ganggouren
“转自：“
《转自：标准》（GB 50017-2017）第4章 材料，介绍了钢结构材料的相关内容。 钢结构用的钢材（结构钢），有Q235、Q345、Q390、Q420、Q460等牌号，每个牌号，有A、B、C、D和E的质量等级（Q235无E等级）。对于厚板，有《厚度方向性能钢板》（GB/T 5313-2010）规定的Z15、Z25、Z35的断面收缩率要求。对于耐腐蚀性，有《耐候结构钢》（GB/T 4171-2008）规定的Q235NH、Q355NH和Q415NH。另外，还有一个《建筑结构用钢板》（GB/T 19879-2005）的GJ系列钢材。
这些涉及钢材的要求，结构工程师在施工图中应明确表示。钢材牌号的选择，主要是强度问题，一般工程师都会从受力的角度，经济合理地进行选择。其余的质量等级、Z向性能、GJ钢材、耐候钢、焊接材料，国外钢材应用等问题，规范的要求是什么？如何合理地进行选择？本文专题讨论。
一、结构钢的质量等级如何选择？
1. 质量等级如何确定？
结构钢不同强度等级都有A~D或者E的质量等级，质量等级实际上主要代表的是材料在不同温度下的冲击韧性要求。
根据材料的标准《碳素结构钢》（GB/T 700-2006）以及《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591-2008）的规定，Q235、Q345、Q390、Q420、Q460不同质量等级的化学成分以及力学性能如下表。可以看出，不同牌号的钢材通过调整C、S、P的含量，实现了不同温度下的冲击韧性性能，达到了不同的质量等级。
《钢标》第4.3.4条对钢材的冲击韧性作出了要求。结合上表的冲击韧性，将对应的钢材质量等级纳入，归纳如下：
1）对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材
a.当结构工作温度高于0℃时，应具有常温冲击韧性的合格保证（Q235B、Q345B、Q390B、Q420B）；
b.当结构工作温度不高于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证（Q235C、Q345C）；对Q390钢、Q420钢和Q460钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证（Q390D、Q420D、Q460D）；
c.当结构工作温度不高于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证（Q235D、Q345D）；对Q390钢、Q420钢和Q460钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证（Q390E、Q420E）。
2）对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材
a.当结构工作温度高于-20℃时，应具有常温冲击韧性的合格保证（Q235B、Q345B、Q390B、Q420B）；
b.当结构工作温度不高于－20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证（Q235C、Q345C）；对Q390钢、Q420钢和Q460钢应具有－20℃冲击韧性的合格保证（Q390D、Q420D、Q460D）。
同时，吊车起重量不小于50t的中级工作制吊车梁，对钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。
第4.3.4条，工作环境温度不高于-20℃的受拉构件及承重构件的受拉板材，应符合下列要求：所用钢材厚度或直径不宜大于40mm，质量等级不宜低于C级；当钢材厚度或直径不小于40mm时，其质量等级不宜低于D级；重要承重结构的受拉板材宜满足《建筑结构用钢板》GB/T 19879的要求。
《钢标》第4.3.4条的条文说明表3，归纳了以上各条的钢材质量等级选用要求，查询非常方便。
《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99-2015）对钢材的质量等级也有一定的要求，应遵照下列规定：
第4.1.2条，承重构件所用钢材的质量等级不宜低于B级；抗震等级为二级及以上的高层民用建筑钢结构，其框架梁、柱和抗侧力支撑等主要抗侧力构件钢材的质量等级不宜低于C级；承重构件中厚度不小于40mm的受拉板件，当其工作温度低于-20℃时，宜适当提高其所用钢材的质量等级。
第4.1.4条，抗震等级为三级及以上的高层民用建筑钢结构，其主要抗侧力构件所用钢材应具有与其工作温度相应的冲击韧性合格保证。即，工作温度高于0℃时，采用B级钢；工作温度不高于0℃但高于-20℃时，采用C级；工作温度不高于-20℃时，采用D级。
2. 哪些是需要验算疲劳的焊接结构？
《钢标》第16.1.1条及条文说明规定，直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接（例如工业厂房吊车梁、有悬挂吊车的屋盖结构、桥梁、海洋钻井平台、风力发电机结构、大型旋转游乐设施等），当其荷载产生的应力变化的循环次数n等于或大于5×10^4次时，应进行疲劳计算。
当钢结构承受的应力循环次数小于本条要求时，可不进行疲劳计算，且可按照不需要验算疲劳的要求选用钢材。
《钢标》第16.2.4条规定，重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架应进行疲劳计算。同时在条文说明中说明，“轻级工作制吊车梁和吊车桁架以及大多数中级工作制吊车梁，根据多年来使用的情况和设计经验，可不进行疲劳计算”。
《钢标》第4.3.3-3条，起重量不小于50t的中级工作制吊车梁，其材料的质量等级应与需要验算疲劳的构件相同。《钢标》第11.1.6条，起重量等于或大于50t的中级工作制吊车梁的焊缝提出了具体要求。因此，习惯性地把起重量等于或大于50t的中级工作制吊车梁，也纳入需要验算疲劳的结构。
《起重机设计规范》（GB/T 3811-2008）起重机设计规范，介绍了吊车工作制与工作级别、使用等级、荷重状态的对应关系；
3. 结构工作温度如何确定？
《钢标》4.3.3的条文说明中建议，采用《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ 19-87（2001年版）中所列的“最低日平均气温”作为结构工作温度，见下表，摘自该规范的附录二。
事实上，GBJ 19-87规范在03版《转自：规范》编制后，已经升版为《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003），其中未纳入气象参数。规范后又部分升版为《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736-2012），虽有气象数据，但没有了“最低日平均气温”这一项。
靠别人靠不住啊，咋整？目前的做法只能是，去找旧版本的已作废的规范。《钢标》（GB 50017-2017）修订时也意识到了这一问题，采取的解决办法是，干脆把那些数据拿出来做成表格放在了条文说明里（见下表）。
另外一个问题，对于室内工作的构件，因为采暖等原因导致室内外温度不同时，结构构件温度明显不可能是室外的“最冷日平均温度”，如何处理？
崔佳等编著的03版《转自：规范》的参考书《转自：规范理解与应用》中有个解释：
《机械工业厂房结构设计规范》（GB 50906-2013）第5.3.3条规定：“结构工作温度按《采暖通风与空气调节气象资料集》中所列的最低日平均温度确定，对采暖房屋内的结构，可提高10℃采用”。
《钢标》（GB 50017-2017）对这个问题有个说明：对于室内工作的构件，如能确保始终在某一温度以上，可将其作为工作环境温度，如采暖房间的工作环境温度可视为0℃以上；否则可按上表数值增加5℃采用。
二、GJ钢在何时选用？
我国的《建筑结构用钢板》（GB/T 19879-2015）参考日本的SN钢材标准制定，在原钢材牌号后加GJ表示，如Q345GJ，俗称“GJ钢”，是专为高层民用建筑钢结构生产的高性能钢板。GJ钢对钢的纯净性提出了严格的要求，大大降低了有害元素P、S元素的含量。从而实现了强度厚度效应小（随厚度钢材强度降低程度小）、屈服点有上下限（可实现抗震既定的塑性耗能区）、保证碳当量和Z向性能（Z15、Z25、Z35）等方面的优点。
我国目前并未像日本强制性要求抗震的建筑钢结构采用GJ钢。目前主要是《高层民用建筑钢结构技术规程》在提要求：第4.1.2条：主要承重构件所用较厚的板材宜选用高性能建筑用GJ钢板；第4.1.4条，高层民用建筑中按抗震设计的框架梁、柱和抗侧力支撑等主要抗侧力构件，钢材屈服强度波动范围不应大于120N/mm2。
事实上第4.1.2条强烈推荐高层钢结构采用GJ钢，第4.1.4条从屈服强度波动范围的规定也导致最好采用GJ钢。
三、Z向性能如何要求？
《钢标》对Z向性能的规定比较笼统，第4.3.5条及条文说明规定：
由于当焊接熔融面平行于材料表面时，层状撕裂较易发生，因此T 形、十字形、角形焊接连接节点宜满足下列要求：
1 当翼缘板厚度等于或大于40mm 且连接焊缝熔透高度等于或大于25mm 或连接角焊缝单面高度大于35mm 时，设计宜采用对厚度方向性能有要求的抗层状撕裂钢板，其Z向承载性能等级不宜低于Z15 (限制钢板的含硫量不大于0.01%）；当翼缘板厚度等于或大于40mm 且连接焊缝熔透高度大于40mm 或连接角焊缝单面高度大于60mm 时， Z向承载性能等级宜为Z25（限制钢板的含硫量不大于0. 007%);
2 翼缘板厚度大于或等于25mm ，且连接焊缝熔透高度等于或大于16mm 时，宜限制钢板的含硫量不大于0.01% 。
《建筑抗震设计规范》第3.9.5条：采用焊接连接的钢结构，当接头的焊接拘束度较大、钢板厚度不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力时，钢板厚度方向截面收缩率不应小于国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313关于Z15级规定的容许值。
《高层民用建筑钢结构技术规程》第4.1.5条：焊接节点区T形或十字形焊接接头中的钢板，当板厚不小于40mm且沿板厚方向承受较大拉力作用（含较高焊接约束拉应力作用）时，该部分钢板应具有厚度方向抗撕裂性能（Z向性能）的合格保证。其沿板厚方向的断面收缩率不应小于现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB／T 5313规定的Z15级允许限值。
以上规范都是定性地说明，哪些情况应采用Z向性能材料，没有定量的计算依据。Z向性能确定方法的依据，在崔佳等编著的03版《转自：规范》的参考书《转自：规范理解与应用》（2004年出版）中，有个断面收缩率的计算确定方法（将各种因素所需的断面收缩率叠加后在表2.7中找到对应的构造的Z向性能要求）：
而这部分内容实际上来自于欧洲规范Eurocode 3, Part 1-10关于Z向性能的确定方法，有兴趣去看看吧。
四、焊接材料的选用
1. 常用钢材的焊接材料选用
《钢标》第4.3.8条的条文说明表5，给出了常用钢材的焊接材料选用匹配推荐表，查询非常方便。
《钢标》第11.1.5-6条规定，焊缝连接宜选择等强度匹配；当不同强度的钢材连接时，可采用与低强度钢材相匹配的焊接材料。
2. 新钢种的焊接工艺评定
《钢标》第11.1.7 条，焊接工程中，首次采用的新钢种应进行焊接性试验，合格后应根据现行国家标准《钢结构焊接规范》GB 50661 的规定进行焊接工艺评定。
有人可能会问，既然《钢标》给出了常用钢材的焊接材料匹配推荐表，如果常用钢材，选用了《钢标》的推荐焊接材料，是不是就不用做焊接工艺评定了？
对于这个问题，《钢规》第11. 1. 7 条的条文说明给出了答案。
焊接工艺评定是在钢结构工程开始焊接前，按照焊接性试验结果所拟定的焊接工艺，验证所拟定的焊接工艺是否正确的技术工作。
钢结构进行焊接工艺评定有两个主要目的：
（1） 验证所拟定的焊接工艺是否正确。
这项工作包括通过金属焊接性试验或根据有关焊接性能的技术资料所拟定的工艺，也包括已经评定合格，但由于某种原因需要改变一个或一个以上的焊接工艺参数的工艺。
（2） 评价施工单位是否能焊出符合有关要求的焊接接头。
焊接工艺评定具有不可输入性，不可以转让。焊接工艺评定必须根据本单位的实际情况来进行。因为焊接质量由“人员、机器、物料、方法、环境”五大管理要素决定，单位不同其管理要素也不同，所完成的焊接工艺评定的水平也不同，进而带来的焊接技术也不同。事实上，在进行焊接工艺评定的过程中，有的单位经常有不合格的情况发生，充分证实了这一点。
这就是说，钢结构项目还是需要按照《钢结构焊接规范》（GB 50661-2011）的要求，进行焊接工艺评定的。
《钢焊范》（GB 50661-2011）也给出了免于焊接工艺评定的范围，第6.1.1条（黑体字强条）规定， 除非符合本章6.6 节规定的免予评定条件，施工单位首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、接头形式、焊接位置、焊后热处理制度以及焊接工艺参数、预热和后热措施等各种参数的组合条件。应在钢结构构件制作及安装施工之前进行焊接工艺评定。《钢焊范》（GB 50661-2011）6.6 节内容很多，介绍也非常详细，以后再单独介绍。
了解焊接工艺评定，可参考下方的文章：
焊接工艺评定报告示例
焊接工艺评定都有哪些注意事项？
3. 低氢型焊条的应用
《钢标》第4.3.8-2条，对直接承受动力荷载或需要验算疲劳的结构，以及低温环境下工作的厚板结构，宜采用低氢型焊条；
《钢标》第11.3.5-3条和表11.3.5，规定了角焊缝的最小焊脚尺寸。采用低氢焊接方法可以减小焊脚尺寸。
此表格摘录自《钢焊范》（GB 50661-2011）第5.4.2条，该条文说明解释为，角焊缝最小长度、断续角焊缝最小长度及角焊缝的最小焊脚尺寸规定均为防止因热输入量过小而使母材热影响区冷却速度过快而形成硬化组织，用低氢焊条时由于减少了氢脆的影响，最小角焊缝尺寸可比非低氢焊条时小一些。
此处提到了“低氢焊接方法”，而且关系到不同板厚的角焊缝最小焊脚尺寸计算板厚取值，理解这个概念也很重要。《钢焊范》（GB 50661-2011）对低氢焊接方法，没有太多解释。我们的理解是：采用低氢焊条，使用前按《钢焊范》要求对低氢焊条进行烘干、保温存放的手工电弧焊，是低氢焊接方法；同时，《钢焊范》（GB 50661-2011）第7.2.4条的条文说明规定，实际应用中可将埋弧焊认为是一种低氢焊接方法。查阅一些资料，认为气体保护焊也是一种低氢焊接方法。电渣焊一般用于厚度大于16mm的厚板焊接，很少用于角焊缝。
因此，设计阶段可以简单的理解为：采用非低氢焊条的手工电弧焊为非低氢焊接方法；采用低氢焊条的手工焊，各类气保焊，各类埋弧焊都属于低氢焊接方法。
转自：时，如果需要按较薄件厚度来考虑最小焊缝尺寸时，应指定采用低氢焊条。一般情况，可以按较厚件厚度来计算最小焊脚尺寸。角焊缝连接的板件厚度差异不大时，这两种情况没有太大差别。
五、耐候钢选用
1. 耐候钢的材料说明
《钢标》第4.1.3条，处于外露环境，且对耐腐蚀有特殊要求或处于侵蚀性介质环境中的承重结构，可采用Q235NH 、Q355NH 和Q415NH牌号的耐候结构钢，其质量应符合现行国家标准《耐候结构钢》GB/T 4171 的规定。
条文说明解释为：通过添加加少量合金元素Cu 、P 、Cr 、Ni 等，使其在金属基体表面形成保护层，以提高耐大气腐蚀性能的钢，称为耐候钢。
耐候结构钢分为高耐候钢和焊接耐候钢两类，高耐候结构钢具有较好的耐大气腐蚀性能，而焊接耐候钢具有较好的焊接性能。耐候结构钢的耐大气腐蚀性能为普通钢的2 倍～8 倍。因此，当有技术经济依据时，将耐候钢用于外露大气环境或有中度侵蚀性介质环境中的重要钢结构，可取得较好的效果。
耐候钢在钢结构桥梁领域，已广泛使用，有较好的技术、经济效果。这些年在市政领域（水厂厂房、河湖岸边钢结构）也应用较多。
了解耐候钢在桥梁领域的应用，可参考下方的文章：
2. 耐候钢结构的设计要点
小编团队（Steeler）曾设计过多个耐候钢项目，以下是我们的经验总结：
（1）尽量选用焊接耐候钢，Q235NH 、Q355NH 和Q415NH牌号，结构设计和连接节点设计，可以按普通钢结构进行设计，《钢标》第4.3.8条的条文说明表5（见上方）也推荐了耐候钢的焊接方式和焊接材料；
（2）市场上耐候钢的钢板材料比较少，当某个板厚规格用量较少时（少于10吨)，供货商较少、钢材采购周期长（0.5~2个月）、采购运费高。Q355NH是最常用、最容易采购的耐候钢牌号，应优先选用Q355NH焊接耐候钢；
（3）市场上几乎没有耐候钢的热轧型钢现货。设计时，尽量不要选用耐候钢的热轧型钢，应采用类似的焊接截面替代热轧截面。除非某种规格的热轧型钢用量较大（达到几百吨以上），可以联系钢厂专门轧制。
（4）设计时，耐候钢的板厚规格尽量少，板厚相近的尽量归并，每种厚度的钢板用量尽量大于10吨。
六、国外钢材的应用
《钢标》（GB 50017-2017）对使用本标准未列出的其他牌号钢材（包括国外材料），提供了指导意见。
《钢标》第4.1.5条，当采用本标准未列出的其他牌号钢材时，宜按照现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068 进行统计分析，研究确定其设计指标及适用范围。
第4.1.5条的条文说明中，对于已有国家材料标准，但尚未列入转自：标准的钢材，《钢标》给出了具体的统计分析方法，试验研究、专家论证，确定其设计指标。
对国外进口且满足国际材料标准的钢材：
1）如既有国外标准，又有相同或相近中国标准，应按中国钢结构工程施工质量验收规范要求验收，可就近就低按中国标准规范取用设计强度，在具体工程中使用；
这为我国的工程公司一带一路走出去，采用国外标准的钢材，提供了规范依据。
常用的中外钢材牌号近似对照表如下表。
2）如有国外标准，但无相近中国标准可供参照，则将材料质量证明文件和验收试验资料提供给《转自：标准》国家标准管理组，经统计分析和专家会商后确定设计强度，在具体工程中使用。
相关文章：
《转自：标准》解说专题（1）—截面等级
《转自：标准》解说专题（2）—新术语解释
【钢构知识】新转自：标准宣贯| 第1～5章
本文前半部分，参照了“钢结构的材料等级，你知道咋选吗？（修订版）”，来自：公众号“从钢结构到装配式钢结构建筑”，作者：牛必任；“转自：”公众号，按2017版《钢标》做了修订，并编写了后半部分。
扫描下方二维码，关注“从钢结构到装配式钢结构建筑”
来源：转自：、从钢结构到装配式钢结构建筑，作者：牛必任，Steeler修订汇编，转载请注明。
咨询和建议，请加下方小编个人微信
赞
