钢结构设计中的基本概念探讨

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1、钢结构设计中的基本概念探讨随着经济的发展，钢结构在土木工程中的应用日趋广泛，这就要求设计人员必须掌握与此相关的各种知识。本文论述的几个问题几乎是任何一项钢结构设计都要遇到的基本问题。从表面上看这几个问题非常简单，然而不少设计人员在处理这几个问题时却把握不准。究其原因，这几个问题看起来简单，其内涵却非常丰富，涉及到很多非结构专业的问题。笔者翻阅了有关资料，对钢结构设计中这几个经常遇到的基本问题进行论述。希望能对钢结构设计者有所裨益。　　1钢材的选型　　很多设计人员在设计时说明关于钢材的选型中往往写道：“钢材选用

2、Q235-B，其抗拉强度、屈服点、伸长率、碳、硫、磷极限含量，应符合有关规定，且保证其可焊性。”这种说法是不正确的。其错误的原因是对我国现行的钢产品标准不熟悉，老、旧标准相混淆。目前，我国建筑钢材一般只用两种，即碳素结构钢和低合金高强度结构钢，其相应的国家标准为《碳素结构钢》(GB700-88)和《低合金高强度结构钢》(GB／T1591-94)。以前常说的三号钢和16Mn钢就分别属于碳素结构钢和低合金高强度结构钢。按(GB700-88)碳素结构钢分为Q195、Q215、Q225、0235、Q275，0235又

3、分为A、B、C、D4个质量等级，即Q235-A～D。A级钢不做冲击试验，而B、C、D级则分别保证在20、0、-20℃时V型冲击功不小于27J。冲击功的大小反映了材料的韧性，在研究船舶脆断的试验中发现V型冲击功在最低使用温度下不小时，船舶脆断事故很少发生。因此，当设计承受动力荷载的结构时要根据环境温度的不同情况，选用不同级别的钢材。如果我们选用了Q235-B，那么只要它是符合标准的产品，则钢材的屈服点、抗拉强度、伸长率、碳、硫、磷等化学成分，冷弯试验值、V型冲击功试验值都是有保证的(即以前所说的5项保证)，不必

4、另行强调。因此正确的说法应该是：“钢材选用Q235-B，其性能应符合国家标准(GB700-88)的规定。”　　要特别提到的是：在国家标准(GB700-88)中第条注明：“在保证钢材力学性能符合本标准规定情况下，各牌号A级钢的碳、锰、硅含量和各牌号其他等级钢碳、锰含量下限可以不作为交货条件，但其含量(熔炼分析)应在质量证明书中注明。”这就表明A级钢的碳、锰、硅含量是不保证的。在国家标准(GB700--88)中第条注明：“各牌号A级钢的冷弯试验，在需方有要求时才进行。当冷弯试验合格时，抗拉强度上限可以不作为交货条

5、件。”由于碳含量对钢材的可焊性影响很大，从表面上看，既然A级钢的碳、锰、硅含量不保证，那么Q235-A是不能用于焊接结构的，似乎Q235-A是一种质量很差的钢材，除平台板和支撑构件外，几乎很少场合可以用Q235-A。事实并非如此。压力容器应该是典型的焊接结构，对其性能的要求也比普通的建筑钢结构要严格。然而，我国的最新压力容器标准《钢制压力容器》(GB150-1998)却明文规定在压力≤，温度0-350℃，壳体厚度≤16mm时，除极度危害介质的压力容器外，可以使用Q235-A(见该标准第，条)。这就表明Q235

6、-A是可以用于焊接结构的。除了像吊车梁这样以动荷载为主要荷载的承重结构，一般对冲击韧性没有特殊要求的承重结构都可以选用Q235-A。首先，评价一种钢材的可焊性，并非仅仅由含碳量决定，而是由碳当量决定。目前我国生产的符合标准的Q235-A。其碳当量不会超过％，其可焊性是有保证的，可以用于焊接结构使用。其次，Q235-A的屈服强度、抗拉强度、伸长率是有保证的，只是当冷弯试验合格时，抗拉强度上限不保证，而设计时，一般都把屈服强度作为强度计算和稳定计算的依据，结构的实际应力值都远低于屈服强度，因此只要材料的屈服强度有

7、保证，则结构的强度是有保证的。至于结构的刚度只与结构形式和截面尺寸有关，与抗拉强度并无关系。一般而言，当一种钢材的伸长率和冷弯试验合格时，就表明它具有了一定的韧性。因此，对于一般承重结构所需要的基本力学性能，Q235-A是可以保证的。　　综上所述，Q235-A是可以用于焊接承重结构的，但不能用于低温环境和动荷载较大的结构(即对材料的韧性有较高要求的结构)。这一点已经为大量的工程实践所证明。当然，在选用Q235-A时，要附加冷弯试验合格的保证，并且要根据质保书核算碳当量是否满足要求。为可靠起见，板材的厚度一般不

8、宜超过16mm。目前，国内钢材市场上Q235系列的板材和型材大都为Q235-A。如果不分场合，所有的承重结构都选择Q235-B～D。则不仅工程造价提高，而且也给材料的采购带来麻烦，以至延误工期，是不可取的。　　2焊接检验　　当结构的母材和焊接材料选定以后，就要确定焊缝的质量等级。选择合适的质量等级是非常重要的，不恰当地提高焊缝的质量等级将提高工程造价。　　鉴于现有的焊接技术尚无法避免焊接过程中焊接缺