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建筑钢结构用钢材的分类

至今为止,我国建筑钢结构采用的钢材仍以碳素结构钢和低合金结构钢为主,尚未形成像桥梁结构钢和锅炉用钢那样的专业用钢标准,这与建筑钢结构的发展历史和使用特点有关,在相当长一段时期内,建筑钢结构对钢材性能的特殊要求并不突出,钢铁产品的通用标准一般已能满足要求。但随着建设规模的发展和新型结构的出现,这一情况将逐步有所改变,例如高层建筑钢结构用钢板就将颁发专用标准。

1、碳素结构钢的分类和性质

碳素结构钢是最普遍的工程用钢,按其含碳量的多少,又可粗略地分成低碳钢、中钢和高碳钢。通常把含碳量在0.03%-0.25%范围内称为低碳钢,含碳量在0.26%--0.60%之间的称中碳钢,含碳量在0.6%-2.0%的为高碳钢。

建筑钢结构主要使用低碳钢

（1）普通碳素结构钢

按现行国家标准《碳素结构钢》(GB700-88)规定,碳素结构钢分5个牌号,即Q195215、(235、0255和Q275,其中Q是代表钢材屈服点的字母,随后的数值表示屈服点的大小,如Q235表示a,=235N/mm2的钢材。每个牌号内又有不同的质量等级(最多可达四种),表示为A、B、C、D。对钢材脱氧方法也应在质量等级后表明。不同牌号、不同等级的钢材对化学成分和力学性能指标要求不同。

建筑钢结构中应用最多的碳素钢是Q235(即以前标准中的3号钢),也是现行标准中质量等级最齐全的,其质量等级C、D的,不论从其含碳量控制严格程度或对冲击韧性的保证,都优先为焊接结构所采纳使用。

（2）优质碳素结构钢

优质碳素结构钢是以满足不同的加工要求,而赋予相应性能的碳素钢,所以价格高,一般不用于建筑钢结构、特定条件下的少量应用常常发生在因规格欠缺而必需的材料代用、这时于以代劣,例如以往钢网架结构中在用20号钢钢管代替3号铜钢管来解决供货。

2、低合金高强度结构钢的分类和性质

低合金高强度结构钢是指在炼钢过程中增謬一些合金元素,其总量不超过5%的钢材加入合金元素后钢材强度可明显提高,使钢结构构件的强度、刚度、稳定三个主要控制指标都能有充分发挥,尤其在大跨度或重负载结构中优点更为突出,一般可比碳素结构钢节约20%左右的用钢量。

按新版的国家标准《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-94取代GB1591-88)中规定,低合金高强度结构钢的牌号表示方法已经与碳素结构钢一致,即由代表屈服点的汉语拼音字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三个部分按顺序排列表示。钢的牌号共有Q295、Q345、0390、Q420和Q460五种,随着质量等级的变动,其化学成分和力学性能也有变化。

现行《钢结构工程施1及验收规范》(GB50205-95)中规定的钢材除碳素结构钢q235之外,还有低合金结构钢16Mn,15Mnv和桥梁用结构钢16Mnq、15Mrvu1,这些钢种都应按新的标准采用。

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3、耐大气腐蚀用钢(耐候钢)

在钢的冶炼过程中,加入少量特定的合金元素、一般指Cu、P、Cr、Ni等,使之在金属基体表面上形成保护层,以提高钢材耐大气腐蚀性能,这类钢统称为耐大气腐蚀钢或耐候钢.

我国现行生产的这类钢又分为高耐候结构钢和焊接结构用耐候钢两类

（1）高耐候结构钢

按照即将实施的国家标准GB/T4171(取代GB/4171-—1984)的规定,这类钢材适用于耐大气腐蚀的建筑结构,产晶通常在交货状态下使用,但作为焊接结构用材时,板厚应不大于16mm。

这类钢的耐候性能比焊接结构用耐候钢好,故称作高耐候性结构钢。高耐候性结构钢按化学成分分为:铜磷钢和铜磷铬镍钢两类。其牌号表示方法是由分别代表“屈服点”和“高耐候”的拼音字母Q和CNH以及屈服点的数字组成,含Cr、Ni的高耐候钢。

（2）焊接结构用耐候钢

这类候钢以保持钢材具有良好的焊接性能为特点,其适用厚度可达100mm.在新版国家标准《焊接结构用耐候钢》(GBT4172)中与上述几个标准一样,对牌号的表示和各牌号钢的化学成分和性能分别进行了改变和调整。牌号表示由代表“屈服点的字母Q和“耐候”的字母NH以及钢材的质量等级(C、D、E)顺序组成,例Q035NHC。规定共分Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q460NH四种牌号.

4、桥梁用结构钢

由于历史原因,桥梁建筑用钢一直有专用标准,其规定的内容和技术要求一般都严于建筑钢结构,在工程中万一发生材料代用,也是属于以优代劣,在使用中不存在任何疑虑。

m断梁建筑用钢原先应用的国家标准有《桥梁建筑用热轧碳素钢技术条件》(GB714-65)《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》(YB168-70)和《桥梁用结构钢》(YB(T)10-81)。现根据使用要求,有关部门正在制定新的《桥梁用结构钢》国家标准,

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5、其他建筑用材(锈钢、高强钢、不锈钢等)

除上述钢种外,建筑钢结构中偶尔也会应用以下儿种钢材

（1）铸钢件

建筑钢结构、尤其在大跨度情况下,有时需用铸钢件的支座,按设计规范(GB50017)除上述剩种外,建筑钢结构中偶尔也会应用以下儿种钢材规定,铸钢材质应符合国家标准(一般工程用铸造碳素钢》(GB576-85)规定。

（2）高强度钢

现行设计规范中建议使用的钢材强度级别为0235、Q345、Q390和Q420,对于强度更高的钢号如Q40或更高级别的钢号在国内尚未提上日程。

高强度钢往往是通过冶炼时增加更多的合金元素及热处理工艺而获得,例如目前国内应用很多的20mntib高强度螺栓用钢就是一种调质合金钢(淬火后再回火)。高强度钢当用于大跨度、特重型结构中受强度控制的构件时,有明显的节约钢材效果,例如美国在超高层钢结构建筑中,就有在底部几层承重结构中应用热处理高强度钢A514的,这种钢材的屈服强度即使板厚达60mm时,仍保持有600N/mm2,与20mmn厚的钢板一样。日本建筑结构用钢中也包括屈服强度高达460N/mm2的SM570钢种,但在建筑钢结构中这一类高强

度钢一般不会大量采用,因为除强度因素外,还需考虑钢材的工艺性能、加工费用等等.

一般来说,钢材的强度与其韧性和可焊性往往是逆向的关系,强度高则制性低、焊接性能变坏,这主要是由于合金元素含量增加的缘故。但随着轧制工艺的革新,出现了利用轧制余热的控轧工艺,控轧钢材各种性能(强度、韧性和可焊性)能同时改善,例如国外现在已能生产屈服强度高达500N/mm2、焊接性能良好的控轧H型钢。可以预测,在不久的将来,加工性能良好的高强钢也将在建筑钢结构中占有一席之地。

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