建筑施工手册3-17钢结构工程.docx

17 钢结构工程17.1钢结构材料17.1.1建筑钢材的牌号1.常用建筑钢材分类钢结构工程中使用的建筑钢材的类型见图17-1。图17-1建筑钢材类型2.常用钢材牌号表示方法钢铁产品牌号表示方法（GB/T221)规定了上述主要建筑钢材牌号的表示原则。 钢材牌号可集中表明钢材的主要力学性能、冶炼工艺及内在质量等。下面对钢结构工程中 常用的建筑钢材牌号表示方法加以说明。(1)碳素结构钢碳素结构钢为碳素钢的一种，含碳量为0.05%0.70%，个别可高达0.90%，有普 通碳素结构钢与优质碳素结构钢两类。为保证其塑性、韧性及冷弯性能等，建筑钢结构工 程中，主要采用低碳钢，其含碳量一般为0.03%0.25%。1)普通碳素结构钢（GB/T 700)普通碳素结构钢又称碳素结构钢。钢结构工程常用的普通碳素结构钢牌号通常由四部 分按顺序组成：第一部分：代表屈服强度的拼音字母“Q”。第二部分：屈服强度数值（以N/mm2或MPa为单位)。第三部分(必要时）：代表质量等级的符号，用字母A、B、C、D表示，A为最 低等级，随字母顺序级别依次升高。第四部分（必要时）：代表脱氧方法的符号，“F”表示沸腾钢，“Z”表示镇静钢， “TZ”表示特殊镇静钢。牌号表示方法中，“Z”及“TZ”通常可省去不标。例如：Q235AF代表屈服强度为235N/mm2、质量等级为A级的沸腾钢。碳素结构钢（GB/T 700)规定的普通碳素钢牌号有Q195、Q215、Q235、Q275 等，其中Q195钢不设质量等级，Q215钢设A、B两等级，Q235及Q275钢设A、B、 C、D四等级。工程中应用最广泛的是Q235钢。2) 优质碳素结构钢（GB/T 699)优质碳素钢是为满足不同的加工要求，而赋予相应性能的碳素钢。其钢质纯净，杂质 少，力学性能好。根据含猛量分为普通含锰量（小于0.80%)和较高含锰量（0.80% 1.20%)两组。优质碳素结构钢牌号通常由四部分按顺序组成：第一部分：代表钢材中的平均碳含量（以万分之几计），以两位阿拉伯数字表示。第二部分（必要时）：当钢材的含锰量较高时，加锰元素符号。第三部分（必要时）：代表优质钢的冶金质量等级，优质钢不加字母，高级优质钢、 特级优质钢分别以字母、E表示。第四部分（必要时）：代表脱氧方法的符号，“F”表示沸腾钢，“b”表示半镇静钢， “Z”表示镇静钢。牌号表示方法中，“Z”通常可省去不标。例如：15Mn代表平均含碳量为0.15%的优质碳素结构钢，且该钢的含锰量较高。优质碳素结构钢的牌号较多，在钢结构工程中应用较少，在高强度螺栓中有部分 应用。(2) 低合金高强度结构钢（GB/T1591)低合金高强度结构钢是指在炼钢过程中增添了一些合金元素（其总含量不超过5%) 的钢材。同碳素结构钢相比，具有强度高、综合性能好、使用寿命长、适用范围广等优 点，尤其在大跨度或重负载结构中其优点更为突出，一般可比碳素结构钢节约20%左右 的用钢量。低合金高强度结构钢的牌号表示方法与普通碳素结构钢基本一致，即由代表屈服强度 的拼音字母“Q”、屈服强度数值、质量等级符号（A、B、C、D、E, A表示最低级别， E表示最高级别）等按顺序排列表示。对于具有厚度方向性能要求的钢板，则在上述规定 牌号后加上代表厚度方向（Z向）性能级别的符号。例如：Q345DZ15代表屈服强度为345N/_2、质量等级为D级且厚度方向性能级别 为Z15级的低合金高强度结构钢。低合金高强度结构钢的牌号共有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、 Q690八种，其中Q345、Q390、Q420均设置A、B、C、D、E五种质量等级，其余牌号 钢仅设置C、D、E三种质量等级，体现了对高强度结构钢质量上的高要求。(3) 桥梁用结构钢（GB/T714)桥梁用结构钢（GB/T714)为桥梁建筑行业的专用标准，其规定的内容和技术要 求一般都严于建筑钢结构。桥梁用结构钢牌号的表示方法也与普通碳素结构钢基本一致，即由代表屈服强度的拼 音字母“Q”、屈服强度数值、桥梁用结构钢的拼音字母“q”、质量等级符号（C、D、E) 等按顺序组成。例如：Q345qC代表屈服强度为345N/mm2、质量等级为C级的桥梁用结构钢。桥梁用钢结构的牌号有Q235q、Q345q、Q370q、Q420q四种，其中Q235q设置C、 D两种级别，Q345q、Q370q、Q420q均设置C、D、E三种质量等级。(4) 耐候结构钢（GB/T4171)耐候钢为冶炼过程中加人少量特定合金元素（一般指Cu、P、Cr、Ni等），使之在金 属基体表面上形成保护层，以提高钢材的耐腐蚀性能的钢种。包括高耐候结构钢和焊接用 耐候钢两种。耐候结构钢的牌号由代表屈服强度的拼音字母“Q”、屈服强度数值、“高耐候”或 “耐候”的拼音字母“GNH”或“NH”、质量等级符号（A、B、C、D、E)等按顺序 组成。例如：Q355GNHC代表屈服强度为355N/mm2、质量等级为C级的高耐候结构钢。高耐候结构钢牌号有：Q295GNH、Q355GNH、Q265GNH、Q310GNH等；焊接用 耐候钢牌号有：Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q415NH、Q460NH, Q500NH、 Q550NH 等。(5) 建筑结构用钢板（GB/T19879)建筑结构用钢板主要适用于高层建筑结构、大跨度结构及其他重要建筑结构。除此以 外的一般建筑结构形式，由于对钢材性能要求并不突出，钢铁产品的通用标准一般已能满 足要求。建筑结构用钢板由代表屈服强度的拼音字母“Q”、屈服强度数值、代表髙性能建筑 结构用钢的拼音字母“GJ”、质量等级符号（B、C、D、E)等按顺序组成。对于具有厚 度方向性能要求的钢板，则在上述规定牌号后加上代表厚度方向（Z向）性能级别的 符号。例如：Q345GJCZ25代表屈服强度为345N/mm2、质量等级为C级且厚度方向性能级 别为Z25级的建筑结构用钢板。建筑结构用钢板牌号有Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ、Q420GJ、Q460GJ五种，其中 Q235GJ、Q345GJ钢设有B、C、D、E四种质量等级，其余牌号钢仅设C、D、E三种质 量等级。(6) 其他铸钢（GB/T 11352)。建筑钢结构，尤其在大跨度情况下，支座及构造复杂的节点，有时会采用铸钢。铸钢牌号由代表铸钢的拼音字母“ZG”、该牌号铸钢的屈服强度最低值、该牌号铸钢 的抗拉强度最低值三部分按顺序组成，并在两数值之间用隔开。例如：ZG230-450代表最低屈服强度、最低抗拉强度分别为230N/mm2、450N/mm2 的铸钢。一般工程用铸钢牌号有：ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340- 640 等。3.国内外常用牌号钢材对照目前，国内部分大型钢结构工程采用国外进口钢材，表17-1为国内外常用建筑结构 钢材的牌号对照。国内外常用建筑结构钢材的牌号对照.表17-1品名中国GB美国ASTM日本JIS德国 DIN、DIN 英国 BS、BS 法国 NFA、NF 国际标准化 组织IS0630牌 号普通碳素 结构钢Q215AGr. CGr. 58SS330SPHC04012Q235AGr. DSS400SM400A08015E235BQ235BGr. DSS400SM400AS235JRS235JRG1S235JRG2S235JRS235JRG1S235JRG2S235JRS235JRG1S235JRG2E235BQ255ASS400SM400AQ275SS490E275A优质碳素 结构钢151015S15CS17CCK15Fe360B0815XC12Fe306BC15E4201020S20CS22CC22IC22C2215Mn101908015低合金高 强度结构钢Q345CGr. 50 Gr. A Gr. C，Gr. DA808MSPPC590S335J0S335J0S335J0E355DDQ345EType7 Gr. 50SPPC590S355NLS355MLS355NLS355MLS355NLS355MLE355EE355DDQ420BGr. 60 Gr. ESEV295SEV345S420NLS420MLS420NLS420MLS420NLS420MLS420CE420CCQ420CGr. B Type7SEV295SEV345S420NLS420MLS420NLS420MLS420NLS420MLHS420DE420DDQ460DGr. 65SM570SMA570WSMA570PS460NLS460MLS460NLS460MLS460NLS460MLE460DDF460E17.1. 2常用钢材的化学成分和机械性能17.1.2.1钢材的化学成分1.碳素结构钢及低合金高强度结构钢表17-2为常用碳素结构钢的化学成分（GB/T 700)，表17-3为常用低合金高强度结 构钢的化学成分（GB/T1591)。常用碳素结构钢的化学成分（熔炼分析）表17-2牌号统一代号等级化学成分（质量分数,)，不大于脱氧方法CSiPSQ215U12152A0. 150. 351. 200. 0450. 050U12155B0. 045 s U12352A0. 220. 0450. 050Q235U12355B0. 200. 351.40. 045 U12358C0. 170. 0400. 040U12359D0. 0350. 035U12752A0. 240. 0450. 050F、Q275U12755B(0.21 0. 22)0. 351.500. 045U12758C0. 200. 0400. 040U12759D0. 0350. 035表中为镇静钢、特殊镇静钢牌号的统一数字，沸腾钢牌号的统一数字代号如下:Q195FU11950； Q215AFU12150, Q215BFU12153； Q235AFU12350, Q235BFU12353； Q275AFU12750。经需方同意，Q235B的碳含量可不大于0.22%。当钢材的厚度（或直径）不大于40mm时，碳含量不大于0.21%;当钢材的厚度（或直径）大于40mm时, 碳含量不大于0.22%。常用低合金高强度结构钢的化学成分（熔炼分析）表17-3化学成分 (质量分数，)牌号顷重等级SiMnPSNbVTiCrNiCuNMoBAis不大于不小于A 0. 200. 0350. 035B 0. 501. 700. 0350. 035Q345C0.0300.0300. 070. 150. 200. 300. 500. 300.0120.10D0. 0300.0250. 015E0.180. 0250. 020A0. 0350. 035B 0. 20 0. 501. 700. 0350. 035Q390C0.0300. 0300. 070. 200. 200. 300. 500. 300.0150.10D0. 0300.0250. 015E0. 0250. 020A0. 0350. 035B 0. 20 0. 50 1. 700. 0350. 035Q420C0. 0300. 0300. 070. 200. 200. 300. 800. 300.0150. 20D0. 0300.0250. 015E0. 0250. 020C 0. 20 0. 60 1. 800. 0300. 030Q460D0.0300. 0250. 110. 200. 200. 300. 800. 550.0150. 200. 0040.015E0.0250. 020型材及棒材P、S含量可提高0.005%,其中A级钢上限可为0.045%。当细化晶粒元素组合加入时，20(Nb+V+Ti)0. 22%，20(Mo+Cr)0_30%。 2.建筑结构用钢板根据建筑结构用钢板（GB/T 19879)，建筑结构用钢板的化学成分见表17-4。建筑结构用钢板的化学成分表17-4牌号质量厚度化学成分（质量分数，)等级(mm)CSiSVNbTiAisCrCuNiB0. 200. 025Q235GJC60. 350. 60D1000. 181 200. 0200.0190.300. 300, 30EB0. 200. 025Q345GJC60. 551. 600. 0150. 0200. 0150.010D1000. 180. 0200. 1500. 0600. 0300. 0150. 300. 300. 30EC6 1000. 200.0150. 30 0. 300.70Q390GJD0. 180. 551.600. 0200. 015EC6- 1000. 200. 0150.400. 300. 70Q420GJD0. 180. 551. 600. 0200.015EC6 1000. 200.0150. 40 0. 300. 70Q460GJD0. 180. 551.600. 0200. 015E17.1.2.2 钢材的机械性能1.碳素结构钢及低合金高强度结构钢表17-5为常用碳素结构钢的抗拉强度、冲击韧性等机械性能，表17-6为常用低合金 高强度结构钢的机械性能。常用碳素结构钢的机械性能表17-5质量等级屈服强度i?cH (N/mm2),不小于抗拉断后伸长率A (%),不小于冲击试验 (V型缺口）牌号厚度（或直径，mm)强度-Rm(N/mm2)厚度（或直径，_)冲击吸收1640406060100100150150200406060100100150150200温度CC)功（纵 向，J)， 不小于Q215A2152051951851751653353130292726B4502027AQ235B235225215215195185370262524222120C500027D20AQ275B275265255245225215410222120181720C540027D-20厚度大于100mm的钢材，抗拉强度下限允许降低20N/mm2。宽带钢（包括剪切钢板）抗拉强度上限不作为交 货条件。厚度小于25mm的Q235B级钢材，如供方能保证冲击吸收值合格，经需方同意，可不作检验。弯曲试验拉伸试验夏比（V型）冲击试验180弯曲试验 以=弯心直径， 试样厚 度（直径)】以下公称厚度 (直径，边长） 下抗拉强度 (MPa)冲击吸收能量 KV2 (J)断后伸长率A (%)量等级牌号m方向公称厚度（直径，边长）公称厚度 (直径，边长）钢材厚度 (直径，边长）以下公称厚度（直径，边长） 下屈服强度i?eL (MPa)1640mm40638015010020025015025040100250400mm15012150mm250400mm150250mm16100mm16mm150mm40mm63mm80mm100mm150mm200mm250mm250mm150mm250mm400mm400mm100mm16mm191817宽度不小于600mm的扁平材，拉伸试验取横向试样。宽度小于600mm的扁平材、型材及棒材取纵向m200-20-40450630345325305Q3453352752653427450600201819DY17272047065039035033031020191837033034-202h3h-407. 1倉雒甚耸本 44920500680420400380360340191818360D-20-40460420Q46044040040038016171634-20E当屈服不明显时，可测量i?p0.2代替下屈服强度。宽度不小于_mm的扁平材，拉伸试验取横向试样；宽度小于600mm的的扁平材、型材及棒材取纵向试样，断后伸长率最小值相应提高1% (绝对值)。厚度250400mm的数值适用于扁平枋。冲击试验取纵向试样。450600530720265Q420Q390-402.建筑结构用钢板建筑结构用钢板的机械性能见表17-7。建筑结构用钢板的机械性能表17-7屈服强度尺H (N/mm2)抗拉强度 Rm伸长率(%)冲击功 (纵向） Akv (J)180弯曲试验 弯心直径 试样厚度屈强比牌号质量等级钢板厚度（mm)RgH/Rm61616 353550(N/mm2)温度钢板厚度（mm)50100CC)16B20Q235GJC23523522521540023034d 2(2d, 3 20. 80D355345335510-20E40B20Q345GJC34534533532549022034d=2iUd=3a0.83D460455445610-20E-40C0Q390GJD39039051038050037049049065020-2034d=2ad=Zci0. 85E40C0Q420GJD420420 550410 540400 530520 68019-2034ii2d=Za0. 85E40C0Q460GJD460460 600450 590440 580550 72017-2034d=2ad = 3a0. 85E40注：1.拉伸试样采用系数为5. 65的比例试样;2.伸长率按有关标准进行换算时，表中伸长率A=17%,与4 = 20%相当。17.1.3建筑钢材的选择与代用17.1.3.1结构钢材的选择为保证结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，结构钢材的选用应根据结 构的重要性、荷载特性、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综 合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。表17-8为结构钢材的一般选用原则。结构钢材的选用原则表17-8结构受力情况结构类型工作温度了选用钢材焊接结构非焊接结构特重级和重级工作制吊车 梁，重级和中级工作制吊车T20C 0UCQ235-CQ390-DQ345-CQ420-DQ235-R F Q345-B直接者，以及吊车起重量Q50t 的中级工作制吊车梁70CQ235-BQ390-BQ345-BQ420-BQ390-BQ420-B承受动力荷载吊车起重量Q50t的轻级 工作制吊车桁架，跨度 24m、Q50t的中级工作制 吊车梁（或轻级工作制吊车 桁架）以及其他跨度较大的 类似结构T-2(TC Q235-BQ390-CQ345-BQ420-CQ235-A. F Q345-A结构不需要计 算疲劳的 结构70CQ235-B. F Q390-BQ345-BQ420-BQ390-AQ420-AL24m、Q50t 的中级 工作制吊车梁（或轻级工作 制吊车桁架）、轻级工作制吊T 20VQ235-B. F Q390-BQ345-BQ420-BQ390-A Q420-A厚度大于 16mm 的重 要的受拉和 受弯杆件张拉结构的拉杆、大跨度 屋盖结构、塔桅结构、高烟 囱、跨度L30m的屋架 (屋面梁）、桁架和 的托架（托梁），高层建筑的T20VQ235-BQ390-BQ345-BQ420-BQ235-A. F Q345-A Q390-A Q420-A主要的或大、中型单层厂房，多层 建筑的框架结构，髙大的支 架，跨度不大的桁架，楼、 屋盖梁，重型平台梁，贮仓、 漏斗，贮罐以及柱间支撑等r30CQ235-B. F Q345-A Q390-A Q345-B Q390-B Q420-A Q420-BQ345-AQ390-AQ420-A结构一般承重小型建筑的承重骨架、大 窗、檩条，柱间支撑，支柱， 一般支架等r-30CQ235-B. F Q345-AQ345-A辅助结构辅助结构，如墙架结构、 一般工作平台、过道平台、 楼梯、栏杆、支撑以及由构 造决定的其他次要构件r-30CQ235-B. F注：1.在T_20C的寒冷地区，为提高抗脆能力，表中对某些构件适当提高了钢材的质量等级，.如不需要验算 疲劳的跨度较大的非焊接吊车梁和受静载的主要用于一般承重结构中的低合金高强度结构钢；2. 表中钢号标有两个质量等级处表示当有条件时宜采用较高的质量等级；3. 对A8级吊车的吊车梁可采用桥梁用结构钢；4. 在髙烈度地震区的钢结构或类似结构可视具体情况适当提高钢材的质量等级。17.1.3.2对钢材性能的要求钢结构设计规范（GB 50017)规定：(1) 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢，其质量应分别 符合碳素结构钢（GB/T 700)和低合金高强度结构钢（GB/T 1591)的规定。采 用其他牌号钢材时，尚应符合相关标准的规定和要求。(2) 承重结构采用的钢材应具有抗拉强度，伸长率，屈服强度和硫、磷含量的合格证 明，对于焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构 采用的钢材应具有冷弯试验的合格保证。(3) 对于需要验算疲劳的焊接结构钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工 作温度不高于0但高于一20时，Q235钢和Q345钢应具有0C冲击韧性的合格保证； 对Q390钢和Q420钢应具有一 20C的冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于 20时，对Q235钢和Q345钢应具有一20冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420 钢应具有一 40 C的冲击韧性的合格保证。(4) 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。当结 构工作温度不高于一20C时，对Q235钢和Q345钢应具有0C冲击韧性的合格保证；对 Q390钢和Q420钢应具有一20C的冲击韧性的合格保证。(5) 钢铸件采用的铸钢材质应符合一般工程用铸造碳钢件（GB/T11352)的 规定。(6) 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合厚度 方向性能钢板（GB/T5313)的规定。(7) 对采用外露环境，且对耐腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性气态和固态介质作用下的 承重结构，宜采用耐候钢，其质量要求应符合耐候结构钢（GB/T4171)的规定。高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ 99)规定：(1) 高层建筑钢结构的钢材，宜采用Q235等级为B、C、D的碳素结构钢，以及 Q345等级为B、C、D、E的低合金高强度结构钢。其质量标准应分别符合碳素结构 钢（GB/T 700)和低合金高强度结构钢（GB/T1591)的规定。当有可靠根据时， 可采用其他牌号的钢材。(2) 承重结构的钢材应保证抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验、冲击韧性合格和 硫、磷含量符合限值。对焊接结构尚应保证碳含量符合限值。(3) 抗震结构钢材的强屈比不应小于1.2;应有明显的屈服台阶；伸长率应大于 20%；应有良好的可焊性。(4) 承重结构处于外露情况和低温环境时，其钢材性能尚应符合耐大气腐蚀和避免低 温冷脆的要求。(5) 采用焊接连接的节点，当板厚等于或大于50mm，并承受沿板厚方向的拉力作用 时，应按厚度方向性能钢板（GB/T5313)的规定附加板厚方向的断面收缩率，并不 得小于该标准Z15级规定的允许值。(6) 高层建筑钢结构采用的钢材强度设计值，按高层民用建筑钢结构技术规程 (JGJ 99)的规定采用。(7) 钢材的物理性能，应按钢结构设计规范（GB50017)的规定采用。高层建筑 钢结构的设计和钢材订货文件中，应注明所采用钢材的牌号、等级和对Z向性能的附加 保证要求。17.1. 3. 3钢材的代用和变通办法钢结构应按照上述17. 1. 3. 1及17. 1. 3. 2的要求选择钢材的牌号，并提出对钢材的性 能要求，施工单位不可随意更改或代用。因钢材规格供应短缺或其他原因必须代用时，必 须与设计单位共同研究确定，并办理书面代用手续后方可实施代用，以下为钢材代用的一 般原则。(1) 以高强度钢代替低强度钢时，应力求经济合理，并应综合考察代用钢材的性能， 如塑性、韧性、可焊性等，是否满足要求。(2) 低强度钢原则上不可代替髙强度钢。必须代用时，需重新计算确定钢材的材质和 规格，并须经原设计单位同意。(3) 钢材机械性能所需的保证项目仅有一项不合格者，可按以下原则处理：1) A级普通碳素结构钢当冷弯性能合格时，抗拉强度的上限值可以不作为交货条件。2) 普通碳素结构钢、低合金高强度结构钢及建筑结构用钢板冲击功值按一组3个 试样单值的算术平均值计算，允许其中1个试样单值低于规定值，但不得低于规定值的 70%。否则，可以从同一抽样产品上再取3个试样进行试验，先后6个试样的平均值不 得低于规定值，允许有2个试样低于规定值，但其中低于规定值70%的试样只允许有 1个。3) 耐候结构钢冲击功值按一组3个试样单值的算术平均值计算，允许其中1个试样 单值低于规定值，但不得低于规定值的70%。17.1.4钢材的验收与堆放17.1.4.1 钢材的验收为实现从源头上控制钢结构工程的质量，必须严格执行钢材的验收制度，以下为钢材 验收的主要内容：(1) 核对钢材的名称、规格、型号、材质、钢材的制造标准、数量等是否与采购单、 合同等相符。(2) 核对钢材的质量保证书是否与钢材上打印的记号相符。根据碳素结构钢 (GB/T 700)、低合金高强度结构钢（GB/T1591)、建筑结构用钢板（GB/T 19879) 及本章17. 1.2中的规定等核査钢材的炉号、钢号、化学成分及机械性能等。关于钢材的 化学成分,钢的成品化学成分允许偏差（GB/T 222)允许其与规定的标准数值有一定 偏差，见表17-9。钢材化学成分允许偏差（)表17-9元素规定化学成分上限值允许偏差上偏差下偏差0.550. 040. 04续表元素规定化学成分上限值允许偏差上偏差下偏差0.801. 700.060.06Si0. 370.050. 05S0. 050. 350. 02