建筑施工过程中碳素结构钢和低合金钢选用原则及方法的研究

王振岩武凯董仲祥

滨州黄河河务局256600

摘要：建筑业中钢结构产业在我多目前得到了长足发展，钢结构在国民经济建设的用用范围越来越广，同时钢结构工程是我国目前建筑行业中发展最为迅速的新行业。因此，在建设过程中钢材的选择就显得尤为重要，本文从钢材选择的原则以及对碳素钢和低合金钢在制作工艺方面进行阐述，得出在不同情况下应如何选择钢材进行工程建设。

关键词：碳素结构钢；低合金钢；选用

建筑工程所用的钢材种类多，性能差别较大，因此，应根据结构或构件的不同类型及重要性、结构承受作用的性质、构件的连接方式和工作环境等来选择钢材，并使所选用钢材具有较高的屈服强度和极限强度、良好的塑形和韧性、良好的工艺加工性能和耐锈蚀能力，同时根据不同施工内容进行合理的选择适合钢材。

一、钢材选用的基本原则：

1、对重要结构，如吊车梁、设有5T以上锻锤等振动设备和重型、特重型厂房的屋架、托架、柱子，跨度24m的托架、屋架以及冷弯成型的构件等，除保证机械性能外，还应具有冷弯试验的合格保证。

2、对重级工作制和吊车其重量50T的中级工作制焊接的吊车梁或类似钢结构，以及跨度18m、起重量75T的重级工作制非焊接吊车梁等重要结构，所用的钢材都应具有常温冲击韧性的保证。当设计工作温度等于或低于-20℃时，使用不同钢号材料应保证在不同温度下的冲击韧性。

二、钢材选择的依据

不同牌号的钢材性能、强度指标、脱氧方法、使用范围、价格等均有很大差别，设计施工人员在选用钢材时，首先应了解选用钢材的基本性能，也就是力学性能（屈服点、抗拉强度、延伸率、冷弯性能等）、化学成分限值范围、脱氧方法、厚度效应。其次，合理选用钢材只能依据钢结构范围所规定的7个要素：结构的重要性、荷载的特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素来综合考虑，其中连接方法、应力状态为主要考虑因素。

影响钢材选用的主要原因如下：

1、结构等级。建筑钢结构及其构件按其用途、部位和破坏后果的严重性，可分为重要的、一般的和次要的三类，相应的安全等级则为一、二和三级。如对大跨度屋架、重级工作制吊车梁等按一级考虑，所有应选用质量较好的钢材；对一般屋架、梁和柱等按照二级考虑；对其他如梯子、平台、栏杆等则按照三级考虑，所以可采用质量较低的钢材。

2、链接方法。钢结构的链接方法有焊接和非焊接之分。焊接结构由于焊接过程的不均匀加热和冷却，对钢材产生不利影响。应选用碳、硫、磷含量较低，塑形和韧性指标较高，可焊性较好的钢材。

3、工作条件。结构的工作环境对钢材有很大的影响，在下列情况的承重结构不宜采用沸腾钢：

焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构；冬季计算温度等于或低于-20℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构；以及冬季计算温度等于或低于-30℃时的其他承重结构。

非焊接结构：冬季计算问题等于或低于-20℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。

三、碳素结构钢和低合金结构钢的选用

钢结构规范推荐采用Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢等四种牌号，而抗震规范强制性条文规定，钢材伸长率应大于20%，Q390钢和Q420钢伸长率都不大于20%，因此抗震结构通常选用Q235钢和Q345钢。

碳素结构钢，按照脱氧方法的不同分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。现在基本不生产半镇静钢，因而设计中不宜采用，电厂极少使用D级钢，因此工程中通常遇到最多的就是沸腾钢与镇静钢。其主要区别如下：

沸腾钢是一种脱氧不完全的钢，只用一定量的弱脱氧剂对钢液脱氧，钢液含氧量较高，当钢水注入钢钉模后，碳氧反应产生大量气体，造成钢液沸腾，沸腾钢由此而得名。沸腾钢含碳量低，由于不用硅铁脱氧，钢中含硅量也低。沸腾钢外层是子沸腾所造成的钢液剧烈搅动的条件下结晶成的，所以表层纯净、致密，表面质量好，有很好的塑性和冲压性能，成材率高。但沸腾钢心部杂质较多，偏析较严重，组织部致密，力学性能不均匀。同时由于钢中气体含量较多，所以韧性低，冷脆和时效敏感性较大，焊接性能也较差。不适于承受冲击荷载以及在低温条件下工作的焊接结构及其他重要结构。

镇静钢是脱氧完全的钢，钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铝等进行充分脱氧，钢液含氧量低，钢液在钢锭中较平静，不产生沸腾现象，镇静钢由此而得名。在正常操作条件下，镇静钢中没有气泡，组织均匀致密；由于含氧量低，钢中氧化物夹杂较少，纯净度较高，冷脆和时效倾向小，同时，镇静钢偏析较小，性能比较均匀，质量较高。镇静钢的缺点是成材率低，价格较高。因此，镇静钢主要个承受冲击的构件、低温下焊接结构及其他要求较高的构件。

由于今年来炼钢工艺的发展与进步，国内目前Q235钢约80%以上都是镇静钢，因而其价格也已与沸腾钢持平，所以实际工程选材时通常应首先选用镇静钢。

《碳素结构钢》（GB700-2006）按照使用对材料韧性的不同要求，将刚才分为A、B、C、D等四个质量等级。A级不做冲击试验，后三个等级分别做+20℃、0℃、-20℃冲击试验。《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-2008）中，将刚才分为A、B、C、D、E五个质量等级。A级不做冲击试验，后4个等级分别做+20℃、0℃、-20℃、-40℃冲击试验。

Q235钢是主要的工程结构用钢，产量大，用途广。对于承受静力荷载或间接承受动力菏泽的结构，如一般的屋架、托架、柱、爬梯、天窗架、支撑、墙架、操作平台等以及类似结构的刚才，可按规定选用Q235A（无抗震要求非焊接构件）、Q235B（有抗震要求或焊接构件）钢。低合金钢由于强度较高，性能优越，能节约钢材，减轻结构重量，其应用已越来越广泛。构件的承载力由强度控制时，宜选用Q345A或Q345B钢。

结构钢规范建议，对重要的受拉或受弯的焊接结构，即使只承受静力荷载，对厚度较大的钢材，也应有常温冲击韧性合格证。重要的受拉或受弯的结构，通常指桁架、屋面大梁、框架横梁及其他受拉力较大的类似构件，此类构件宜采用B级钢。

采用Q235BF钢材时，需注意厚度一般不能大于25mm，以免厚度大时质量不宜保证（如焊接时产生层状撕裂），对厚度大于25mm的钢材应采用Q235B级镇静钢。

三、优质碳素结构钢的选用

《优质碳结构钢》（GB/T699-1999）一般为机械用钢，35~55钢属于中碳钢，需经调制后使用。这种钢经调制后具有良好的综合力学性能，既有较高的强度，又有较好的塑性和韧性。电厂结构构件中少数对材质要求较高的部位常用45钢，45钢具有优良的机械和加工性能，但因为含碳量较高，焊接性能不好，需注意焊接工艺，否则容易出现焊接裂缝。如网架球河支座板焊接，最好对球进行加入处理。

结语：在建筑工程施工中选用钢材，只有充分了解各种钢材的基本特质，以及每种钢材在制作过程中详细的技术指标，根据钢材选用的基本原则，选择在不同施工环境、不同施工阶段适合的钢材，既能保证工程的质量，又可以减少工程的投资，实现建筑工程质量达标和施工企业利润的双赢。

参考文献：

[1]《钢结构施工技术与管理》徐培臻王东升中国矿业大学出版社江苏2013.11

作者简介：

王振岩（1983.01），男，助理工程师在滨州黄河河务局（下属山东恒泰工程集团有限公司）主要从事水利水电施工管理工作

武凯：1982.09，男，助理工程师在滨州黄河河务局（下属山东恒泰工程集团有限公司）从事水利水电施工管理工作

董仲祥（1984.10），男，助理工程师在滨州黄河河务局（下属山东恒泰工程集团有限公司）从事水利水电施工管理工作