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第二章钢结构用材料
2.1 钢结构所用钢材的种类及选择方法
2.1.1 钢结构用钢种类
钢号由“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部分组成。
Q：表示“屈”字拼音首字母，表示“屈服强度”；
质量等级：分为A到E五个等级（字序越高，质量越好）；
脱氧方法：F——沸腾钢； Z——镇静钢（一般省略）； b——半镇静钢； TZ——特殊镇静钢。
注：碳素结构钢分为A、B、C、D四个等级，包括所有脱氧方法； 低合金结构钢分为五个等级：A、B、C、D、E、止镇静钢和特殊镇静钢。
如上所述，建筑结构用钢在碳素结构钢中应选用Q235，在低合金钢中应选用Q345、Q390、Q420。
(1)碳素结构钢
碳素结构钢的牌号（简称钢号）有Q195、Q235A、B、C和D、Q275。 其中Q为屈服强度Qu字的汉语拼音前缀，后跟阿拉伯字符表示屈服强度的大小，单位N/mm2，A、B、C或D等表示质量等级，D级品质最多。 末尾还有F、Z或b等符号表示脱氧方法。 从Q195到Q275钢材弹性模量，按照强度从低到高排列； 钢的强度主要取决于其中碳元素的含量，但也与其他一些元素的含量有关。 因此，钢号从低到高在很大程度上代表了含碳量从低到高。
国内钢结构建筑中次构件最常用的钢材是Q235（南方多用Q235B，北方多用Q235C）。 管）多为Q235材质，也有Q345材质，但相对较少。 次要构件，如支架、檩条支撑板等；
(2)低合金高强度结构钢
低合金高强结构钢之所以称为低合金高强结构钢，是因为在钢的冶炼过程中加入少量合金元素，使钢的强度显着提高。 Q345、Q390、Q420为钢结构设计规范规定的钢种。 符号含义与碳素结构钢牌号相同。 这三种钢包括A、B、C、D、E五个质量等级。同碳素结构钢一样，根据冲击韧性（夏比V型缺口试验）的要求区分不同的质量等级。 A类对冲击功无要求； B类要求20℃时冲击能量AKv≥34J（纵向）； C类要求0°C时冲击能量AKV≥34J（纵向）； D级要求在20°C时冲击能量AKv≥34J（纵向）（纵向）； E 级要求 40°C 冲击能量 AKv ≥ 27J（纵向）。 不同质量等级对碳、硫、磷、铝等的含量要求不同，低合金高强结构钢A、B级属于镇静钢，C、D、E级属于特殊镇静钢.
国内钢结构建筑主要受力构件多采用Q345材料（南方多用Q345B，北方多用Q345C或Q345D）。 框架（刚架）结构的梁柱、吊车梁、大跨度桁架等主要构件；
(3)高强钢丝电缆料
悬索结构和斜张拉结构的钢索、桅杆结构的钢丝绳等通常采用平行钢丝束、钢绞线和高强钢丝组成的钢丝绳。 高强度钢丝采用优质碳素钢经反复冷拔而成，分为光面钢丝和镀锌钢丝两种。
钢丝强度的主要指标是抗拉强度，其值在1570-1700 N/mm2范围内，通常不要求屈服强度。 高强钢丝的伸长率很小，至少4%，但高强钢丝（和钢缆）有一个不同于一般结构钢的特性——松弛，即在保持长度不变，延长并略微降低。
平行束由 7、19、37 或 61 根电线组成。 钢丝束中钢丝受力均匀，弹性模量接近普通受力钢材。 用于构成钢丝束的钢丝除圆形截面外，还有梯形和异形截面钢丝。
上图为平行钢丝束的横截面
上图为钢绞线
钢绞线又称单股钢丝绳，是由多根钢丝绞合而成。 钢丝绳多由7根钢丝绞合而成，以一根钢丝为芯，外侧6根钢丝同向缠绕。
上图为钢丝绳的捻制方式及截面
上图为钢丝绳
2.1.2钢材的选择
选用钢材的目的是使结构安全可靠，用料经济合理。
对于建筑结构中使用的钢材，主要有三个要求。
(1)强度更高：结构承载力大，所需截面小，结构自重轻；
(2) 塑韧性好：塑性好，不易脆断； 韧性好，有利于承受动载荷；
(3)良好的加工性能和耐久性：包括可焊性、冷弯性能和耐腐蚀性能；
根据以上要求，《钢结构设计规范》-2003推荐承重结构用钢：碳素结构钢中的Q235钢和低合金高强结构钢中的Q345、Q390、Q420钢。
选择钢材时应考虑以下因素：
(1) 结构或部件的重要性；
(2) 负载的性质（静态或动态）；
(3)连接方式(焊接、铆接或螺栓连接)；
(4)工作条件(温度和腐蚀性介质)。
对于重要结构、直接承受动载荷的结构、低温条件下的结构和焊接结构，应选用优质钢材。
钢材的质量和性能由钢材力学性能中的抗拉强度fu、屈服强度fy、延伸率δ5（δ10）、冷弯180度和冲击韧性αk以及化学成分C、S、 P等和冶炼脱氧法来测定。
一般承重结构应有fu、fy、δ5和C（≤0.22%）、S、P限值合格保证； 焊接和重要的非焊接承重结构还应有冷弯180度合格保证（C≤0.2%）； 当需要校核结构在动载作用下的疲劳强度时，应根据具体情况增加对αk的不同要求。
Q235A钢的保证项目中，含碳量、冷弯试验合格和冲击韧性值不作为必要的保证条件，仅适用于不直接承受动力作用的结构。 用于焊接结构时，质量证明书应注明含碳量不超过0.2%。
选择Q235A、B级钢时，还需要选择钢的脱氧方法。
用于连接的钢材，如焊条、自动或半自动焊用焊丝、钢螺栓等，应与主体金属的强度相适应。
2.1.3 材料规格
一般钢结构构件应直接选用型钢，这样可以减少制造工作量，降低成本。 当型钢尺寸不合适或构件很大时，用钢板制成。 型钢有热轧型材和冷弯型材两种。
(1)热轧钢板
热轧钢板按厚度分类：
(a) 薄板，厚度不大于3mm（电工钢板除外）；
(b) 中板，厚度为4-20mm；
(c) 厚板，厚度为20-60mm (d) 特厚板，厚度大于60mm。
图中钢板用在“-厚×宽×长（单位mm）”前加钢板截面的方法表示，如：-12×800×2100等。一般、钢板按标准尺寸平板交货，如2m*6m等规格；
上图为厚板、中板交货状态
上图为钢卷交货状态
(2) 热轧型钢
角钢——有等边和不等边两种。 等边角钢，用边宽和厚度来表示，例如L100×10就是腿宽为100mm，厚度为10mm的等边角钢。 对于不等边角钢，用两边的宽度和厚度表示，如L100×80×10等。
上图为角钢
槽钢——我国槽钢有两个尺寸系列，即热轧普通槽钢和热轧轻型槽钢。 前者的表述为[30a]，指的是750px的型材高度和最薄腹板厚度； 后者的表达方式如 [ 25Q ，表示轮廓高度为625px，Q是汉语拼音“光”的拼音前缀。 数量相同时，轻型由于腹板薄、翼缘宽，截面积小，回转半径大，可节省钢材，减轻自重。 不过light系列的实际产品比较少。
上图为槽钢
工字钢——与槽钢一样，也分为上述两个尺寸系列：普通型和轻型。 与槽钢一样，工字钢外型材高度的厘米为型号，普通型的腹板厚度在型号较大时分为a、b、c三种。 轻型不再按厚度划分钢材弹性模量，因为壁厚已经很薄了。 I-beam有两种表示方式如：I32c、I32Q等。
上图为工字钢，工字钢与工字钢的区别在于工字钢的翼缘是倾斜的。
H型钢和剖分T型钢——热轧H型钢分为宽翼缘H型钢（HW）、中翼缘H型钢（HM）、窄翼缘H型钢（HN）三类). H型钢型号的表示方法是先用符号HW、HM、HN表示H型钢的类别，然后加上“高（mm）×宽（mm）”，例如，截面高度为300mm，翼缘宽度为300mm的宽翼缘H型钢。 剖分T型钢也分为三大类，即：宽翼缘剖分T型钢（TW）、中翼缘剖分T型钢（TM）和窄翼缘剖分T型钢（TN）。 分体式T型钢系由相应的H型钢沿腹板中部等分而成。 其表示方法与H型钢相似。
上图为H型钢和T型钢
上图为热轧型钢截面图
(3)冷弯薄壁钢
由0.42-6mm厚的薄钢板冷弯或模压而成（如图）。 压型钢板是近年来使用的薄壁型材。 所用钢板厚度为0.4-2mm，用作轻型屋面等构件。
上图为冷弯型钢的普通断面
上图为C型钢
上图为压型钢板，用于组合混凝土楼板
上图为彩钢板，用于屋面板和墙面板
薄壁型钢的常用型式和截面几何特征见GB 50018-2002《冷弯薄壁钢结构技术规范》的附录。
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第一章钢结构概述
