第二章 材 料

第 2.0.1 条

高层建筑钢结构的钢材选用标准,主要依据近年修订和颁布的国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ 17) ,《碳素结构钢》 (GB 700) 和《低合金高强度结构钢》 (GB/T 1591) ,同时结合我国80年代在北京、上海、深圳三市已建成的十余座高层钢结构大厦采用的钢材特点,提出 Q235 等级B、C、D级的碳素结构钢和 Q345 等级B 、C 、D 、E的低合金结构钢以及相应的连接材料。

在现行国家标准《碳素结构钢》 (GB 700) 中, Q235 钢 ( 原3 号钢 ) 按其检验项目的内容和要求分成 A 、B 、C 、D 四个等级。A级钢不要求任何冲击试验值,并只在用户有要求时才进行冷弯试验,且不保证焊接要求的含碳量,故不能用于高层钢结构;B、C、D 等级钢分别满足不同的化学成分和不同温度下的冲击韧性要求C、D等级钢的碳硫磷含量较低,尤其适用于重要焊接结构。在现行国家标准《低合金高强度结构钢》 (GB/T 1591)中,Q345钢 (包括原16Mn 钢)分为A、B、C、D、E五个等级,其屈服点和抗拉强度相同,伸长率均超过20,A级不保证冲击韧性要求,故不宜用于高层钢结构;B、C、D、E级钢分别保证在+20℃、0℃、-20℃和-40℃时具有规定的冲击韧性,其化学成分中硫、磷含量的百分率递减, D 、E级的碳含量 0.18%低于A、B、C级,可根据需要选用。

Q390( 原 15MnV) 钢及其桥梁钢的伸长率不符合本节第2.0.3 条的要求,故不宜用于高层钢结构。原 16Mnq 钢在现行国家标准《低合金高强度结构钢》 (GB/T 1591) 中未列入,且其伸长率不能满足本规程第 2.0.3 条的要求,故本规程未列入。

 

第2.0.2条

现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ 17)规定,承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服点和硫磷含量合格的保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。承重结构的钢材,必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。鉴于高层钢结构建筑的重要性,本规程区别于现行钢结构设计规范的,是将必要时保证冷弯性能的要求改为基本要求之一,这符合《钢结构设计规范》(GBJ 17)在条文说明中提到的对重要钢结构的钢材应满足冷弯试验合格的要求。现行国家标准《碳素结构钢》(GB 700)规定了Q235的B、C、D等级钢材应具有规定的冲击韧性;现行国家标准《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591) 规定了 Q345的 B 、 C 、 D 、 E 级钢材应具有规定的冲击韧性。鉴于高层钢结构大量采用厚钢板,且一般要求抗震,故规定要求冲击韧性合格。

钢材另一重要的基本要求,即化学成分含量限制,将直接影响可焊性。在现行国家标准《碳素结构构》 (GB 700) 中,已规定应同时满足化学成分和力学性能要求,而不是按过去的标准按甲、乙、特三类钢供货。 Q235 钢和 Q345 钢的上述等级,其规定的化学成分可满足高层钢结构的要求。

 

第2.0.3条

抗震高层钢结构所用钢材的性能,应满足较高的延性要求。拟定本条时,参考了美国加州规范等的有关规定。其中,伸长率为标距 50mm 试件拉伸时得出的,可焊性指能顺利进行焊接、不产生因材料原因引起的焊接缺陷,而且能在焊后保持材料的非弹性性能。美国加州规范还规定屈服强度超过 50ksi(350N/mm2) 的钢材,要经过充分研究证明其性能符合要求后,才能采用。由此可见,对于高强度钢材在抗震高层钢结构中的应用,应持慎重态度。

欧共体规范要求抗震结构采用的钢材,其屈服点上限不得超过屈服点规定值的10%,以避免塑性铰转移。日本东京都新都厅舍大厦,也规定了采用的钢材屈服强度平均值不应超过规定值的10%。由于此要求能否实现,取决于钢材供应之可能,故本条未作规定。

 

第2.0.4条

对外露承重结构,应根据使用环境(包括气温、介质等)参照有关标准选择相应钢种及其配套涂层材料。

 

第2.0.5条

本条规定是鉴于高层钢结构经常使用厚钢板,而厚钢板的轧制过程存在各向异性 (x 、 y 、 z 三方向的屈服点、抗拉强度、伸长率、冷弯、冲击值等各指标,以 z 向试验最差,尤其是塑性和冲击功值 ) 。

国家标准《厚度方向性能钢板》 (GB 5313) 适用于造船、海上石油平台、锅炉和压力容器等重要焊接结构,它将厚度方向的断面收缩率分为 Z15 、 Z25 、 Z35 三个等级,并规定了试件取材方法和试件尺寸。高层钢结构在梁柱连接和箱形柱角部焊缝等处,由于局部构造,形成高约束,焊接时容易引起层状撕裂。本条规定高层钢结构采用的钢材,当符合现行国家标准(GB/T 1591&emdash;94)的要求,其厚度等于或大于 50mm 时,尚应满足该标准 Z15 级的断面收缩率指标,它相当于硫的含量不超过 0.01%。

 

第2.0.6条

各组钢材的强度设计值,由材料屈服强度标准值除以抗力分项系数而定。各钢种的抗力分项系数与现行国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ 17) 的取值一致,即 Q235 钢为 1.087 ,Q345 钢 ( 原 16Mn 钢 ) 钢为 1.111( 也可取为 1.087) 。不同受力方式之间的换算关系,可参见现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ 17) 的条文说明。

 

第2.0.7条

钢材物理性能可参见现行国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ 17) ,此处不再重复。

 

第2.0.8、2.0.9条

关于连接材料的规定,均可参见现行国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ 17) ,此处不再重复。