4 材料和材料选用

4.1 钢材牌号及标准

1. 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢、Q460、Q345GJ钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700、《低合金高强度结构钢》GB/T 1591和《建筑结构用钢板》GB/T 19879的规定。结构用钢板的厚度和外形尺寸应符合现行国家标准《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T 709的规定。热轧工字钢、槽钢、角钢、H型钢和钢管等型材产品的规格、外形、重量和允许偏差应符合相关的现行国家标准的规定。

2. 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。

3. 对处于外露环境，且对耐腐蚀有特殊要求或在腐蚀性气体和固态介质作用下的承重结构，宜采用Q235NH、Q355NH和Q415NH牌号的耐候结构钢，其性能和技术条件应符合现行国家标准《耐候结构钢》GB/T 4171的规定。

4. 非焊接结构用铸钢件的材质与性能应符合现行国家标准《一般工程用铸造碳钢件》GB/T 11352或《一般工程与结构用低合金铸造件》GB/T 14408的规定；焊接结构用铸钢件的材质与性能应符合现行国家标准《焊接结构用碳素钢铸件》GB/T 7659的规定。

5. 当采用本规范未列出的其它牌号钢材时，宜按照国家现行标准《建筑结构可靠度统一标准》GB50068进行统计分析，也可经研究试验、专家论证、政府行政备案处理，确定其设计强度，作为其材质与性能选用的依据。

4.2 连接材料型号及标准

1. 钢结构用焊接材料应符合下列要求：

1. 手工焊接所用的焊条，应符合国家现行标准《碳钢焊条》GB/T 5117或《低合金钢焊条》GB/T 5118的规定，选择的焊条型号应与主体金属力学性能相适应。

2. 自动焊或半自动焊用焊丝应符合国家现行标准《熔化焊用钢丝》GB/T 14957、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110，及《碳钢药芯焊丝》GB/T 10045、《低合金钢药芯焊丝》GB/T 17493的规定。

3. 埋弧焊用焊丝和焊剂应符合国家现行标准《埋弧焊用碳素钢焊丝和焊剂》GB/T 5293、《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》GB/T 12470的规定。

2. 钢结构用紧固件材料应符合下列要求：

1. 钢结构连接用4.6级与4.8级普通螺栓（C级螺栓）及5.6级与8.8级普通螺栓（A级或B级螺栓），其性能和质量应符合国家现行标准《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T 3098.1和《紧固件公差 螺栓、螺钉、螺柱和螺帽》GB/T 3103.1的规定。C级螺栓与A级、B级螺栓的规格和尺寸应分别符合国家现行标准《六角头螺栓C级》GB/T 5780与《六角头螺栓》GB/T 5782的规定。

2. 圆柱头焊（栓）钉连接件的材质和性能应符合国家现行标准《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》GB/T 10433的规定。

3. 钢结构用大六角高强度螺栓的材质和性能应符合国家现行标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T 1228、《钢结构用高强度大六角螺母》GB/T 1229、《钢结构用高强度垫圈》GB/T 1230、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231的规定。扭剪型高强度螺栓的材质和性能应符合国家现行标准《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632的规定。

4. 螺栓球节点用高强度螺栓的材质和性能应符合国家现行标准《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T 16939的规定。

5. 铆钉应采用国家现行标准《标准件用碳素钢热轧圆钢》YB/T 4155中规定的BL2或BL3号钢制成。

4.3 材料选用

1. 结构钢材的选用应遵循技术可靠、经济合理的原则，综合考虑结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、工作环境、钢材厚度和价格等因素，选用合适的钢材牌号和材性保证项目。

2. 承重结构所用的钢材应具有屈服强度、断后伸长率、抗拉强度、冷弯试验和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳当量的合格保证；对直接承受动力荷载或需验算疲劳的构件所用钢材尚应具有冲击韧性合格保证。

3. 钢材质量等级的选用，应符合下列要求：

1. A级钢仅可用于结构工作温度高于0℃的不需要验算疲劳的结构，且Q235A钢不宜用于焊接结构。

2. 需验算疲劳的焊接结构用钢材，应符合下列要求：

1. 当工作环境温度高于0℃时其质量等级不应低于B级；

2. 当工作环境温度不高于0℃但高于-20℃时，Q235、Q345钢不应低于C级，Q390、Q420及Q460钢不应低于D级；

3. 当工作环境温度不高于-20℃时，Q235钢和Q345钢不应低于D级，Q390钢、Q420钢、Q460钢应选用E级。

3. 需验算疲劳的非焊接结构，其钢材质量等级要求可较上述焊接结构降低一级但不应低于B级。

注：吊车起重量不小于50t的中级工作制吊车梁，其质量等级要求应与需要验算疲劳的构件相同。

4. 工作环境温度不高于-20℃的受拉构件及承重构件的受拉板材，应符合下列要求：

1. 所用钢材厚度或直径不宜大于40mm，质量等级不宜低于C级；
2. 当钢材厚度或直径不小于40mm时，其质量等级不宜低于D级；
3. 重要承重结构的受拉板材宜选建筑结构用钢板。

5. 有抗震设防要求的钢结构，其钢材应符合下列规定：

1. 非性能化设计时，应符合国家现行标准《建筑抗震设计规范》GB50011或《构筑物抗震设计规范》GB50191的规定；
2. 采用性能化设计时，应符合本规范第17.1.6条的规定。

6. 在T形、十字形和角形焊接接头的连接节点中，当其板件厚度不小于40mm且沿板厚方向有较高撕裂拉力作用时（含较高约束拉应力作用），该部位板件钢材宜具有厚度方向抗撕裂性能（Z向性能）的合格保证，其沿板厚方向断面收缩率不小于按现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313规定的Z15级允许限值。钢板厚度方向性能等级应根据节点形式、板厚、熔深或焊缝尺寸、焊接时节点拘束度以及预热后热情况综合确定。

7. 采用塑性设计的结构及进行弯矩调幅的构件，所采用的钢材应符合下列要求：

1. 屈强比不应大于0.85；
2. 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%。

8. 非加劲的直接焊接节点，钢管管材的屈强比不宜大于0.8；与受拉构件焊接连接的钢管，当管壁厚度大于25mm且沿厚度方向受较大拉应力作用时，应采取措施防止层状撕裂。

9. 连接材料的选用应符合以下要求：

1. 焊条或焊丝的型号和性能应与相应母材的性能相适应，其熔敷金属的力学性能不应低于相应母材标准的下限值以及设计规定；
2. 对直接承受动力荷载或需要验算疲劳的结构，以及低温环境下工作的厚板结构，宜采用低氢型焊条；
3. 连接薄钢板采用的自攻螺钉、钢拉铆钉（环槽铆钉）、射钉等应符合有关标准的规定。

10. 柱脚锚栓可选用Q235、 Q345、Q390或强度更高的钢材，其质量等级不宜低于B级。对于工作环境温度不高于-20℃的锚栓应满足本规范第4.3.4条的要求。

4.4 设计指标和设计参数

1. 钢材的设计用强度指标，应根据钢材牌号、厚度或直径按表4.4.1采用。

表4.4.1 钢材的设计用强度指标（N/mm²）

钢材牌号	钢材厚度或直径（mm）	强度设计值	钢材强度	抗拉、抗压、抗弯 \((f)\)	抗剪 \((f_{\rm{v}})\)	端面承压（刨平顶紧） \((f_{{\rm{ce}}})\)	屈服强度 \((f_{\rm{y}})\)	抗拉强度最小值 \((f_{\rm{u}})\)
碳素结构钢	Q235	≤16	215	125	320	235	370
	﹥16，≤40	205	120		225
	﹥40，≤100	200	115		215
低合金高强度结构钢	Q345	≤16	300	175	400	345	470
	﹥16，≤40	295	170		335
	﹥40，≤63	290	165		325
	﹥63，≤80	280	160		315
	﹥80，≤100	270	155		305
Q390	≤16	345	200	415	390	490
	﹥16，≤40	330	190		370
	﹥40，≤63	310	180		350
	﹥63，≤100	295	170		330
Q420	≤16	375	215	440	420	520
	﹥16，≤40	355	205		400
	﹥40，≤63	320	185		380
	﹥63，≤100	305	175		360
Q460	≤16	410	235	470	460	550
	﹥16，≤40	390	225		440
	﹥40，≤63	355	205		420
	﹥63，≤100	340	195		400
建筑结构用钢板	Q345GJ	﹥16，≤35	310	180	415	345	490
	﹥35，≤50	290	170		335
	﹥50，≤100	285	165		325

注：

1. 表中直径指实芯棒材，厚度系指计算点的钢材或钢管壁厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度；

2. 冷弯型材和冷弯钢管，其强度设计值应按国家现行规范《冷弯型钢结构技术规范》GB50018的规定采用。

2. 结构设计用无缝钢管的强度指标按表4.4.2采用。

表4.4.2 结构设计用无缝钢管的强度指标 (N/mm²)

钢管钢材牌号	壁厚	强度设计值	钢管强度	抗拉、抗压和抗弯 \((f)\)	抗剪 \((f_{\rm{v}})\)	端面承压（刨平顶紧） \((f_{{\rm{ce}}})\)	钢材屈服强度 \((f_{\rm{y}})\)	抗拉强度最小值 \((f_{\rm{u}})\)
Q235	≤16	215	125	320	235	375
	﹥16，≤30	205	120		225
	﹥30	195	115		215
Q345	≤16	305	175	400	345	470
	﹥16，≤30	290	170		325
	﹥30	260	150		295
Q390	≤16	345	200	415	390	490
	﹥16，≤30	330	190		370
	﹥30	310	180		350
Q420	≤16	375	220	445	420	520
	﹥16，≤30	355	205		400
	﹥30	340	195		380
Q460	≤16	410	240	470	460	550
	﹥16，≤30	390	225		440
	﹥30	360	210		420

3. 铸钢件的强度设计值按表4.4.3采用。

表4.4.3 铸钢件的强度设计值（N/mm²）

类别	钢号	铸件厚度（mm）	抗拉、抗压和抗弯 \((f)\)	抗剪 \((f_{\rm{v}})\)	端面承压（刨平顶紧） \((f_{{\rm{ce}}})\)
非焊接结构用铸钢件	ZG230-450	≤100	180	105	290
	ZG270-500		210	120	325
	ZG310-570		240	140	370
焊接结构用铸钢件	ZG230-450H	≤100	180	105	290
	ZG275-480H		210	120	310
	ZG300-500H		235	135	325
	ZG390-550H		265	150	355

注：表中强度设计值仅适用于本表规定的厚度。

4. 焊缝的强度设计值按表4.4.4采用。

表4.4.4 焊缝强度设计值（N/mm²）

焊接方法和焊条型号	构件钢材牌号	对接焊缝强度设计值 \((f_{\rm{c}}^{\rm{w}})\)	角焊缝强度设计值 \((f_{\rm{t}}^{\rm{w}})\)	抗压 \((f_{\rm{c}}^{\rm{w}})\)	焊缝质量为下列等级时，抗拉 \((f_{\rm{t}}^{\rm{w}})\)	抗剪 \((f_{\rm{v}}^{\rm{w}})\)	抗拉、抗压和抗剪 \((f_{\rm{f}}^{\rm{w}})\)
		厚度或直径（mm）	一级、二级	三级
自动焊、半自动焊和E43型焊条手工焊	Q235	≤16	215	215	185	125	160
		﹥16，≤40	205	205	175	120
		﹥40，≤60	200	200	170	115
		﹥60，≤100	200	200	170	115
自动焊、半自动焊和E50、E55型焊条手工焊	Q345	≤16	305	305	260	175	200
		﹥16，≤40	295	295	250	170
		﹥40，≤63	290	290	245	165
		﹥63，≤80	280	280	240	160
		﹥80，≤100	270	270	230	155
Q390	≤16	345	345	295	200	200(E50) 220(E55)
		﹥16，≤40	330	330	280	190
		﹥40，≤63	310	310	265	180
		﹥63，≤80	295	295	250	170
		﹥80，≤100	295	295	250	170
自动焊、半自动焊和E55、E60型焊条手工焊	Q420	≤16	375	375	320	215	220(E55) 240(E60)
		﹥16，≤40	355	355	300	205
		﹥40，≤63	320	320	270	185
		﹥63，≤80	305	305	260	175
		﹥80，≤100	305	305	260	175
自动焊、半自动焊和E55、E60型焊条手工焊	Q460	≤16	410	410	350	235	220(E55) 240(E60)
		﹥16，≤40	390	390	330	225
		﹥40，≤63	355	355	300	205
		﹥63，≤80	340	340	290	195
		﹥80，≤100	340	340	290	195
自动焊、半自动焊和E50、E55型焊条手工焊	Q345GJ	﹥16，≤35	310	310	265	180	200
		﹥35，≤50	290	290	245	170
		﹥50，≤100	285	285	240	165

注：

1. 手工焊用焊条、自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属的力学性能不低于母材的性能。

2. 焊缝质量等级应符合国家现行标准《钢结构焊接规范》GB50661的规定，其检验方法应符合国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定。其中厚度小于3.5mm钢材的对接焊缝，不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级。

3. 对接焊缝在受压区的抗弯强度设计值取 \((f_{\rm{c}}^{\rm{w}})\)，在受拉区的抗弯强度设计值取 \((f_{\rm{t}}^{\rm{w}})\)。

4. 表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。

5. 计算下列情况的连接时，上表规定的强度设计值应乘以相应的折减系数；几种情况同时存在时，其折减系数应连乘。

   1. 施工条件较差的高空安装焊缝乘以系数0.9；

   2. 进行无垫板的单面施焊对接焊缝的连接计算应乘折减系数0.85。

5. 设计用螺栓连接的强度值按表4.4.5采用。

表4.4.5 设计用螺栓连接的强度值 (N/mm²)

螺栓的性能等级、锚栓和构件钢材的牌号	普通螺栓	锚栓	承压型连接或网架用高强度螺栓	高强度螺栓钢材的抗拉强度最小值 \(f_{u}^{b}\)
	C级螺栓	A级、B级螺栓
	抗拉 \(f_{t}^{b}\)	抗剪 \(f_{v}^{b}\)	承压 \(f_{c}^{b}\)	抗拉 \(f_{t}^{b}\)
普通螺栓	4.6级、4.8级	170	140	—
	5.6级	—	—	—
	8.8级	—	—	—
锚栓	Q235	—	—	—
	Q345	—	—	—
	Q390	—	—	—
承压型连接高强度螺栓	8.8级	—	—	—
	10.9级	—	—	—
螺栓球节点用高强度螺栓	9.8级	—	—	—
	10.9级	—	—	—
构件钢材牌号	Q235	—	—	305
	Q345	—	—	385
	Q390	—	—	400
	Q420	—	—	425
	Q460	—	—	450
	Q345GJ	—	—	400

注：

1. A级螺栓用于 \(d \leq 24\) mm 和 \(L \leq 10d\) 或 \(L \leq 150\) mm（按较小值）的螺栓；B级螺栓用于 \(d > 24\) mm 和 \(L > 10d\) 或 \(L > 150\) mm（按较小值）的螺栓；\(d\) 为公称直径，\(L\) 为螺栓公称长度。

2. A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度，C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度，均应符合国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的要求。

3. 用于螺栓球节点网架的高强度螺栓，M12～M36为10.9级，M39～M64为9.8级。

6. 铆钉连接的强度设计值按表4.4.6采用。

表4.4.6 铆钉连接的强度设计值（N/mm²）

铆钉钢号和构件钢材牌号	抗拉（钉头拉脱） \(f_{t}^{r}\)	抗剪 \(f_{v}^{r}\)	承压 \(f_{c}^{r}\)
		Ⅰ类孔	Ⅱ类孔
铆钉	BL2或BL3	120	185
构件钢材牌号	Q235	—	—
	Q345	—	—
	Q390	—	—

注：

1. 属于下列情况者为Ⅰ类孔：

   1. 在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；

   2. 在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔；

   3. 在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔。

2. 在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔属于Ⅱ类孔。

3. 计算下列情况的连接时，上表规定的强度设计值应乘以相应的折减系数；几种情况同时存在时，其折减系数应连乘：

   1. 施工条件较差的铆钉连接乘以系数0.9；

   2. 沉头和半沉头铆钉连接乘以系数0.8。

7. 钢材和铸钢件的物理性能指标应按表4.4.7采用。

表4.4.7 钢材和铸钢件的物理性能指标

钢材种类	弹性模量 \(E\) (N/mm²)	剪切模量 \(G\) (N/mm²)	线膨胀系数 \(\alpha\)（以每℃计）	质量密度 \(\rho\) (kg/m³)
钢材和铸钢件	\(206 \times 10^3\)	\(79 \times 10^3\)	\(12 \times 10^{-6}\)	7850