隨著經(jīng)濟的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用越來越廣泛，設(shè)計者必須掌握與此相關(guān)的各種知識。本文論述的幾個問題是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的基本問題。從表面上看，這些問題非常簡單，但很多設(shè)計者在處理這些問題時不能把握。究其原因，這些問題看起來簡單，但其內(nèi)涵非常豐富，涉及許多非結(jié)構(gòu)專業(yè)問題。筆者翻閱了相關(guān)資料，討論了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常遇到的基本問題。希望對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計師有所幫助。

1鋼材的選定

很多設(shè)計者在設(shè)計時說明鋼材的選定時，鋼材選擇Q235-B，其抗拉強度、屈服點、伸長率、碳、硫、磷的極限含量應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，保證其可焊性。這種說法是不正確的。其錯誤的原因是我國目前的鋼制產(chǎn)品標準不熟悉，舊標準混淆。目前，我國建筑鋼材一般只有碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼兩種，其相應(yīng)國家標準為碳結(jié)構(gòu)鋼(GB700-88)和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T1591-94)。以前常說的3號鋼和16Mn鋼分別是碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。根據(jù)(GB700-88)碳結(jié)構(gòu)鋼分為Q195、Q215、Q225、0235、Q275、0235分為a、b、c、D級4個質(zhì)量等級，即Q235-A~D.A級鋼不進行沖擊試驗，但b、c、d級分別保證20、0、-20℃時v型沖擊功能在27J.

沖擊功能的大小反映了材料的韌性，在研究船舶脆性試驗中v型沖擊功能在最低使用溫度下為13.7J以下因此，在設(shè)計承受動力負荷的結(jié)構(gòu)時，必須根據(jù)環(huán)境溫度選擇不同水平的鋼材。如果我們選用了Q235-B，那么只要它是符合標準的產(chǎn)品，則鋼材的屈服點、抗拉強度、伸長率、碳、硫、磷等化學(xué)成分，冷彎試驗值、V型沖擊功試驗值都是有保證的（即以前所說的5項保證），不必另行強調(diào)。因此，正確的說法是鋼材選擇Q235-B，其性能必須符合國家標準(GB700-88)的規(guī)定�！�

要特別提到的是：在國家標準（GB700-88）中第5.1.1.5條注明：“在保證鋼材力學(xué)性能符合本標準規(guī)定情況下，各牌號A級鋼的碳、錳、硅含量和各牌號其他等級鋼碳、錳含量下限可以不作為交貨條件，但其含量（熔煉分析）應(yīng)在質(zhì)量證明書中注明�！边@就表明A級鋼的碳、錳、硅含量是不保證的。在國家標準（GB700;88）中第5A.1.3條注明：“各牌號A級鋼的冷彎試驗，在需方有要求時才進行。當(dāng)冷彎試驗合格時，抗拉強度上限可以不作為交貨條件。”由于碳含量對鋼材的可焊性影響很大，從表面上看，既然A級鋼的碳、錳、硅含量不保證，那么Q235-A是不能用于焊接結(jié)構(gòu)的，似乎Q235-A是一種質(zhì)量很差的鋼材，除平臺板和支撐構(gòu)件外，幾乎很少場合可以用Q235-A.事實并非如此。壓力容器應(yīng)該是典型的焊接結(jié)構(gòu)，對其性能的要求也比普通建筑鋼結(jié)構(gòu)要嚴格。

但中國最新的壓力容器標準鋼制壓力容器(GB150-1998)明確規(guī)定壓力≤1.0MPa，溫度0-350℃，殼體厚度≤16mm時，除了極度危害介質(zhì)的壓力容器外，還可以使用Q235-A(這個標準是4.2.2這表明Q235-A可用于焊接結(jié)構(gòu)。除了像起重機梁這樣以動負荷為主要負荷的承載結(jié)構(gòu)外，一般對沖擊韌性沒有特殊要求的承載結(jié)構(gòu)可以選擇Q235-A.首先，評價鋼材的焊接性，不僅是碳含量，還是碳當(dāng)量決定。目前，符合我國生產(chǎn)標準的Q235-A.其碳量不超過0.45%，其焊接性得到保證，可用于焊接結(jié)構(gòu)。

綜上所述，Q235-A可用于焊接耐力結(jié)構(gòu)，但不能用于低溫環(huán)境和動負荷大的結(jié)構(gòu)(即對材料韌性要求高的結(jié)構(gòu))。這一點已經(jīng)為大量的工程實踐所證明。當(dāng)然，選擇Q235-A時，必須追加冷彎試驗合格的保證，根據(jù)質(zhì)量保證書計算碳量是否滿足要求。為了可靠，板材的厚度一般不得超過16mm。目前，國內(nèi)鋼材市場Q235系列板材和型材多為Q235-A。不分場合，所有耐力結(jié)構(gòu)選擇Q235-B~D。不僅工程成本上升，而且給材料購買帶來麻煩，延誤工期也不好。

2焊接檢查

結(jié)構(gòu)母材和焊接材料選定后，必須確定焊接質(zhì)量等級。選擇合適的質(zhì)量等級是非常重要的，不恰當(dāng)?shù)靥岣吆附淤|(zhì)量等級會提高工程成本。

考慮到現(xiàn)有焊接技術(shù)在焊接過程中不能避免焊接缺陷的發(fā)生，必須采取一定的措施將焊接缺陷控制在允許的范圍內(nèi)。實踐證明，制定焊接缺陷的質(zhì)量要求標準制約是有效的手段�！朵摻Y(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量檢驗規(guī)范》(GB50205)將焊接質(zhì)量等級分為一、二、三三個等級。經(jīng)過檢查，焊接缺陷不超過要求水平的各項規(guī)定，在焊接過程中控制了焊接缺陷。

對于建筑鋼結(jié)構(gòu)，焊縫質(zhì)量要達到一級標準是很困難的。特別是在采用手工電弧焊且剖口較深時，一般的焊工很難做到。在實際工程中，除了大跨度重級工作制吊車梁的下翼緣對接，以及大跨度鋼橋的受拉構(gòu)件的對接這種對質(zhì)量要求很高的焊縫要求一級焊縫以外，其他場合很少用到一級，一般都要求二級。

對于角焊縫，除了在要求熔透的情況（如對于輪壓較大的吊車梁的上翼緣和腹板連接的角焊縫），其質(zhì)量等級要求二級外，其他場合一般都用三級。

在《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205）中，3個質(zhì)量等級對于焊縫的內(nèi)部缺陷檢驗、外觀質(zhì)量標準及檢驗方法都作了明確的規(guī)定：設(shè)計要求全焊透的一、二級焊縫應(yīng)采用超聲波探傷進行內(nèi)部缺陷的檢驗。焊縫內(nèi)部缺陷分級及探傷方法應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準《鋼焊縫手工超聲波探傷方法及質(zhì)量分級法》（GB11345）的規(guī)定，對于一、二級焊縫的探傷結(jié)果應(yīng)符合表1的規(guī)定。

在CB11345中檢驗等級分為A、B、C3個級別，評定等級分為I、II、III、Ⅳ4個級別。所謂檢驗等級就是檢驗方法（有的設(shè)計手冊把焊縫質(zhì)量等級和檢驗等級混為一談，出現(xiàn)“一級焊縫應(yīng)符合檢驗等級中的B級”這樣明顯的錯誤）。焊縫中缺陷的位置、形狀和方向直接影響缺陷的聲反射信號強度。由于缺陷的任意性，超聲波檢測焊接的方向越多，波束與缺陷平面垂直的概率越高，缺陷的檢測率也越高。根據(jù)探測方向(根據(jù)探測角度、探測側(cè)、探測面和探測移動角度等)的多少，分為a、b、C3個等級，體現(xiàn)了檢測的完善度，根據(jù)a、b、c逐步提高，其檢測工作的難易度系數(shù)也逐步提高(a為1，b為5-6，c為10~12)。各級探傷面、探傷側(cè)、探傷角度、探傷方法等在GB11345中有明確的規(guī)定。對于建筑鋼結(jié)構(gòu)和壓力容器，目前我國超聲波探傷的檢查等級均為b級。檢查方法(即檢查等級)確定后，通過該方法檢測焊接中的缺陷，對其結(jié)果進行等級分類，即評價等級。焊接宏觀質(zhì)量控制，缺陷尺寸超過1mm具有實際意義。CB11345根據(jù)缺陷的長度根據(jù)表2的規(guī)定進行評價。表2中的12、8/3等是超聲波探傷儀測定的缺陷尺寸。

3螺栓

建筑鋼結(jié)構(gòu)所用的螺栓有兩大類，即普通螺栓和高強度螺栓。普通螺栓和高強螺栓的主要區(qū)別在于其機械性能不同，即性能等級不同。設(shè)計中經(jīng)常明確記載的高強度螺栓8.8級，8.8是性能等級，小數(shù)點前的數(shù)字8表示該螺栓材料熱處理后的拉伸強度為800次MPa，小數(shù)點后的數(shù)字8表示該材料的拉伸強度比(拉伸強度和拉伸強度比值)0.8、10.9級表示該材料的拉伸強度為1000MPa，拉伸強度比為0.9.拉伸強度比大，材料韌性差，不應(yīng)重復(fù)使用。特別是10.9級只能用一次。目前，國使用的高強度螺栓只有8.8級和10.9級，8.8s和10.9s.普通螺栓用Q235(通常用Q235-B保證良好的韌性)性能等級為4.6，用Q345為6.6級。普通螺栓一般在設(shè)計時不注明性能等級，只注明鋼號。

一些設(shè)計者在設(shè)計說明中經(jīng)常寫道高強度螺栓采用壓力型高強度螺栓10.9s，這是不正確的說法。對于設(shè)計者只要給出高強度螺栓的性能等級和連接材料摩擦面的抗滑移系數(shù)即可。無需規(guī)定廠家采用哪種螺栓。當(dāng)然，如果有必要，建議使用大六角頭高強度螺栓或扭剪型高強度螺栓。

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