钢结构：精选合适钢材

2.5.2.1　选择原则

钢材的选择在钢结构设计中一项很重要的工作。不仅要合理选用钢种、钢号、炉种和浇注方法，而且根据结构特点，对某些机械性能指标和化学元素的极限含量提出保证。选择的目的是:在努力做到既能使结构安全可靠地满足使用要求，又要尽力节约钢材，降低造价。选择钢材时考虑的因素有:

（1）结构的类型及重要性。对重型工业建筑结构、大跨度结构、高层或超高层的民用建筑结构或构筑物等重要结构，应考虑选用质量好的钢材，对一般工业与民用建筑结构，可按工作性质分别选用普通质量的钢材。另外，按《建筑结构可靠度设计统一标准》规定的安全等级，把建筑物分为一级（重要的）、二级（一般的）和三级（次要的）。安全等级不同，要求的钢材质量也应不同。例如水工钢闸门是按水利工程的大小和闸门的工作性质而区分其类型和重要性的。与中小型工程的检修闸门相比，显然大型工程的工作闸门就较为重要。因此，应根据不同的情况，有区别地选用钢材，并对钢材提出不同保证项目要求。

（2）结构所承受荷载特性。荷载可分为静态荷载和动态荷载两种。直接承受动荷载的结构和强烈地震区的结构，应选用综合性能好的钢材。如重级工作制吊车梁、深孔工作闸门、海洋钻井与采油工作平台等，需采用质量较高的Q235平炉镇静钢或低合金钢，并要求具有常温或低温冲击韧性的附加保证。对于一般承受静荷载结构，如屋架和检修闸门等，可选用一般质量价格较低的Q235沸腾钢。

（3）结构的连接方法。钢结构的连接方法有焊接和非焊接两种。由于在焊接过程中，会产生焊接变形、焊接应力及其他焊接缺陷，如咬肉、气孔、裂纹、夹渣等，又导致结构产生裂缝或脆性断裂的危险。因此，焊接构件对钢材的含碳量、机械性能和焊接性能要求应严格一些。例如，在化学成分方面，焊接结构必须严格控制碳、硫、磷的极限含量，而非焊接结构的含碳量可降低要求。

（4）结构所处的温度和环境。区别结构是在低温（－20～－50℃）还是在常温（高于－20℃）情况下工作也是非常重要的。钢材处于低温时容易冷脆，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的镇静钢。此外，露天结构的钢材容易产生时效，有害介质作用的钢材容易腐蚀、疲劳和断裂，也应加以区别的选择不同的材质。另外，水工钢结构大多数是浸没于水下或处于水上下循环状态，易腐蚀，宜选用抗蚀性较好的钢材，如16锰钢。

（5）钢材厚度。薄钢材辊轧次数多，轧制的压缩比大，厚度大的钢材压缩比小；所以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。

2.5.2.2　钢材选择的建议(www.xing528.com)

对钢材质量的要求，一般地说，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，对焊接结构尚应保证碳的极限含量（由于Q235—A钢的碳含量不作为交货条件，故一般不用于焊接结构）。

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。

对于需要验算疲劳强度以及主要的受拉或受弯的焊接结构的钢材，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；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，对Q235钢和Q345钢应具有－20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有－40℃冲击韧性的合格保证。

这里特别指出，Q235沸腾钢不宜于下列情况:

（1）焊接结构。重级工作制吊车梁或类似结构；工作温度小于－20℃时的轻、中级工作制吊车梁或类似结构；大型工程的工作闸门、部分开启的工作闸门；低于－30℃的承重结构。

（2）非焊接结构。工作温度小于－20℃时的重级工作制吊车梁或类似结构。

Q345钢是普通低合金钢号，它的强度高，屈服点比Q235钢高46%以上，具有自重轻、抗腐性能好、节约材料等特点。因此，设计大跨度、重要结构时可优先考虑。例如大跨度的钢闸门和升船机的承船厢等水下活动结构。对于处于低温区（－20℃以下）的大跨度重要焊接结构或承受动荷载的结构用上述材料，效果会更好。