建筑钢材的标准与选用

8.3建筑钢材的标准与选用建筑工程用钢有钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢两类，前者主要应用型钢和钢板，后者主要采用钢筋和钢丝。一、钢结构用钢钢结构用钢主要有碳素结构钢和低合金结构钢两种。（一）碳素结构钢（非合金钢）1.碳素结构钢的牌号及其表示方法碳素结构钢的牌号由四个部分组成：屈服点的字母（Q）、屈服点数值（N／mm2）、质量等级符号（A、B、C、D）、脱氧程度符号（F、B、Z、TZ）。碳素结构钢的质量等级是按钢中硫、磷含量由多至划分的，随A、B、C、D的顺序质量等级逐级提高。当为镇静钢或特殊镇静钢时，则牌号表示“Z”与“TZ”符号可予以省略。按标准规定，我国碳素结构钢分五个牌号，即Q195、Q215、Q235、Q255和Q275。例如Q235—A·F，它表示：屈服点为235N／mm2的平炉或氧气转炉冶炼的A级沸腾碳素结构钢。2.碳素结构钢的技术要求按照标准GB700—88规定，碳素结构钢的技术要求包括化学成分、力学性能、冶炼方法、交货状态、表面质量等五个方面。各牌号碳素结构钢的化学成分及力学性能应分别符合表8.3.1、表8.3.2的要求。表8.3.1碳素结构钢的化学成分(GB700-88)牌号等级化学成分脱氧方法CMnSiSP≤Q195－0.06～0.120.25～0.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.09～0.150.25～0.550.300.5000.045F、b、ZB0.045Q235A0.14～0.220.30～0.650.300.0500.045F、b、ZB0.12～0.200.30～0.700.045C≤0.180.35～0.800.0400.040ZD≤0.170.0350.035TZQ255A0.18～0.280.40～0.700.300.0500.045ZB0.045Q275-0.20～0.380.50～0.800.350.0500.045Z表8.3.2碳素结构钢的力学性能(GB700-88)牌号等级拉伸试验冲击试验屈服点σs(MPa)抗拉强度σs(MPa)伸长率δ5（％）温度（℃）V型冲击功（纵向）（J)钢筋厚度（直径）(mm)钢材厚度（直径）(mm)≤1616～4040～6060～100100～150150≤1616～4040～6060～100100～150150≥≥≥Q195-(195)(185)----315～3903332------Q215A215205195185175165335～410313029282726－－B2027Q235A235225215205195185375～460262524232221－－B2027C0D－20Q255A255245235225215205410～510242322212019－－B2027Q275-275265255245235225490～610201918171615－3.碳素结构钢各类牌号的特性与用途建筑工程中常用的碳素结构钢牌号为Q235，由于该牌号钢既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可焊性也好，故能较好地满足一般钢结构和钢筋混凝土结构的用钢要求。相反用Q195和Q215号钢，虽塑性很好，但强度太低；而Q255和Q275号钢，其强度很高，但塑性较差，可焊性亦差，所以均不适用。Q235号钢冶炼方便，成本较低，故在建筑中应用广泛。由于塑性好，在结构中能保证在超载、冲击、焊接、温度应力等不利条件下的安全：并适于各种加工，大量被用作轧制各种型钢、钢板及钢筋。其力学性能稳定，对轧制、加热、急剧冷却时的敏感性较小。其中Q235—A级钢，一般仅适用于承受静荷载作用的结构，Q235—C和D级钢可用于重要焊接的结构。另外，由于Q235—D级钢含有足够的形成细晶粒结构的元素，同时对硫、磷有害元素控制严格，故其冲击韧性很好，具有较强的抗冲击、振动荷载的能力，尤其适宜在较低温度下使用。Q195和Q215号钢常用作生产一般使用的钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等；Q255及Q275号钢多用于生产机械零件和工具等。（二）低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在碳素钢结构钢的基础上，添加少量的一种或多种合金元素（总含量5%）的一种结构钢。其目的是提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性与耐低温性等。因而它是综合性较为理想的建筑钢材，在大跨度、承重动荷载和冲击荷载的结构中更适用。此外，与使用碳素钢相比，可以节约钢材20%～30%，而成本并不很高。1.低合金结构钢的牌号及其表示方法根据国家标准（GB1591—94）规定，我国低合金结构钢共有5个牌号，所加元素主要有锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍及稀土元素。其牌号的表示由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级（A、B、C、D、E五级）三部分组成。2.低合金结构钢的应用低合金结构钢主要用于轧制各种型钢（角钢、槽钢、工字钢）、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、大跨度结构、高层结构及桥梁工程等，尤其对用于大跨度和大柱网的结构，其技术经济效果更为显著。二、钢筋混凝土结构用钢（一）热轧钢筋钢筋混凝土用热轧钢筋，根据其表面状态特征、工艺与供应方式可分为热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋与热轧热处理钢筋等，热轧带肋钢筋通常为圆形横截面，且表面通常带有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。按肋纹的形状分为月牙肋和等高肋，如图8.3.1所示；热轧钢筋按其力学性能，分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级，其强度等级代号分别为R235、RL335、RL400、RL540。其中Ⅰ级钢筋由碳素结构钢轧制，其余均由低合金钢轧制而成。Ⅰ级钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，故广泛用于普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋。Ⅱ级和Ⅲ级钢筋的强度较高，塑性和焊接性能也较好，广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。Ⅳ级钢筋强度高，但塑性和可焊性较差，可用作预应力钢筋。图8.3.1带肋钢筋外形（二）冷轧带肋钢筋热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或两面横肋，即成为冷轧带肋钢筋。冷轧带肋钢筋按抗拉强度分为五个牌号，分别为CRB550、CRB650、CRB800CRB970、CRB1170。C、R、B分别为冷轧、带肋、钢筋三个词的英文首位字母，数值为抗拉强度的最小值。与冷拔低碳钢丝相比，冷轧带肋钢筋具有强度高、塑性好，与钢筋粘结牢固，节约钢材，质量稳定等优点。（三）预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋是用热轧带肋钢筋经淬火和回火调质处理后的钢筋。有直径为6、8.2、10（mm）三种规格。热处理钢筋成盘供应，每盘长约100～120m，开盘后钢筋自然伸直，按要求的长度切断。预应力混凝土用热处理钢筋的优点是：强度高，可代替高强钢丝使用；配筋根数少，节约钢材；锚固性好，不易打滑，预应力值稳定；施工简便，开盘后钢筋自然伸直，不需调直，不能焊接。主要用作预应力钢筋混凝土轨枕，也用于预应力梁、板结构及吊车梁等。（四）预应力混凝土用优质钢丝及钢绞线1.预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝是高碳钢盘条经淬火、酸洗、冷拉加工而制成的高强度钢丝。（1）分类及代号预应力混凝土用钢丝按下列分类。按交货状态分为：冷拉钢丝（代号L）、矫直回火钢丝（代号J）两种。按外形分为：光面钢丝、刻痕钢丝（代号K）两种。（2）技术性能预应力钢丝具有强度高、柔性好、松弛率低、耐蚀等特点，适用于各种特殊要求的预应力结构，主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、电杆、轨枕等的预应力钢筋。其技术性能应该符合《预应力混凝土用钢丝》（GB5223—85）的要求。2.预应力混凝土用钢铰线预应力混凝土用钢绞线是由7根直径为2.5～5.0mm的高强度钢丝，绞捻后经一定热处理清除内应力而制成。一般以一根钢丝为中心，其余6根钢丝围绕着进行螺旋状左捻绞合，再经低温回火制成。钢铰线直径有9.0mm、12.0mm和15.0mm三种。预应力混凝土用钢铰线按其应力松弛性能分为两种：应力松弛级别代号Ⅰ级松弛ⅠⅡ级松弛Ⅱ钢铰线具有强度高、与混凝土粘结性好、段面面积大，使用根数少，在结构中布置方便，易于锚固等优点。主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。三、钢材的选用原则钢材的选用一般遵循下面原则：（1）荷载性质对于经常承受动力或振动荷载的结构，容易产生应力集中，从而引起疲劳破坏，需要选用材质高的钢材。（2）使用温度对于经常处于低温状态的结构，钢材容易发生冷脆断裂，特别是焊接结构更甚，因而要求钢材具有良好的塑性和低温冲击韧性。（3）连接方式对于焊接结构，当温度变化和受力性质改变时，焊缝附近的母体金属容易出现冷、热裂纹，促使结构早期破坏。所以焊接结构对钢材化学成分和机械性能要求应较严。（4）钢材厚度钢材力学性能一般随厚度增大而降低，钢材经多次轧制后、钢的内部结晶组织更为紧密，强度更高，质量更好。故一般结构用的钢材厚度不宜超过40mm。（5）结构重要性选择钢材要考虑结构使用的重要性，如大跨度结构、重要的建筑物结构，须相应选用质量更好的钢材。