第六章 鋼結(jié)構(gòu)
鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用
用H型鋼、工字鋼、槽鋼、角鋼等熱軋型鋼和鋼板組成的以及用冷彎薄壁型鋼制成的承重構(gòu)件或承重結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為鋼結(jié)構(gòu)，如鋼梁、鋼屋架、鋼框架、鋼網(wǎng)架、鋼塔架等都是最常見的鋼結(jié)構(gòu)。
一、鋼結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用
最為廣泛的混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有如下一些主要特點：
(l)強度高，重量輕。由于鋼材的強密比(強度與質(zhì)量密度之比值)較鋼筋混凝土大近7倍，因此在相同承載力下，以鋼構(gòu)件的截面為小，重量為輕。例如，在跨度和荷載相同的條件下，鋼屋架的重量約為鋼筋混凝土屋架的1/3一1/4。由此帶來的優(yōu)點是：便于構(gòu)件的運輸和吊裝，基礎(chǔ)和地基處理的費用與工程量也可大大減少。
(2)質(zhì)地均勻，各向同性。鋼材的這個性質(zhì)符合結(jié)構(gòu)計算時通常所作的假定，因而鋼結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果與其實際情況最為相符，計算可靠;鋼材的彈性模量較大，結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形就較小;鋼材有良好的塑性性能，可自動調(diào)節(jié)構(gòu)件中可能出現(xiàn)的局部應(yīng)力高峰，且結(jié)構(gòu)在破壞前一般都會產(chǎn)生顯著的變形，事故有預(yù)告，可及時防患;鋼材還具有良好的韌性，對承受動力荷載適應(yīng)性強。鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好。
(3)施工質(zhì)量好，且工期短。鋼結(jié)構(gòu)一般都在專業(yè)工廠由機械化生產(chǎn)制造，而后運至工地現(xiàn)場安裝，工業(yè)化生產(chǎn)程度高，質(zhì)量容易監(jiān)控和保證。工地占地面積少和環(huán)境污染少，適于都市市區(qū)建造。工期短，效益好。
(4)密閉性好。
(5)用螺栓連接的鋼結(jié)構(gòu)，可裝拆，適用于移動性結(jié)構(gòu)。
由于以上特點，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍極廣，有些情況下無法用其他建筑材料的結(jié)構(gòu)代替。
二、鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的注意點在選用鋼結(jié)構(gòu)后要注意以下幾個方面：
(1)防腐。鋼材的耐腐蝕性較差，因而需采取防腐措施，我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對鋼結(jié)構(gòu)的防護作了如下規(guī)定：“鋼結(jié)構(gòu)除必須采取防銹措施(除銹后涂以油漆或金屬鍍層等)外，尚應(yīng)在構(gòu)造上盡量避免出現(xiàn)難于檢查、清刷和油漆之處以及能積留濕氣和大量灰塵的死角或凹槽。閉口截面構(gòu)件應(yīng)沿全長和端部焊接封閉。“鋼結(jié)構(gòu)防銹和防腐蝕采用的涂料、鋼材表面的除銹等級以及防腐蝕對鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求等應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》(GB 50046)和《涂裝前鋼材表面銹蝕和除銹等級》(GB 8923)的規(guī)定。在設(shè)計文件中應(yīng)注明所要求的鋼材除銹等級和涂料(或鍍層)及涂(鍍)層厚度。”
(2)防火。鋼結(jié)構(gòu)有一定的耐熱性但不防火，當其溫度到達450℃—650℃時，強度下降極快，在600℃時已不能承重，只有在200℃以下時鋼材的性質(zhì)變化不大。因此鋼結(jié)構(gòu)當表面長期受輻射熱≥150℃或在短期內(nèi)可能受到火焰作用時，應(yīng)采取有效的防護措施。
(3)防失穩(wěn)。由于鋼材強度大、構(gòu)件截面小、厚度薄，因而在壓力和彎矩等作用下帶來了構(gòu)件甚至整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題。在設(shè)計中考慮如何防止結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失穩(wěn)，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要特點。
(4)防脆斷。前面介紹鋼結(jié)構(gòu)的特點中曾言及鋼材具有良好的塑性性能，但要注意這只是一個方面。當鋼材處于復(fù)雜受力狀態(tài)且為承受三向或二向同號應(yīng)力時，當鋼材處于低溫工作條件下或受有較大應(yīng)力集中時，鋼材均會由塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈裕a(chǎn)生突然的脆性破壞，這是很危險的。因此設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時如何防止鋼材的脆性破壞又是一個必須重視的問題。
鋼結(jié)構(gòu)的材料及其性能
一、鋼材的五個力學(xué)性能指標
為使所設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)滿足承載能力和正常使用要求，我國新規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50017-2003)(以下簡稱規(guī)范)提出了對承重結(jié)構(gòu)鋼材的質(zhì)量要求，包括五個力學(xué)性能指標和碳、硫、磷的含量要求。這五個力學(xué)性能指標是抗拉強度、伸長率、屈服強度、冷彎試驗(性能)和沖擊韌性。
抗拉強度fu，是鋼材抵抗被拉斷的性能指標，同時還能反映鋼材內(nèi)部組織的優(yōu)劣，并與鋼材的疲勞強度大小密切相關(guān)。
伸長率δ(δ5或δ10)，是衡量鋼材塑性性能的一個指標，鋼材的塑性性能能使應(yīng)力集中處的應(yīng)力高峰平緩，使該截面處的應(yīng)力分布趨向均勻，能減少鋼材脆性斷裂的危險和易于冷加工。δ5或δ10分別是由短試件和長試件求得的伸長率，對同一鋼材由短試件求得的δ5應(yīng)大于長試件求得的δ10。
屈服強度fy，是確定鋼材強度設(shè)計值的主要指標。
冷彎試驗(性能)合格，是衡量鋼材塑性的指標，同時也是衡量鋼材質(zhì)量的一個綜合性指標。
沖擊韌性AKV，也叫做缺口韌性，是衡量鋼材突然斷裂時所吸收的功的指標，其值隨金屬組織和結(jié)晶狀態(tài)的改變而急劇地變化。鋼中的非金屬夾雜物、帶狀組織、脫氧不良等都影響鋼材的沖擊韌性。必須注意的是：鋼材的沖擊韌性隨溫度而不同，低溫時沖擊韌性將明顯降低。沖擊韌性是鋼材在沖擊荷載或三軸向應(yīng)力下具有可靠性的保證。
二、影響鋼材性能的主要因素
鋼的種類極多，依照用途不同而有不同的性能。用以建造鋼結(jié)構(gòu)的稱為結(jié)構(gòu)鋼，它必須同時具有較高的強度、塑性和韌性，還必須具有良好的加工性能，對焊接結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證其可焊性(即在一定的焊接工藝條件下焊接后，焊縫金屬和近焊縫區(qū)的鋼材不產(chǎn)生裂紋，施焊后焊縫的力學(xué)性能不低于焊接母材的力學(xué)性能)。強度高，可減小結(jié)構(gòu)的截面積而節(jié)省鋼材。塑性、韌性好可保證結(jié)構(gòu)的安全，減少結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆斷的危險性。結(jié)構(gòu)鋼主要有兩類，一是碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼，另一是低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(合金成分低于5%時稱為低合金鋼)。
影響鋼材性能的因素較多，主要是鋼的化學(xué)成分的影響和生產(chǎn)過程不同的影響。
1.化學(xué)成分的影響
(1)碳素鋼主要是鐵和碳的合金。鋼因含碳量不同而區(qū)分為低碳鋼(C<0.25%)、中碳鋼(C=0.25%～0.60%)和高碳鋼(C=0.60%～1.7%)。碳的含量愈高，鋼的強度也愈高，但其塑性、韌性和可焊性卻顯著降低，因而用作建造鋼結(jié)構(gòu)材料的只能是低碳鋼，要求C≤0.22%。對焊接結(jié)構(gòu)，為了使其有良好的可焊性，通常須限制C≤0.20%。
(2)為了得到較Q235鋼更高的強度，可在低碳鋼的基礎(chǔ)上冶煉時加入為提高鋼材強度的合金元素如錳、釩等，得到低合金鋼。加入適量的合金成分后，可提高強度又不損害塑性與韌性。這與碳素鋼依靠增加碳的含量而提高強度完全不同。
(3)鋼中除鐵與碳及有意加入的合金元素之外，尚含有少量的其他元素如錳、硅、硫及磷等，此外，也還可能存在鋼冶煉過程中不易除盡的氧、氮和氫等。
錳對鋼是有益元素，是鋼液的弱脫氧劑。含適量的錳，可提高鋼的強度同時不影響鋼的塑性和沖擊韌性。
硅對鋼也是一種有益元素，是鋼液的強脫氧劑。鋼中含適量的硅，可提高鋼的強度而不影響其塑性、韌性和可焊性。在低碳鋼中其含量應(yīng)為Si≤0.30寫，在低合金鋼中應(yīng)為Si=0.20%～0.55%。
硫和磷都是鋼中的有害雜質(zhì)。含硫量增大，會降低鋼的塑性、沖擊韌性、疲勞強度和抗銹性等;當對鋼材進行軋制等熱加工或電焊時，會使鋼內(nèi)形成微小裂紋，稱為“熱脆”。磷的存在雖可提高鋼的強度和抗銹性，但會降低鋼的塑性、沖擊韌性、冷彎性能和可焊性等。特別是磷能使鋼材在低溫時變脆，稱為“冷脆”。因此，規(guī)范中規(guī)定承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有硫和磷含量的合格保證。
氧、氮和氫也都是有害雜質(zhì)。氧與硫一樣會使鋼熱脆，氮則與磷相似會使鋼冷脆，氫能使鋼產(chǎn)生裂紋。
2.生產(chǎn)過程對鋼材性能的影響
生產(chǎn)過程的影響包括冶煉時的爐種、澆注前的脫氧和熱軋等的影響。
我國目前鋼結(jié)構(gòu)用的鋼材，主要是由平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉而成，現(xiàn)在這兩種冶煉方法煉制的鋼的質(zhì)量大致相當，可以同樣看待。
澆注鋼錠時在爐中或盛鋼桶中加入脫氧劑以消除氧，可大大改善鋼材的質(zhì)量。因脫氧程度不同，鋼可分成沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼四類。沸騰鋼采用錳作為脫氧劑，脫氧不完全，其沖擊韌性較低和脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，抵抗冷脆性能差，抗疲勞性能也較鎮(zhèn)靜鋼為差，但沸騰鋼的強度和塑性(例如屈服點和伸長率)并不比鎮(zhèn)靜鋼低多少(特別是薄鋼板)。
鎮(zhèn)靜鋼除采用錳外另增加一定數(shù)量的硅作為脫氧劑，脫氧充分，因而材質(zhì)好，但成本高于沸騰鋼。
半鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度介于沸騰鋼與鎮(zhèn)靜鋼之間，故名半鎮(zhèn)靜鋼。鋼材的質(zhì)量比沸騰鋼好，價格則較鎮(zhèn)靜鋼便宜，但我國目前生產(chǎn)不是最多。
特殊鎮(zhèn)靜鋼采用硅脫氧后再用更強的脫氧劑鋁補充脫氧，因而脫氧徹底，質(zhì)量最好，其沖擊韌性特別是低溫沖擊韌性都較高。
目前因軋制鋼材的鋼坯推廣采用連續(xù)鑄錠法生產(chǎn)，鋼材必然為鎮(zhèn)靜鋼。因而鎮(zhèn)靜鋼的應(yīng)用已大大增多。
我國的鋼材大都是熱軋型鋼和熱軋鋼板。鋼材熱軋成型，同時也可細化鋼的晶粒使組織緊密，原存在于鋼錠內(nèi)的一些微觀缺陷如小氣泡和裂紋等經(jīng)過多次輥軋而彌合，改進了鋼的質(zhì)量，如圖6-1所示。因而薄型材和薄鋼板的屈服點和伸長率等就大于厚材，即鋼材的屈服點和伸長率隨厚度不同而變化。
上面簡單說明影響鋼材力學(xué)性能的主要因素，只是涉及鋼材在出鋼廠以前的有關(guān)因素。鋼材出鋼廠以后，在制造和使用時還會有許多因素影響鋼的力學(xué)性能，例如下面將介紹的鋼在冷加工時發(fā)生的應(yīng)變硬化和時效硬化。
3.鋼材的硬化
鋼材的硬化包括冷加工硬化(應(yīng)變硬化)和時效硬化。
鋼材經(jīng)冷拉、冷彎等冷加工而產(chǎn)生塑性變形，卸荷后重新加荷，可使鋼材的屈服點得到提高，但鋼材的塑性和韌性卻大大降低，這種現(xiàn)象稱為冷加工硬化或應(yīng)變硬化。在鋼結(jié)構(gòu)中由于對鋼材的塑性和韌性要求較高，因此一般不利用這現(xiàn)象以提高鋼材的屈服點。
時效硬化是指隨時間的增長鋼材強度提高而塑性和沖擊韌性降低的現(xiàn)象。這也是一個對鋼結(jié)構(gòu)的不利因素。時效過程可長達幾年，但如在塑性變形后對鋼材加熱到200——300℃，可使時效在幾小時內(nèi)完成，這稱為人工時效。有些重要結(jié)構(gòu)常需進行人工時效，然后再測定其沖擊韌性，以保證鋼材長期具有較好的韌性。
三、鋼材的脆性斷裂(冷脆)
鋼材在一般情況下是彈塑性材料，但特殊條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈圆牧希蚨摬牡钠茐目蓞^(qū)分為塑性破壞和脆性破壞兩種方式，脆性斷裂只發(fā)生在承受拉伸時。鋼材拉伸時的塑性破壞特征是：
(1)破壞前有較大的塑性變形，有明顯的頸縮現(xiàn)象，因而易及時發(fā)現(xiàn)，危險性小。
(2)構(gòu)件斷裂發(fā)生在應(yīng)力到達鋼材的抗拉強度fu時。
脆性破壞特征是：
(1)破壞前的變形很小，破壞系突然發(fā)生，事先無警告，因而危險性大。
(2)破壞時的應(yīng)力常小于鋼材的屈服點fy。
(3)斷口平直，呈有光澤的晶粒狀。
影響鋼材脆斷的因素主要有下列幾種：①鋼材的質(zhì)量;②鋼板的厚度;③加荷的速度;④應(yīng)力的性質(zhì)(拉、彎等)和大小;⑤最低使用溫度;⑥連接的方法(焊接);⑦應(yīng)力集中程度等。
鋼材的斷裂，來源于早已存在于鋼材的一些微小裂紋。因此，要防止脆性斷裂，就應(yīng)盡量設(shè)法消除或減少鋼材中的微裂紋。從事故的分析中，還可看到事故都是在低溫下發(fā)生，溫度愈低，愈易脆斷，而且大多數(shù)是焊接結(jié)構(gòu)。焊接裂紋是鋼材中存在微裂紋的重要原因。因此對低溫地區(qū)的焊接結(jié)構(gòu)要特別注意。
下面列舉防止鋼材脆斷的一些措施：
(1)對低溫地區(qū)的焊接結(jié)構(gòu)要注意選用質(zhì)量等級較高的鋼材。
(2)對焊接結(jié)構(gòu)特別是低溫地區(qū)，設(shè)計時要注意焊縫的正確布置和施焊時注意焊縫的質(zhì)量。
(3)力求避免應(yīng)力集中。當構(gòu)件的截面發(fā)生急劇改變，則該處將產(chǎn)生應(yīng)力高峰，此現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中，舉例如下：圖6-2(a)表示承受均勻拉力的一鋼板當板中部有一圓孔時板內(nèi)的應(yīng)力分布情況。在遠離圓孔的截面1-1處，板中應(yīng)力線基本相互平行，截面上的應(yīng)力均勻分布，如圖6-2(b)所示。當各種不利因素集中在一起，如應(yīng)力集中程度較高，地處低溫地區(qū)及材質(zhì)又較差時，應(yīng)力集中就將是造成脆性斷裂的因素之一。
(4)結(jié)構(gòu)在使用時應(yīng)避免使其突然受力，要使加荷的速度不致過大。加荷速度愈大，脆斷的可能性也愈大。減小荷載的沖擊和降低應(yīng)力水平，也是防止鋼材脆性斷裂的一個措施。
四、鋼材的層狀撕裂
鋼材的層狀撕裂也是一種脆性斷裂，主要發(fā)生在厚板中，是近30多年才引起注意的一種鋼材破壞形式。鋼材軋制時，在順軋制方向的材質(zhì)最強，橫軋制方向略次，而在厚度方向為最差(厚板在厚度方向常起層狀)。當鋼材在厚度方向產(chǎn)生應(yīng)變而變形又不受約束時，將使板彎曲如圖6-3(a)所示;當變形受到約束時如厚板連接，就有可能在厚板中產(chǎn)生層狀撕裂，如圖6-3(b)所示。圖中沿板厚度方向的應(yīng)變是由于焊縫冷卻時的橫向收縮所引起。
要避免層狀撕裂，焊縫的正確布置極為重要。圖6-4給出了由兩塊鋼板組成的兩個角結(jié)點的兩種焊縫布置。圖6-4(a)、(c)的布置形式，易使鋼板產(chǎn)生層狀撕裂。改成圖6-4(bd)所示的形式后就不易產(chǎn)生層狀撕裂。
在高層建筑的梁、柱剛性焊接連接中，在負彎矩產(chǎn)生的拉力作用下，梁上翼緣水平處的H形截面柱翼緣厚鋼板上將產(chǎn)生沿厚度方向的拉力作用而易發(fā)生層狀撕裂。在此情況下，當鋼板厚度大于40mm時，宜采用在厚度方向有抗層狀撕裂性能的Z向鋼板。這種鋼板的我國國家標準是《厚度方向性能鋼板》(GB/T 5313)，適用于厚度為15-150mm、屈服點不大于500N/mm2的鎮(zhèn)靜鋼鋼板。鋼板的抗層狀撕裂性能采用厚度方向的拉力試驗的斷面收縮率大小來評定。
五、鋼材的牌號和選用
規(guī)范推薦的承重結(jié)構(gòu)用鋼材主要是碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼兩類，包括Q235、Q345、Q390和Q420四種，各有國家標準對其牌號的表示方法和技術(shù)條件等作出規(guī)定。
1.鋼材的牌號與質(zhì)量等級
對應(yīng)用較廣的碳素結(jié)構(gòu)鋼，我國的現(xiàn)行國家標準是GB/T 700-2006，其中的一些主要規(guī)定介紹如下。
(1)牌號的表示方法。以Q235鋼為例，其牌號的完整表示方法為：
Q235——質(zhì)量等級符號·脫氧方法符號
質(zhì)量等級分A、B、C、D四級，依次以A級質(zhì)量較差，D級質(zhì)量最高。脫氧方法符號為F、b、Z和TZ，分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，但在牌號表示方法中，Z和TZ的符號可以省略。
(2)鋼材的質(zhì)量等級不同，其化學(xué)成分、脫氧要求和沖擊韌性要求將有所不同，但由拉伸試驗確定的力學(xué)性能(包括抗拉強度、屈服點和伸長率)則與等級無關(guān)。屈服點隨鋼材厚度分級降低，牌號中的235N/mm2是鋼板厚度小于或等于16mm時的屈服點值。
A級和B級鋼各有F、b和Z三種脫氧方法，C級鋼只有鎮(zhèn)靜鋼，D級鋼只有特殊鎮(zhèn)靜鋼。
(3)沖擊韌性要求為：
Q235——A不作沖擊韌性試驗要求;
Q235——B作常溫(20℃)沖擊韌性試驗;
Q235——C作0℃沖擊韌性試驗;
Q235——D作-20℃沖擊韌性試驗。
沖擊韌性試驗采用夏比V形缺口試件。沖擊韌性指標為Akv。對上述B、C、D級鋼在其各自不同溫度要求下，都要求達到Akv≥27J(1J=1N·m)。
(4)基本上都要求同時保證力學(xué)性能與化學(xué)成分和規(guī)定采用平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉，故牌號中無老標準要求的鋼類和爐種符號。
(5)A級鋼除保證力學(xué)性能外，其含碳量和含錳量不作為交貨條件，但可在質(zhì)量證明書中注明其含量。A級鋼的冷彎試驗在需方有要求時才進行。
(6)用沸騰鋼軋制的B級鋼(Q235-B·F)，其厚度(或直徑)一般不大于25mm(以免厚度大時質(zhì)量不易保證)。
我國國家標準《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 1591-2008)中的牌號表示方法與上述碳素結(jié)構(gòu)鋼的相同，只是質(zhì)量等級分A～E共5級。由于低合金鋼一般都是鎮(zhèn)靜鋼，因而其牌號后面無脫氧方法的符號。對規(guī)范中推薦采用的三個牌號(Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼)的沖擊韌性要求是：對其A級鋼規(guī)定都不做沖擊韌性試驗;對其B、C和D級鋼規(guī)定依次各做十20℃、0℃和-20℃、-40℃時的沖擊韌性試驗，其公稱厚度為12mm-150mm時的合格標準均為Akv=34J。
2.鋼材的選用
為了說明鋼材的選用，應(yīng)先了解規(guī)范中對鋼材材性的要求�？蓺w納為下述4點：
(l)所有承重結(jié)構(gòu)的鋼材均應(yīng)具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。
(2)焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材尚應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。
(3)對需驗算疲勞的結(jié)構(gòu)，不論其為焊接或非焊接，其鋼材都應(yīng)具有常溫(即20℃)沖擊韌性的合格保證。當結(jié)構(gòu)的工作溫度等于和低于0℃時，各牌號鋼材應(yīng)按表6-1所列分別滿足不同低溫的沖擊韌性的合格保證。
(4)吊車起重量等于或大于50t的中級工作制吊車梁，對鋼材沖擊韌性的要求應(yīng)與需要驗算疲勞的構(gòu)件相同。
上述4點是設(shè)計者在選用鋼材牌號時必須滿足的材性要求。要注意上述第(3)點規(guī)定需沖擊韌性試驗合格保證的條件是需驗算疲勞。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接由于一般都存在微觀裂紋，在多次加載和卸載作用下，裂紋逐漸擴展，在其強度還低于抗拉強度，甚至低于屈服點的情況下突然斷裂，稱為疲勞破壞。這是危害性很大的一種脆性破壞，必須避免。規(guī)范規(guī)定：直接承受動力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，當應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)n等于或大于5 X104次時應(yīng)進行疲勞計算。沖擊韌性是衡量鋼材突然斷裂時所吸收的功的指標，可用以間接反映鋼材抵抗由于各種原因而引起脆斷的能力。規(guī)范規(guī)定需驗算疲勞的結(jié)構(gòu)必須具有各種溫度下的沖擊韌性合格保證，原因即在于此
正確選用鋼材，是保證結(jié)構(gòu)的安全使用和降低造價所必須做到的。鋼材質(zhì)量等級愈高，鋼材的價格也愈高。因此應(yīng)根據(jù)實際需要來選用合適的鋼材質(zhì)量等級。一般情況下，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性(損壞帶來后果的嚴重性)、荷載特征(靜力荷載、動力荷載等)、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)(拉應(yīng)力或壓應(yīng)力)、連接方法(焊接或非焊接)、板件厚度和工作環(huán)境(低溫等)等因素綜合考慮，選用合適的鋼材牌號和材性要求。
3.鋼材的規(guī)格
鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材常由鋼廠以熱軋鋼板和熱軋型鋼供應(yīng)，由鋼結(jié)構(gòu)制造廠按設(shè)計圖紙制成結(jié)構(gòu)或擴大的構(gòu)件，然后運到工地現(xiàn)場拼裝和吊裝。下面簡要介紹型鋼和鋼板的種類與規(guī)格。
(1)熱軋鋼板
鋼結(jié)構(gòu)中常用的熱軋厚板，厚度由4.5mm到60mm。厚鋼板可用以制作各種板結(jié)構(gòu)和各種焊接組合工字形或箱形截面的構(gòu)件，如圖6-5(e)～圖6-5(c)所示。此外還可用作連接用的結(jié)點板、支座底板、加勁肋等的構(gòu)件。除厚板外尚有熱軋扁鋼和熱軋薄板。扁鋼寬度較小(≤200 mm)，因此在結(jié)構(gòu)中用處較少。薄板厚度為0.35～4 mm，主要用以制作冷彎薄壁型鋼。
鋼板的符號是“-厚度×寬度×長度”(也有采用把寬度寫在厚度前面的標注方法，兩者均可)，例如：-8×400×3000，單位為“mm"，常不加注明。數(shù)字前面的一短劃線表示鋼板截面。
(2)熱軋型鋼
我國生產(chǎn)的熱軋型鋼有如圖6-5所示的等邊角鋼、不等邊角鋼、普通槽鋼、普通工字鋼、H型鋼和剖分T型鋼。
角鋼的符號為“∠邊長×厚度”(等邊角鋼)或∠長邊×短邊×厚度”。例如：∠1 10×10或∠90×56×6。單位毫米不必注明。
槽鋼的符號為“[型號”，例如：[22，型號22代表槽鋼的截面高度為220 mm。截面高度相同而腹板厚度不同時，則分別用a、b等予以區(qū)別。例如[32a、[32b和[32c三種截面的高度都是320mm，但其腹板厚度不同，各為8mm、10mm和12mm。
工字鋼的符號與槽鋼相同，即“I型號”，例如I63a、I63b等，型號63表示工字鋼高度為630mm,a、b等表示截面的腹板厚度有所不同。
熱軋H型鋼(見圖6一5f)在國外應(yīng)用較多，而在我國則剛投產(chǎn)不久。H型鋼的翼緣寬度B和截面高度H較接近，因而對截面兩個主形心軸x和y的剛度較接近，適宜作為柱截面。按照我國國家標準《熱軋H型鋼和剖分T型鋼》(GB/T 11263-1998),H型鋼有寬翼緣、中翼緣和窄翼緣三種，寬翼緣H型鋼的寬度B和高度H相同，而后兩種H型鋼的B和H不等，B小于H。H型鋼的標注方法是“H高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度，例如H350×350×10×16，單位為毫米，不必標出。
剖分T型鋼是由上述H型鋼在腹板中部一剖為二而成，圖6-5中未畫出。T型鋼的標注方法與H型鋼相同，只要把H換成T即可。
除上面所述主要熱軋型鋼外，還有鋼管(見圖6-5 e)也是近年來經(jīng)常采用的截面，特別是當前應(yīng)用較多的大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中更是用它作為構(gòu)件。此外，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中也離不開采用鋼管。鋼管分熱軋的無縫鋼管和由鋼板焊接而成的電焊鋼管，前者的價格貴于后者。鋼管的符號為“Φ外徑×厚度”，例如Φ95×5，表示鋼管外部直徑為95，壁厚為5。
(3)冷彎薄壁型鋼
冷彎薄壁型鋼是由鋼板經(jīng)冷加工而成的型材，采用冷彎型鋼機成型、壓力機上模壓成型或在彎曲機上彎曲成型。截面種類較多，有角鋼、槽鋼、Z型鋼、帽形鋼、鋼管等，其中前三種又可帶卷邊或不帶卷邊，如圖6-6所示。這些型鋼可單獨使用，也可組合成組合截面。因厚度較薄，可使截面的剛度增大而得到更經(jīng)濟的截面。此外，目前還已生產(chǎn)有防銹涂層的彩色壓型鋼板，可用作墻面和屋面等。
冷彎薄壁型鋼目前在我國的輕型建筑鋼結(jié)構(gòu)中常有應(yīng)用。
4.鋼材和連接的強度設(shè)計值
鋼材的強度設(shè)計值應(yīng)根據(jù)鋼材厚度或直徑按規(guī)范表3.4.1-1采用，連接的強度設(shè)計值應(yīng)按規(guī)范表3.4.1-3至表3.4.1-5采用。這里需注意的是，在某些不利工作情況下，規(guī)范表3.4.1-1和表3.4.1-3至表3.4.1-5中給出的強度設(shè)計值還應(yīng)乘于相應(yīng)的折減系數(shù)，具體規(guī)定見規(guī)范第3.4.2條。
