第二章 钢结构材料
2.1 钢结构所用钢材的种类及如何选择
2.1.1 钢结构所用钢材的种类
钢号由四部分组成：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法”。
Q：表示“屈”的拼音第一个字母，意为“屈服强度”；
质量等级：分为A到E五个等级（词序越高，质量越好）；
脱氧方法：F——沸腾钢； Z——镇静钢（一般省略）； b——半镇静钢； TZ——特种镇静钢。
注：碳素结构钢分为A、B、C、D四个等级，包括所有脱氧方法；低合金结构钢分为A、B、C、D、E五个等级，仅有镇静钢和特殊镇静钢。
如前所述，建筑结构钢宜选用四种钢材：碳素结构钢中Q235，低合金钢中Q345、Q390、Q420。
(1)碳素结构钢
碳素结构钢的牌号（简称钢号）有Q195、Q235A、B、C、D、Q275。其中，Q为屈服强度中“曲”字的汉语拼音前缀，后面的阿拉伯字符表示屈服强度，单位为N/mm2。 A、B、C或D等，表示按质量划分的等级，以D级质量最多。最后还有表示脱氧方法的符号，如F、Z或b。从Q195到Q275，按照强度从小到大排列；钢的强度主要由碳含量决定，但也与其他元素的含量有关。因此，钢号由低到高的增加，在很大程度上代表着碳含量的增加。
国内钢结构建筑中次构件最常用的钢材是Q235（南方多用Q235B，北方多用Q235C）。市场上的热轧钢材产品（如角钢、槽钢、工字钢、热轧方管、热轧圆管）多采用Q235材质，也有Q345材质，但相对较少。次要构件，如支架、檩条托盘等；
(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，使钢的强度显着提高而制成的，故称为低合金高强度结构钢。 Q345、Q390、Q420是钢结构设计规范中规定的钢种。其符号含义与碳素结构钢牌号相同。这三类钢包括A、B、C、D、E五个质量等级。与碳素结构钢一样，根据冲击韧性（夏比V型缺口试验）的要求来区分不同的质量等级。 A级无冲击能量要求； B级要求20℃时冲击功率AKv≥34J（垂直）； C级要求0℃时冲击功AKV≥34J（垂直）； D 级要求 20°C（垂直）时的冲击功率 AKv ≥ 34J。纵向）； E 级要求 40°C 冲击功 AKv ≥27J（纵向）。不同的质量等级对碳、硫、磷、铝等含量也有不同的要求。低合金高强度结构钢A、B级为镇静钢，C、D、E级为特种镇静钢。
国内钢结构建筑主要受力构件多采用Q345材料（南方多用Q345B，北方多用Q345C或Q345D）。主要构件包括框架（刚架）结构的梁、柱、吊车梁、大跨桁架等；
(3)高强度钢丝、钢缆材料
悬吊结构和斜拉结构的钢丝绳、桅杆结构的钢丝绳等通常采用高强度钢丝组成的平行钢丝束、钢绞线和钢丝绳。高强度钢丝采用优质碳素钢经多次冷拔而成，分为光面钢丝和镀锌钢丝两种。
钢丝强度的主要指标是抗拉强度，其值在1570-1700N/mm2范围内，而屈服强度通常不要求。高强钢丝的伸长率较小，最小为4%。然而，高强度钢丝（及钢缆）有一个不同于一般结构钢的特性——松弛，即在保持长度不变的情况下，其承受的拉力随时间变化。延伸并略微降低。
平行线束由 7、19、37 或 61 根线组成。钢丝束中的每根钢丝受力均匀，其弹性模量接近一般受力钢材。用于形成钢丝束的钢丝除圆形截面外，还有梯形和异形截面。
上图为平行钢丝束的横截面
上图为钢绞线
钢绞线又称单股钢丝绳，由多根钢丝编织而成。钢丝绳多由7股钢绞成，其中一股为芯，外面6股钢绞线同向缠绕。
上图为钢丝绳的捻制方式及截面。
上图为钢丝绳
2.1.2 钢材选用
选择钢材的目的是为了使结构安全可靠，同时所用材料经济合理。
对于建筑结构中使用的钢材，有三个主要要求。
(1)强度较高：结构承载力大，所需截面小钢结构在线课程，重量轻；
(2)塑性、韧性好：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，有利于承受动载荷；
(3)良好的加工性能和耐久性：包括焊接性、冷弯性能和耐腐蚀性能；
根据上述要求，《钢结构设计规范》GB50017-2003建议承重结构钢应采用四种钢种：碳素结构钢中Q235钢，低合金高合金钢中Q345、Q390、Q420钢。 - 强度结构钢。
选择钢材时应考虑以下因素：
(1)结构或者部件的重要性；
(2)载荷性质（静载荷或动载荷）；
（3）连接方法（焊接、铆接或螺栓连接）；
(4)工作条件(温度和腐蚀性介质)。
对于重要结构、直接承受动载荷的结构、低温条件下的结构以及焊接结构，应选用较高质量的钢材。
钢材的质量和性能是由钢材的抗拉强度fu、屈服强度fy、延伸率δ5（δ10）、冷弯180度和冲击韧性αk等力学性能以及化学成分C、S、 P等和冶炼脱氧方法来测定。
一般承重结构应有fu、fy、δ5、C（≤0.22%）、S、P的极限含量保证；焊接和重要的非焊接承重结构还应有冷弯180度合格保证（C≤0.2%）；当需要校核结构承受动载的疲劳强度时，还应根据具体情况增加不同的αk要求。
Q235A钢的保证项目中，碳含量、冷弯试验合格和冲击韧性值不作为必要的保证条件，因此只宜用于不直接承受动力作用的结构。用于焊接结构时，质量证明书应注明碳含量不超过0.2%。
选择Q235A、B级钢时，还需要选择钢的脱氧方法。
连接所用钢材钢结构在线课程，如焊条、自动或半自动焊丝、螺栓等，应与主体金属的强度相适应。
2.1.3 材料规格
钢结构构件一般建议直接使用型钢，这样可以减少制造工作量和成本。当型钢尺寸不合适或构件较大时，采用钢板。型钢有两种类型：热轧型钢和冷成型型钢。
(1)热轧钢板
热轧钢板按厚度分类：
(a) 厚度不超过3毫米的薄板（电工钢板除外）；
(b)中板，厚度4-20mm；
(c) 厚板，厚度为 20-60mm (d) 特厚板，厚度大于 60mm。
图中钢板用“-厚度×宽度×长度（单位为毫米）”后接钢板的截面来表示，如：-12×800×2100等。一般钢板为以标准尺寸平板发货，如2m*6m等规格；
上图为厚中板发货状态
上图为钢卷发货状态
(2)热轧钢材
角钢——有等边和不等边两种。等边角钢用边宽和厚度来表示。例如，L100×10为肢宽100毫米、厚度10毫米的等边角钢。不等边角钢用两侧的宽度和厚度来表示，如L100×80×10等。
上图为角钢
槽钢——我国槽钢有两个尺寸系列，即热轧普通槽钢和热轧轻型槽钢。前者表示为[30a]，表示槽钢外廓高度为750px，腹板厚度最薄；后者表示为[25Q]，表示外轮廓高度为625px，Q是汉语拼音“光”的拼音前缀。对于相同数量，轻量化模型腹板薄，翼缘宽，因此截面积小但回转半径大，可节省钢材，减轻自重。但轻量化系列的实际产品较少。
上图为槽钢
工字钢——与槽钢相同，也分为上述两个尺寸系列：普通型和轻型型。与槽钢一样，工字钢的外轮廓高度的厘米数就是型号。对于普通型，当型号较大时，腹板厚度分为a、b、c三种。轻质的不再以厚度来划分，因为壁厚更薄。工字钢的两种表示方法有：I32c、I32Q等。
上图显示了工字梁。与H型钢不同的是工字钢的翼缘是倾斜的。
H型钢和分体T型钢——热轧H型钢分为宽翼缘H型钢（HW）、中翼缘H型钢（HM）和窄翼缘H型钢三类型钢（HN）。 H型钢型号的表示方法是先用符号HW、HM、HN表示H型钢的型号，后加“高（mm）×宽（mm）”，例如HW300x300，即截面高度为300mm，翼缘宽度为300mm。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型钢是将相应的H型钢沿腹板中部等分剖分而成。其表示方法与H型钢类似。
上图为H型钢和T型钢
上图为热轧钢材的截面。
(3)冷弯薄壁型钢
由0.42-6mm厚钢板经冷弯或模压而成（如图所示）。压型钢板是近年来开始使用的薄壁型材。所用钢板厚度为0.4-2毫米，用于轻质屋顶和其他构件。
上图为冷弯型钢常见截面
上图为C型钢
上图为组合混凝土楼板用压型钢板
上图为彩钢板，用于屋面板、墙板
薄壁型钢常用类型及截面几何特征可参见《冷弯薄壁钢结构技术规范》GB 50018-2002附录。
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第一章 钢结构概述
