浅谈钢结构工程钢材的选择

摘 要着重从碳素结构钢和低碳合金高强度结构钢的力学性能，介绍按规范要求科学合理选用钢材的基

本思路和实践经验。

关键词建筑结构；钢结构工程；钢材选择；碳素结构钢；低合金高强度结构钢；工程造价

中图分类号TU391 文献标识码A 文章编号1000-4866(2013)03—0050—02

在钢结构工程中钢材的选择既要做到结构安全可

靠，又要尽最大可能节约钢材降低成本，因而根据结

构的特点选择适宜的钢材是十分关键的。

钢结构钢材其性能的要求是多方面的，所有的钢

材不仅要强度、弹性好，而且还要具有韧性、可焊

性、冷弯性能等一系列重要的力学性能。它们的优劣

直接影响着钢结构是否安全可靠地工作，以及钢结构

的工程造价。符合钢结构上述性能要求的钢材仅有普

通碳素钢和普通低合金钢中的少数几种。

1碳素结构钢

碳素结构钢包括一般结构钢和工程用热轧钢板、

钢带、型钢等[11。我国生产的普通碳素结构钢按屈

服点的数值(MPa) 可分为Q195、Q215、Q235、

Q255和Q275五个牌号，按硫、磷杂质的含量由多

到少分A、B、C、D四个质量等级，按脱氧程度分

为特殊镇静钢(TZ)、镇静钢(z)、半镇静钢(b)、

和沸腾钢(F)。从Q195到Q275，牌号越大，钢中

碳的含量就越多，它的强度、硬度也就越高，但塑性

和韧性下降。在A到D四个等级中，D级质量最好，

A级质量最差闭。

钢材供货时，A级钢只要求抗拉强度、屈服点、

伸长率，必要时可附加冷弯试验的要求；B、C、D

级钢均保证抗拉强度屈服点、伸长率、冷弯试验和冲

击韧性等力学性能。保证的项目越多，性能越好，但

价格越高。

在建筑工程中应用最广泛的是Q235号钢。它的

含碳量为0．14％～o．22％，属低碳钢，具有较高的强

度，良好的塑性、韧性及可焊性，综合性能好，能满

足一般钢结构用钢要求，且成本较低。在钢结构中用

Q235钢轧制成各种型钢、钢板[1l。

Q195、Q215号钢强度低，塑性和韧性较好，容

易进行冷加工，用于制作钢钉、铆钉、螺栓及铁丝

等。Q215号钢经冷加工可代替Q235号钢应用到实

践中。

Q255、Q275号钢强度较高，但塑性、韧性、可

焊性较差，不容易焊接和冷弯加工，可用于轧制带肋

钢筋，作螺栓配件等，但较多用于机械零件和工具

等。

2低合金高强度结构钢

低合金高强度结构钢是在碳素钢的基础上加入了

少量的一种或几种合金元素，合金元素含量低于5％

为低合金钢111。这样，使钢的屈服强度、抗拉强度、

耐磨性、耐蚀性及耐低温性能等都有所提高。它是综

合性较为理想的建筑钢材，尤其在大跨度承受动荷载

和冲击荷载的结构中更适用。此外，和使用碳素钢相

比，可节约钢材20％～30％，且成本并不高。

所加元素主要是锰、硅、钒、铌、铬、镍及稀土

元素。它的牌号的表示方法由屈服点字母Q、屈服数

值、质量等级(分A、B、C、D、E)3个部分组成。

在钢结构工程中，常采用低合金高强度结构钢轧

制型钢、钢板来进行桥梁、高层及大跨度工程的建

筑。

2013年第3期 刘 洋：浅谈钢结构工程钢材的选择

3 钢材的选择和选用

3．1钢材的选择原则

3．1．1 结构的重要性

结构和构件，按照其用途、部位和破坏后果的严

重性分为重要的、一般的和次要的3类，相对应的安

全等级是一级、二级、三级。因此，重型工业建筑结

构、大跨度结构、高层或超高层的民用建筑和重级工

作制吊车梁等都是一级结构，必须选用优质钢材[ ；

而一般的工业与民用建筑等属于二级结构，按照工作

性质选普通质量的钢材；临时陛的房屋骨架、普通建

筑物内的梯子、扶手等属三类结构，可选用质量较差

的钢材。

3．1．2 荷载的性质

根据承受荷载的性质，结构钢构件分为直接承受

动力荷载和静力荷载的构件。承受动力荷载作用的构

件选用优质的钢材，如Q345钢；承受静力荷载的构

件选用价格较低的Q235钢。

3．1．3 连接的方法

钢结构的连接方法有焊接和非焊接两种。在焊接

结构中温度变化及受力性质改变时容易造成各种焊接

缺陷，促使结构早期破坏，所以要选用优质钢材；而

非焊接结构，在塑性、韧性和可焊接性能上可以适当

放宽i21。

3．1．4 工作环境

结构所处的工作环境，指温度变化及腐蚀介质情

况等。处于低温环境的结构构件，钢材容易发生冷脆

断裂破坏，特别是焊接冷脆更加厉害，因此应该选用

优质钢材[21。处在腐蚀介质中的钢结构，如化工钢

结构厂房，必须选用耐腐蚀钢材。

3．2钢材的选用

钢材的选用要符合规范的有关规定，目的是确定

钢材的牌号(包括钢种冶炼方法、脱氧方法及质量等

级)和保证应该具有的机械性能和化学成分[21。

(1)在通常情况下，承重结构钢材应该保证抗拉

强度、伸长率、屈服点和硫磷含量合格，并且保证焊

接结构含碳量合格。

(2)承重结构的焊接(如吊车梁，有大吨位吊车

厂房的屋架等)、比较重要的非焊接承重结构和需要

弯曲成型的构件，还需保证冷弯试验合格。

(3)对于主要受拉和受弯的焊接结构的钢材，应

该保证常温冲击韧性合格。当结构工作环境温度在

Occ～20 以上时，Q235钢和Q345钢应该保证0℃冲

击韧性合格，Q39O钢和Q42O钢应该保证2O℃冲击

韧性合格[21。当结构工作环境温度等于或低于一20qC

时，Q235钢和Q345钢应该保证一20℃冲击韧性合格，

而Q39o钢和Q42O钢应该保证一40％的冲击韧性合

格。

3-3钢材等级的选择

一般非焊接的钢结构宜用A级钢；焊接，静荷

载作用下的钢结构宜用B级钢；焊接，动荷载作用

下的钢结构应根据结构所处温度，选用C、D、E级

或特级钢，务必使钢材的脆性转换温度低于结构所处

环境温度。

对于层状撕裂受力的结构部位的较厚钢板，应具

有抗层状撕裂的要求。对于节点构造并受力状况复

杂，工作环境恶劣的重型焊接钢结构，必须提高钢材

质量标准的要求。

3．4 钢材强度等级的选用

普通钢结构钢材的强度等级常常选用Q235或

Q345，重型、超重型钢结构钢材的强度等级选用

Q345、Q39O、Q42o及更高强度等级的特种钢材；冷

弯薄壁轻型钢结构，非焊接可用A级，焊接应用B

级钢；一般选用强度等级为Q235或Q345钢；超轻

型钢结构及应用于屋面、墙面的压型板的彩色涂层钢

板可用强度等级与Q235或Q345相当的钢材；锁缝

连接时应具有良好的冷弯性能，必要时可补做多层卷

筒压扁无损伤合格试验；压扣连接时应选用强度等级

较高和韧性好的钢材。

综上所述，在钢结构工程中根据工程的特点和要

求，选择既安全可靠，又节约成本的钢材是钢结构设

计中非常重要的一环。