4.1　钢结构构件的材料选择

4.1.1　钢结构对材料性能的要求

国民经济建设的各行各业几乎都需要钢材，但由于各自用途不同，对钢材性能的要求也各异。用作建筑钢结构的钢材必须具有以下性能:

1．抗拉强度（f_u）和屈服点（f_y）达到设计要求

屈服点（f_y）高可以减小构件截面，减轻结构自重，节约钢材，降低造价。抗拉强度高可以增加结构的安全储备，提高结构的可靠性。

2．钢材的塑性、韧性及耐疲劳性能

较好的塑性可以使结构在破坏前产生较大变形，给人以明显的破坏预兆，从而可以使人们及时发现和采取补救措施，减少损失。较好的塑性还能调整局部高峰应力，使结构产生内力重分布，让结构或构件中某些原先受力不等部分的应力趋于均匀，提高结构的整体承载力。较好的韧性可以使结构在动力冲击荷载作用下破坏时吸收较多的能量，降低脆性破坏的危险程度。较好的耐疲劳性能可以使结构具有较强的抵抗重复荷载的能力。

3．良好的加工性能

良好的加工性能包括冷加工性能、热加工性能和可焊性。建筑钢结构所采用的钢材不但要易于加工成各种形式的结构和构件，而且不致因加工而对结构或构件的强度、塑性、韧性以及耐疲劳性能造成过大的不利影响。

当然，在符合上述性能的条件下，同其他建材一样，建筑钢结构用钢还应该易于生产，价格便宜，以降低造价。根据我国国情和以往工程实践经验，《建筑钢结构设计手册》所推荐的3号钢、16锰钢和15锰钒钢符合上述要求。可供建筑钢结构用钢的品种包括普通大型材、普通中型材、普通小型材、冷弯型钢材、线材、各种厚度钢板、无缝钢管、焊接钢管等。

4.1.2　钢结构住宅用钢类型(www.daowen.com)

由于钢结构住宅具有跨度小（3～6m），层高低（2.8～3m），载重量轻（活荷载2kN/m²）的特性，在选用结构钢材上应以轻型钢结构和小截面的普通钢结构为主。

1．轻型钢结构

轻型钢结构主要指圆钢、小角钢和薄壁型钢组成的结构。薄壁型钢是近几十年来快速发展起来的轻型钢结构，适宜于钢结构住宅的建造。薄壁型钢的支撑构件，一般采用壁厚1.5～5mm的薄钢板，经冷弯或冷轧后制成各种不同截面形式及尺寸的薄壁型钢及其制品。与热轧型钢相比，在相同截面面积的情况下，薄壁型钢的回转半径可增大50％～60％，截面惯性矩和抵抗矩可增大0.5～3.0倍，因而能较合理地利用材料的强度。薄壁型钢用作支撑构件时，能充分利用钢材的强度，用作受弯和受压构件时，可提高构件的承载能力和刚度。薄壁型钢制品还包括厚度在1.2mm以下的各种截面形式的压型钢板，用这类薄钢板加工成的制品构件具有支承和围护两方面的功能。各种断面的角钢、扁钢、轻型工字钢、槽钢和钢管等型材构件及组合件，也可用做轻钢住宅的支承构件。

2．普通型钢结构

相比于大型公共建筑物和厂房，用于住宅结构框架体系的型钢构件截面都较小，以工字型截面型材为例，钢梁高、跨比约1∶20，柱断面宽度、跨度比约1∶15～1∶20，柱子长细比100，根据刚接或绞接不同连接方式可乘以0.5～2的系数。住宅钢结构通常采用冶炼容易、成本低廉的碳素结构钢（Q235钢）或低合金钢（16Mn \16Mnq钢）。梁柱构件截面有很多种类，包括箱型、工字型、H型、L型、圆型及各种设计要求的异型截面（图4-1）。不同截面形式的构件适用于不同受力部位。如工字型截面宽度方向的惯性矩回转半径比高度方向的小得多，一般适用于单向受压构件；矩型截面可有效抵抗双向弯矩，适用于承受重荷载的结构柱；圆形截面各方向贯性矩相同，结构受力合理，且外型美观，对有外观要求的建筑很合适；十字截面加工复杂但很适合做隔墙交叉点的柱子。在应用上，不同的成型方式分热轧一次成型和焊接成型。热轧一次成型的构件材质均匀，质量稳定，目前国内各大型钢铁公司均能生产各类型品种、尺寸的型材。1998年，我国自行筹建的第一条H型钢生产线在马钢建成，使热轧型钢的生产种类赶上国外发达国家水平。焊接型钢是选用不同厚度的钢板，根据设计要求在工厂焊接加工成型钢，这种成型方式可以根据工程项目不同结构部位的受力计算，在不同部位采取不同厚度的钢板，比热轧一次成型产品受力更加合理，可以节约钢材，并可以根据设计要求制作各种异型截面（图4-2），但工厂加工周期比热轧型钢要长。

图4-1　型钢构件截面形式

图4-2　异型焊接钢构件截面形式