国产高强度钢材符合抗震要求，应用于高层建筑

1.钢材牌号表示法

（1）钢的牌号（例如Q235-A·F）由如下四部分按顺序组成：①代表屈服强度的字母“Q”；②屈服强度值，如235等；③质量等级符号，A、B、C、D、E等；④脱氧方法符号，如F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）和TZ（特殊镇静钢）。

（2）在牌号组成表示方法中，“Z”和“TZ”符号予以省略。

（3）行业标准YB 4104—2000《高层建筑结构用钢板》规定，高层建筑结构用钢板的牌号表示为Q345GJC，它是由以下四部分按顺序组成：①表示屈服点的汉语拼音字母“Q”；②屈服点数值；③代表高层建筑的汉语拼音字母“GJ”；④质量等级符号“C、D、E”。对于厚度方向性能钢板，则在质量等级符号之前加上厚度方向性能级别“Z15、Z25、Z35”，例如Q345GJZ15C。

2.钢材牌号的选用

高层建筑钢结构，应根据其构件的重要性和焊接要求，选用不同等级的钢材。

（1）钢材适用的情况

1）YB 4104—2000《高层建筑结构用钢板》规定，高层建筑钢结构的钢材，宜采用Q235（原3号钢）C、D、E等级的碳素结构钢，或采用Q345（包括原16Mn钢）C、D、E等级的低合金高强度结构钢。

2）重要的焊接构件宜采用碳、硫、磷质量分数较低的C、D、E级碳素结构钢和D、E级低合金结构钢。

3）屈服强度超过350N/mm²的高强度钢材，要经过充分研究，证明其性能符合要求后，方可在抗震设防的高层建筑钢结构中应用。若用于型钢混凝土构件中，为使型钢芯柱的屈服应变小于混凝土压碎时的应变，钢材的强度设计值不应超过350N/mm²。

4）上海宝钢集团开发生产的耐火耐候钢，其耐候性为普通钢的2～8倍，其耐火性达到600℃高温时钢材屈服强度降低幅度不超过30%；而价格仅比普通钢贵10%。有条件时，工程中应优先采用耐火耐候钢，以提高结构的安全性和耐久性。

（2）钢材不适用的情况

1）Q235-A级钢和Q345-A级钢，因为不保证冷弯性能、冲击韧性和焊接需要的低碳质量分数，所以不能用于高层建筑中的主要承重构件和承力构件。

2）Q390钢（原15MnV）及其桥梁钢，其伸长率小于20%，不宜用于高层建筑钢结构。

3）下列情况的承重构件和承力构件（竖向支撑等），不宜采用Q235沸腾钢。

①非焊接结构 室外空气温度^[1]等于或低于-20℃的直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构。

②焊接结构

a）直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构。

b）室外空气温度低于-20℃时的下列结构：承受静力荷载的受拉或受弯（拉应力较大）的重要承重结构；直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳的结构。

c）室外空气温度等于或低于-30℃的所有承重结构。

（3）国家标准

1）Q235钢的质量标准，应符合我国现行国家标准GB/T 700—2006《碳素结构钢》的规定。

2）Q345钢、Q390钢和Q420钢的质量标准，应符合我国现行国家标准GB/T 1591—2008《低合金高强度结构钢》的规定。

3.钢材强度

（1）高层建筑钢结构所采用的国产钢材，按照GB 50017—2003《钢结构设计规范》和JGJ 99—1998《高层民用建筑钢结构技术规程》的规定，其强度设计值（材料强度标准值除以抗力分项系数）应根据计算截面的钢材厚度或直径，按表3-2规定取值。

表3-2 国产钢材的设计用强度值 （单位：N/mm²）

（2）钢铸件的强度设计值应按表3-3中的规定采用。

表3-3 钢铸件的强度设计值 （单位：N//mm²）

4.钢材物理性能

钢材和钢铸件的物理性能指标应按表3-4所列数值采用。

表3-4 钢材和钢铸件的物理性能指标

5.钢材化学成分

钢材的化学成分及其含量，将直接影响钢材的可焊性，应该得到保证。

（1）碳素结构钢 根据国家标准GB/T 700—2006《碳素结构钢》的规定，碳素结构钢（低碳钢）的牌号及其对应的化学成分，应符合表3-5的要求。

表3-5 碳素结构钢的牌号和化学成分

（2）低合金高强度结构钢 根据国家标准GB/T 1591—2008《低合金高强度结构钢》的规定，低合金高强度结构钢的牌号和化学成分应符合表3-6的要求。

表3-6 低合金高强度结构钢的牌号和化学成分

注：表中的Al为全铝质量分数，如化验酸溶铝时，其质量分数应不小于0.01%。

（3）高层建筑结构用钢板

1）根据行业标准YB 4104—2000的规定，高层建筑结构用钢板（厚度为6～100mm）的钢，由氧气转炉或电炉冶炼，钢的牌号及化学成分（熔炼分析）应符合表3-7的规定。

表3-7 高层建筑结构用钢板的牌号及化学成分

（续）

注：Z为厚度方向性能级别Z15、Z25、Z35的缩写，具体在牌号中注明。

2）各牌号所有质量等级钢板的碳当量或焊接裂纹敏感性指数，应符合表3-8的规定。

表3-8 高层建筑结构用钢板的碳当量和焊接裂纹敏感性指数

(www.xing528.com)

注：Z为厚度方向性能级别Z15、Z25、Z35的缩写，具体在牌号中注明。

3）高层建筑结构用厚度方向性能钢板的硫的质量分数应符合表3-9的规定。

表3-9 厚度方向性能钢板的硫的质量分数限值

6.钢材力学性能

钢材的力学性能是指标准条件下钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能和冲击韧性，以及厚钢板的Z向性能。

（1）应力-应变曲线 低碳钢的应力-应变（σ-ε）曲线如图3-1所示。图中，OA为弹性阶段，有些钢材在A点之前存在一小段弹塑性阶段；AB为屈服阶段，荷载不增加，但变形持续加大；BC为强化阶段，由于钢材历经屈服阶段后，内部晶粒重新排列，强度有所提高，但变形也随之增大较多，呈现出钢材的塑性特征；CD为下降段，强度降低，变形增大，直至断裂。

图3-1 低碳钢的应力-应变曲线

（2）屈服强度 图3-1中曲线上的A点即为屈服点，常称屈服强度f_y（f_ay），它是衡量结构的承载能力和确定强度设计值的重要指标。钢材屈服后将产生较大变形，且暂时失去可继续加载的能力。因此，设计规范中将屈服强度f_ay作为承载能力极限状态的标志值，并以国家标准规定的产品标准最低屈服点（废品极限）确定钢材的强度标准值。

（3）抗拉强度 图3-1中曲线上的C点即为抗拉强度f_u，或称极限抗拉强度，它是钢材所能承受的最大拉应力值，是衡量钢材抵抗拉断的性能指标。因为钢材的应力超过屈服强度后将产生较大的残余变形，超出结构正常使用范围，所以，极限抗拉强度只能作为结构的强度储备。抗拉强度与屈服强度的比值——强屈比（f_u/f_ay）愈大，则结构的强度储备率愈高。

（4）伸长率

1）标准试件受拉断裂时（图3-1曲线上的D点）的长度l₁减去原长度l₀所得增长值Δl，除以原长度l₀，所得比值的百分数就是钢材的伸长率δ，即

2）伸长率δ是衡量钢材塑性及延性性能的指标。伸长率愈大，表示钢材的塑性和延性性能愈好，钢材在断裂前的塑性变形和吸收能量的能力愈强。

3）标准试件的原长度l₀与横截面直径d₀的比值取为l₀/d₀＝5时，相应的钢材伸长率的代号写为δ₅。

（5）钢材试验要求

1）碳素结构钢 根据国家标准GB/T 700—2006《碳素结构钢》的规定，碳素结构钢的拉伸和冲击试验，应符合表3-10的要求；碳素结构钢的冷弯试验应符合表3-11的要求。

表3-10 碳素结构钢的拉伸和冲击试验要求

①厚度大于100mm的钢材，抗拉强度下限允许降低20N/mm²。

②厚度小于25mm的Q235B级钢材，如供方能保证冲击吸收功值合格，经需方同意，可不作检验。

表3-11 碳素结构钢的冷弯试验要求

注：B为试样宽度，a为试样厚度（或直径）。

2）低合金结构钢 根据国家标准GB/T 1591—2008《低合金高强度结构钢》的规定，低合金高强度结构钢的拉伸、冲击和弯曲试验结果，应符合表3-12的要求。

3）高层建筑结构用钢板

①钢板的拉伸、冲击、弯曲试验结果应符合表3-13的规定。

表3-12 低合金高强度结构钢的拉伸、冲击和弯曲试验要求

注：厚度大于35mm的钢板，其伸长率值可降低1%（绝对值）。

表3-13 高层建筑结构用钢板的拉伸、冲击和弯曲试验要求

注：1.Z为厚度方向性能级别Z15、Z25、Z35的缩写，具体在牌号中注明。

2.夏比（V型切口）冲击功值按一组3个试样算术平均值计算，允许其中一个试样值低于表3-13规定，但不得低于规定值的70%。

②表3-13中各厚度方向（Z向）性能级别钢板的断面收缩率应符合表3-14的规定。

表3-14 厚度方向性能钢板的断面收缩率

4）耐候结构钢 高层建筑外露部分的结构构件，应选用符合GB/T 4171—2008《耐候结构钢》的Q235NH（C、D、E级）或Q355GNH（C、D、E级）耐候钢。耐候结构钢的力学性能及化学成分见表3-15。

表3-15 耐候结构钢的力学性能及化学成分（GB/T 4171—2008）

注：d——弯心直径；a——钢材厚度。

5）耐火耐候钢 当有充分技术经济依据，承重钢结构需按抗火设计方法（见上海DG/TJ 08—008—2000《建筑钢结构防火技术规程》和中国工程建设标准化协会标准CECS200∶2006《建筑钢结构防火技术规范》设计时，其钢材宜选用耐火耐候钢。表3-16列出武钢生产的高性能耐火耐候Z向钢的力学性能。

表3-16 高性能耐火耐候Z向钢的力学性能

注：d—弯心直径；a—钢材厚度。

7.国产型钢的型号

（1）结构用无缝钢管、直缝电焊钢管和螺旋焊钢管的规格及截面特性，分别见本书附录A的表A-1、表A-2和表A-3。

（2）热轧轻型H型钢、热轧H型钢、热轧窄翼缘H型钢、超厚超重H型钢、热轧桩用H型钢和热轧剖分T型钢的规格及截面特性，分别见本书附录A的表A-4～表A-9。

（3）普通焊接H型钢、轻型焊接H型钢、结构用普通高频焊接薄壁H型钢和结构用卷边高频焊接薄壁H型钢的规格及截面特性，分别见本书附录A的表A-10～表A-13。

（4）马鞍山钢铁股份有限公司生产的H型钢和H型钢桩产品，分别列于本书附录A的表A-14、表A-15。鞍山第一轧钢厂生产的热轧H型钢产品，列于本书附录A的表A-16。莱芜钢铁股份有限公司生产的H型钢产品，列于本书附录A的表A-17。

（5）热轧工字钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢、L型钢的型号及截面特性，分别见本书附录A的表A-18～表A-22。