不利组合时，会引发脆性破坏。

因此，在进行钢结构设计时，应尽量使构件和连接节点的形状及构造合理，防止截面的突然改变。在进行钢结构的焊接构造设计和施工时，应尽量减少焊接残余应力。

5.钢材的冷作硬化和时效

钢材的硬化有三种情况：时效硬化、冷作硬化（或应变硬化）和应变时效硬化。

在高温时溶于铁中的少量氮和碳，随着时间的增长逐渐由固溶体中析出，生成氮化物和碳化物，分散存在铁素体晶粒的滑动界面上，对晶粒的塑性滑移起到遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降，这种现象称为时效硬化（也称老化）。产生时效硬化的过程一般较长，但在振动荷载、反复荷载及温度变化等情况下，会加速发展。

在冷加工（或一次加载）使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸荷后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的现象[图1-31（a）]称为冷作硬化。

在钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体晶体中的固溶氮和碳将更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象[图1-31（b）]，称为应变时效硬化。这种硬化在高温作用下会快速发展，人工时效就是据此提出来的，方法是：先使钢材产生10％左右的塑性变形，卸载后再加热至250℃，保温一小时后在空气中冷却。用人工时效后的钢材进行冲击韧性试验，可以判断钢材的应变时效硬化倾向，确保结构具有足够的抗脆性破坏能力。

对于比较重要的钢结构，要尽量避免局部冷作硬化现象的发生。如钢材的剪切和冲孔，会使切口和孔壁发生分离式的塑性破坏，在剪断的边缘和冲出的孔壁处产生严重的冷作硬化，甚至出现微细的裂纹，促使钢材局部变脆。此时，可将剪切处刨边；冲孔用较小的冲头，冲完后再行扩钻或完全改为钻孔的办法来除掉硬化部分或根本不发生硬化。

6.温度的影响

钢材的性能受温度的影响十分明显，图1-32给出了低碳钢在不同正温下的单调拉伸试验结果。由图中可以看出，在150 ℃以内，钢材的强度、弹性模量和塑性均与常温相近，变化不大。但在250℃左右，抗拉强度有局部性提高，伸长率和断面收缩率均降至最低，出现了“蓝脆”现象（钢材表面氧化膜呈蓝色）。显然钢材的热加工应避开这一温度区段。在300℃以后，强度和弹性模量均开始显著下降，塑性显著上升，达到600 ℃时，强度几乎为零，塑性急剧上升，钢材处于热塑性状态。

由上述可以看出，钢材具有一定的抗热性能，但不耐火，一旦钢结构的温度达到600℃及以上时，会在瞬间因热塑而倒塌。因此受高温作用的钢结构，应根据不同情况采取防护措施：当结构可能受到炽热熔化金属的侵害时，应采用砖或耐热材料做成的隔热层加以保护；当结构表面长期受辐射热达150℃以上或在短时间内可能受到火焰作用时，应采取有效的防护措施（如加隔热层或水套等）。防火是钢结构设计中应考虑的一个重要问题，通常按国家有关防火的规范或标准，根据建筑物的防火等级对不同构件所要求的耐火极限进行设计，选择合适的防火保护层（包括防火涂料等的种类、涂层或防火层的厚度及质量要求等）。

当温度低于常温时，随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性和韧性降低，逐渐变脆，称为钢材的低温冷脆。钢材的冲击韧性对温度十分敏感，为了工程实用，根据大量的使用经验和试验资料的统计分析，我国有关标准对不同牌号和等级的钢材，规定了在不同温度下的冲击韧性指标，例如对Q235钢，除A级不要求外，其他各级钢均取Cv=27J；对低合金高强度钢，除A级不要求外，E级钢采用Cv=27J，其他各级钢均取Cv=34J。只要钢材在规定的温度下满足这些指标，那么就可按有关规定，根据结构所处的工作温度，选择相应的钢材作为防脆断措施。

7.钢材的疲劳

钢材在连续反复的动力荷载作用下，裂纹生成、扩展以致脆性断裂的现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。疲劳破坏时，截面上的应力低于钢材的抗拉强度甚至低于屈服强度，破坏前没有征兆，呈脆性断裂特征。钢材在规定作用下的重复次数和作用变化幅度下所能承受的最大动态应力称为疲劳强度。疲劳强度的主要因素是应力集中，试验表明：截面几何形状突变处最严重，其次是作用的应力幅和应力循环次数n，一般与钢材的静力强度无关。

1.2.3　钢结构用钢材的分类及钢材的选用

1.建筑用钢结构的分类

钢结构用的钢材主要有两个种类，即碳素结构钢和低合金高强度结构钢。后者因含有锰、钒等合金元素而具有较高的强度。此外处在腐蚀介质中的结构，则采用高耐候性结构钢，这种钢因铜、磷、铬、镍等合金元素而具有较高的抗锈能力。

（1）碳素结构钢

碳素结构钢的牌号（简称钢号）有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275。其中Q215包含有Q215A、Q215B；Q235包含有Q235A、Q235B、Q235C、Q235D；Q255包含有Q255A、Q255B。

碳素结构钢的钢号由代表屈服点的字母Q，屈服点数值（单位为N/mm2）、质量等级符号（如A、B、C、D）、脱氧方法符号（如F、b）等四个部分组成。前文已经提及到，在浇铸过程中由于脱氧程度的不同钢材有镇静钢、半镇静钢与沸腾钢之分，以符号Z、b、F来表示。此外还有用铝补充脱氧的特殊镇静钢，用TZ表示。按国家标准规定，符号Z、TZ在表示牌号时予以省略。以Q235钢来说，A、B两级的脱氧方法可以是Z、b、F，C级的只能为Z，D级的只能为TZ。其钢号的表示法和代表的意义如下：

Q235A——屈服强度为235N/mm2，A级，镇静钢；

Q235Ab——屈服强度为235N/mm2，A级，半镇静钢；

Q235AF——屈服强度为235N/mm2，A级，沸腾钢；

Q235B——屈服强度为235N/mm2，B级，镇静钢；

Q235C——屈服强度为235N/mm2，C级，镇静钢；

Q235D——屈服强度为235N/mm2，D级，特殊镇静钢。

从Q195到Q275，是按强度由低到高排列的。Q195、Q215的强度比较低，而Q255及Q275的含碳量都超出了低碳钢的范围，所以建筑结构在碳素结构钢中主要应用Q235这一钢号。

（2）低合金高强度结构钢

低合金高强度结构钢是在钢的冶炼过程中添加少量的几种合金元素（含碳量均不大于0.02％，合金元素总量不大于0.05％），使钢的强度明显提高，故称低合金高强度结构钢。国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591—1994）规定，低合金高强度结构钢分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五种，其符号的含义与碳素结构钢牌号的含义相同。其中Q345、Q390、Q420是钢结构设计规范中规定采用的钢种，这三种钢都包含有A、B、C、D、E五个质量等级，和碳素钢一样，不同质量等级是按对冲击韧性（夏比V型缺口试验）的要求来区分的。低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢，C、D、E级属于特殊镇静钢。

（3）优质碳素结构钢

优质碳素结构钢以不热处理或热处理（退火、正火或高温回火）状态交货，用作压力加工用钢和切削加工用钢。由于价格较高，钢结构中使用较少，仅用经热处理的优质碳素结构钢冷拔高强度钢丝或制作高强螺栓、自攻螺钉等。

2.钢材的选择

选择钢材的目的是要做到结构安全可靠，同时用材经济合理。为此，在选择钢材时应考虑下列各因素：

（1）结构或构件的重要性；

（2）荷载性质（静载或动载）；

（3）连接方法（焊接、铆接或螺栓连接）；

（4）工作条件（温度及腐蚀介质）。

对于重要结构、直接承受动载的结构、处于低温条件下的结构及焊接结构，应选用质量较高的钢材。

Q235A钢的保证项目中，碳含量、冷弯试验合格和冲击韧性值并未作为必要的保证条件，所以只宜用于不直接承受动力作用的结构中。当用于焊接结构时，其质量证明书中应注明碳含量不超过0.2％。对于需要验算疲劳的焊接结构，应采用具有常温冲击韧性合格保证的B级钢。当这类结构冬季处于温度较低的环境时，若工作温度在0 ℃和-20 ℃之间，Q235和Q345应选用具有0℃冲击韧性合格的C级钢，Q390和Q420则应选用-20℃冲击韧性合格的D级钢。若工作温度≤-20℃，则钢材的质量级别还要提高一级，Q235和Q345选用D级钢而Q390和Q420选用E级钢。非焊接的构件发生脆性断裂的危险性比焊接结构小些，对材质的要求可比焊接结构适当放宽，但需要验算疲劳的构件仍应选用有常温冲击韧性保证的B级钢。当工作温度等于或低于-20℃时，Q235和Q345应选用C级钢，Q390和Q420则应选用D级钢。

当选用Q235A、Q235B级钢时，还需要选定钢材的脱氧方法。在采用钢模浇铸的年代，镇静钢的价格高于沸腾钢，凡是沸腾钢能够胜任的场合就不用镇静钢。目前大量采用连续浇铸，镇静钢价格高的问题不再存在。因此，可以在一般情况下都用镇静钢。而由于沸腾钢的性能不如镇静钢，GB 50017规范对它的应用提出一些限制，包括不能用于需要验算疲劳的焊接结构、处于低温的焊接结构和需要验算疲劳并且处于低温的非焊接结构。

连接所用钢材，如焊条、自动或半自动焊的焊丝及螺栓的钢材应与主体金属的强度相适应。

3.型钢的规格

钢结构构件一般宜直接选用型钢，这样可减少制造工作量，降低造价。型钢尺寸不够合适或构件很大时则用钢板制作。构件间或直接连接，或附以连接钢板进行连接。所以，钢结构中的元件是型钢及钢板，型钢有热轧及冷成型两种（图1-33及图1-34）。

（1）热轧钢板

热轧钢板分厚板及薄板两种，厚板的厚度为4.5～60mm，薄板厚度为0.35～4mm。前者广泛用来组成焊接构件和连接钢板，后者是冷弯薄壁型钢的原料。在图纸中钢板用“厚×宽×长（单位为毫米）”前面附加钢板横断面的方法表示，如：-12×800×2100等。

（2）热轧型钢

角钢：有等边和不等边两种。等边角钢（也叫等肢角钢）以边宽和厚度表示，如100×10为肢宽100mm、厚10mm的等边角钢。不等边角钢（也叫不等肢角钢）则以两边宽度和厚度表示，如100×80×8等。我国目前生产的等边角钢，其肢宽为20～200mm，不等边角钢的肢宽为25mm×16mm～200mm×125mm。

槽钢：我国槽钢有两种尺寸系列，即热轧普通槽钢（GB 708—65）与热轧轻型槽钢。前者的表示法如[30a，指槽钢外廓高度为30cm且腹板厚度为最薄的一种；后者的表示法如[25Q，表示外廓高度为25cm，Q是汉语拼音“轻”的拼音字首。同样号数时，轻型者由于腹板薄及翼缘宽而薄，因而截面积小但回转半径大，能节约钢材减少自重。不过轻型系列的实际产品较少。

工字钢：与槽钢相同，也分成上述的两个尺寸系列，普通型和轻型。与槽钢一样，工字钢外轮廓高度的厘米数即为型号，普通型当型号较大时腹板厚度分a、b及c三种。轻型的由于壁厚薄故不再按厚度划分。两种工字钢表示法如Ⅰ32c，Ⅰ32Q等。

H型钢和剖分T型钢：热轧H型钢分为三类，宽翼缘H型钢（HW）、中翼缘H型钢（HM）和窄翼缘H型钢（HN）。H型钢型号的表示方法是先用符号HW、HM和HN表示H型钢的类别，后面加“高度（毫米）×宽度（毫米）”，例如HW300×300，即为截面高度为300mm、翼缘宽度为300mm的宽翼缘H型钢。剖分T型钢也分为三类，即宽翼缘剖分T型钢（TW）、中翼缘剖分T型钢（TM）和窄翼缘剖分T型钢（TN）。剖分T型钢系由对应的H型钢沿腹板中部对等剖分而成。其表示方法与H型钢类同，如TN225×200即表示截面高度为225mm、翼缘宽度为200mm的窄翼缘剖分T型钢。

（3）冷弯薄壁型钢

冷弯薄壁型钢是用2～6mm厚的薄钢板经冷弯或模压而成型的。在国外，冷弯型钢所用钢板的厚度有加大范围的趋势，如美国可用到1英寸（25.4mm）厚。

（4）压型钢板

压型钢板是由热轧薄钢板经冷压或冷轧成型，具有较大的宽度及曲折外形，从而增加了惯性矩和刚度，是近年来开始使用的薄壁型材，所用钢板厚度为0.4～2mm，用作轻型屋面等构件。