1.5　結構鋼材選用及代用原則

1.5.1　鋼材的選用原則

各種結構對鋼材各有要求，這些要求主要是針對鋼材的強度、塑性、韌性、耐疲勞性、焊接性能、耐銹蝕性能等。對厚板結構、焊接結構、低溫環境下結構，還應防止脆性破壞。表1-3～表1-5為建筑結構鋼材的設計選擇原則。

1.5.2　鋼材的確認與代用原則

施工單位應按照設計選用鋼材的鋼號，根據設計對鋼材的性能要求進行采購。鋼結構工程所采用的鋼材必須附有鋼材的質量證明書，各項指標應符合設計文件的要求和國家現行有關標準規定。鋼材代用必須與設計單位共同研究確定，并辦理書面代用手續后方可實施代用，鋼材的確認與代用原則如下：

（1）鋼號雖然滿足設計要求，但生產廠提供的材質保證書中缺少設計提出的性能要求時，應做補充試驗。如鋼材缺少沖擊、低溫、沖擊試驗的保證條件時，應做補充試驗，合格后才能應用。

（2）鋼材性能雖然滿足設計要求，但鋼號的質量（指標）優于設計提出的要求時，應經過設計同意并辦理代用手續，保證鋼材代用的安全性和經濟合理性。普通低合金鋼的相互代用，如Q390鋼代用Q345鋼等，要更加謹慎，除機械性能滿足設計要求外，在化學成分方面還應注意可焊性。重要的結構要有可靠的試驗依據。

（3）鋼材的鋼號和性能都與設計提出的要求不符時，如Q235鋼代用Q345鋼，應辦理設計變更手續，按鋼材的設計強度重新計算，根據計算結果改變結構構件的截面、焊縫尺寸和節點構造。

（4）鋼材的化學成分檢測值允許與規定的標準數值有一定的偏差，允許偏差參見表1-6。

（5）鋼材機械性能所需的保證項目僅有一項不合格者，可按照以下原則處理：①當冷彎合格時，抗拉強度的上限值可以不限；②伸長率比規定的數值低1%時，允許使用，但不宜用于考慮塑性變形的構件；③沖擊功值按一組3個試樣值的算術平均值計算，允許其中1個試樣的值低于規定值，但不得低于規定值的70%。

（6）當采用進口鋼材時，除應驗證其化學成分和機械性能是否滿足相應的外國標準，還要驗證是否符合設計要求。

（7）鋼材的規格尺寸與設計要求不同時，須經設計計算后才能代用。

（8）如鋼材品種、規格供應不全，可根據鋼材選擇的原則調整并辦理設計變更。一般情況下，建筑結構對材質的要求遵循以下原則：①受拉構件高于受壓構件；②焊接結構高于螺栓或鉚釘連接的結構；③厚鋼板結構高于薄鋼板結構；④低溫結構高于常溫結構；⑤受動力荷載的結構高于受靜力荷載的結構。

（9）桁架結構中上弦、下弦、腹桿可用不同鋼種的鋼材。

（10）含碳量高或焊接困難的鋼材，可改用螺栓連接。

1.5.3　鋼板厚度方向性能（Z）指標的確定

1.影響鋼板層狀撕裂的因素

鋼材由鑄錠軋制成板材后，晶粒間存在的硫化錳等夾雜物也被軋成薄膜狀與金屬帶狀組織共存。如果夾雜物量較多形成連續的片狀分布，當板厚方向產生拉力時，就易發生夾雜物與金屬脫開，鋼板產生層狀撕裂。

鋼板層狀撕裂的主要影響因素是含硫量，含硫量越高，夾雜物含量越多，越容易產生層狀撕裂；鋼板厚度也是影響因素之一，鋼板越厚，越容易產生層狀撕裂，一般情況，當鋼板厚度超過40mm時，設計有Z向指標的要求；鋼材的延性和韌性也對層狀撕裂有影響，碳當量越高，鋼材組織易脆化，層狀撕裂越敏感。

2.防止層狀撕裂的措施

（1）控制鋼材的含硫量：鋼材厚度方向的抗拉性能以斷面收縮率為表征，影響斷面收縮率最直接的因素就是鋼材含硫量，不同的含硫量對應不同的斷面收縮率，含硫量越低，相應的斷面收縮率越大，說明厚度方向性能越好。表1-7表明了鋼材厚度方向性能（抗層狀撕裂性能）與含硫量、斷面收縮率的對應關系。

（2）合理的節點構造：不同形式和構造的節點，其拘束度不同。節點拘束度與節點形式、焊縫大小、板厚有關，一般情況下，T形、十字形、L形角接接頭的拘束度依次增大；部分焊透的拘束度小于全焊透焊縫；鋼板越厚，拘束度越大。

（3）合理的焊接工藝：從焊接工藝上盡量減小焊接引起的拘束度，例如，采取對稱多道次施焊、塑性過渡層、低氫焊材、預熱、消氫處理等一系列工藝措施。

3.鋼板Z向指標的確定

歐盟規范（EC3）規定了鋼板Z向指標的計算方法，可供參考。首先根據焊縫尺寸、接頭形式、鋼板厚度、焊縫約束、預熱等因素，得出相應的分項指標值Zi（見表1-8），再按下式求其總和ZED：

ZED=Za+Zb+Zc+Zd+Ze

求得ZED后按照表1-9即可確定鋼板的Z向指標。