1.5　结构钢材选用及代用原则

1.5.1　钢材的选用原则

各种结构对钢材各有要求，这些要求主要是针对钢材的强度、塑性、韧性、耐疲劳性、焊接性能、耐锈蚀性能等。对厚板结构、焊接结构、低温环境下结构，还应防止脆性破坏。表1-3～表1-5为建筑结构钢材的设计选择原则。

1.5.2　钢材的确认与代用原则

施工单位应按照设计选用钢材的钢号，根据设计对钢材的性能要求进行采购。钢结构工程所采用的钢材必须附有钢材的质量证明书，各项指标应符合设计文件的要求和国家现行有关标准规定。钢材代用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，钢材的确认与代用原则如下：

（1）钢号虽然满足设计要求，但生产厂提供的材质保证书中缺少设计提出的性能要求时，应做补充试验。如钢材缺少冲击、低温、冲击试验的保证条件时，应做补充试验，合格后才能应用。

（2）钢材性能虽然满足设计要求，但钢号的质量（指标）优于设计提出的要求时，应经过设计同意并办理代用手续，保证钢材代用的安全性和经济合理性。普通低合金钢的相互代用，如Q390钢代用Q345钢等，要更加谨慎，除机械性能满足设计要求外，在化学成分方面还应注意可焊性。重要的结构要有可靠的试验依据。

（3）钢材的钢号和性能都与设计提出的要求不符时，如Q235钢代用Q345钢，应办理设计变更手续，按钢材的设计强度重新计算，根据计算结果改变结构构件的截面、焊缝尺寸和节点构造。

（4）钢材的化学成分检测值允许与规定的标准数值有一定的偏差，允许偏差参见表1-6。

（5）钢材机械性能所需的保证项目仅有一项不合格者，可按照以下原则处理：①当冷弯合格时，抗拉强度的上限值可以不限；②伸长率比规定的数值低1%时，允许使用，但不宜用于考虑塑性变形的构件；③冲击功值按一组3个试样值的算术平均值计算，允许其中1个试样的值低于规定值，但不得低于规定值的70%。

（6）当采用进口钢材时，除应验证其化学成分和机械性能是否满足相应的外国标准，还要验证是否符合设计要求。

（7）钢材的规格尺寸与设计要求不同时，须经设计计算后才能代用。

（8）如钢材品种、规格供应不全，可根据钢材选择的原则调整并办理设计变更。一般情况下，建筑结构对材质的要求遵循以下原则：①受拉构件高于受压构件；②焊接结构高于螺栓或铆钉连接的结构；③厚钢板结构高于薄钢板结构；④低温结构高于常温结构；⑤受动力荷载的结构高于受静力荷载的结构。

（9）桁架结构中上弦、下弦、腹杆可用不同钢种的钢材。

（10）含碳量高或焊接困难的钢材，可改用螺栓连接。

1.5.3　钢板厚度方向性能（Z）指标的确定

1.影响钢板层状撕裂的因素

钢材由铸锭轧制成板材后，晶粒间存在的硫化锰等夹杂物也被轧成薄膜状与金属带状组织共存。如果夹杂物量较多形成连续的片状分布，当板厚方向产生拉力时，就易发生夹杂物与金属脱开，钢板产生层状撕裂。

钢板层状撕裂的主要影响因素是含硫量，含硫量越高，夹杂物含量越多，越容易产生层状撕裂；钢板厚度也是影响因素之一，钢板越厚，越容易产生层状撕裂，一般情况，当钢板厚度超过40mm时，设计有Z向指标的要求；钢材的延性和韧性也对层状撕裂有影响，碳当量越高，钢材组织易脆化，层状撕裂越敏感。

2.防止层状撕裂的措施

（1）控制钢材的含硫量：钢材厚度方向的抗拉性能以断面收缩率为表征，影响断面收缩率最直接的因素就是钢材含硫量，不同的含硫量对应不同的断面收缩率，含硫量越低，相应的断面收缩率越大，说明厚度方向性能越好。表1-7表明了钢材厚度方向性能（抗层状撕裂性能）与含硫量、断面收缩率的对应关系。

（2）合理的节点构造：不同形式和构造的节点，其拘束度不同。节点拘束度与节点形式、焊缝大小、板厚有关，一般情况下，T形、十字形、L形角接接头的拘束度依次增大；部分焊透的拘束度小于全焊透焊缝；钢板越厚，拘束度越大。

（3）合理的焊接工艺：从焊接工艺上尽量减小焊接引起的拘束度，例如，采取对称多道次施焊、塑性过渡层、低氢焊材、预热、消氢处理等一系列工艺措施。

3.钢板Z向指标的确定

欧盟规范（EC3）规定了钢板Z向指标的计算方法，可供参考。首先根据焊缝尺寸、接头形式、钢板厚度、焊缝约束、预热等因素，得出相应的分项指标值Zi（见表1-8），再按下式求其总和ZED：

ZED=Za+Zb+Zc+Zd+Ze

求得ZED后按照表1-9即可确定钢板的Z向指标。