摘要 钢结构作为不断被广泛应用的形式，逐渐应用于工程各个方面。（钢结构设计培训）本文初步论述，影响钢结构原材料的选用因素。

　　关键词 钢结构；原材料；选用因素

　　1 钢结构定义及应用

　　用型钢或钢板制成基本构件，根据使用要求，通过焊接或螺栓连接等方法，按照一定规律组成的承载结构叫钢结构。

　　钢结构在各项工程建设中的应用广泛，如钢桥、钢厂房、高层建筑和塔轨结构等。在我国，全国市场去年对钢材的总需求达到2.1亿吨，21世纪无疑是钢结构的时代。

　　2 钢结构的主要工作特点

　　1）钢结构自重较轻。

　　2）钢结构工作的可靠性高（强度、塑性、韧性好）。

　　3）材质均匀重力计算的假定比较符合。

　　4）钢结构制作简便施工工期短。

　　5）拱结构密闭性好。

　　6）钢结构耐腐蚀性差。

　　7）钢材耐热但耐火性差。

　　8）低温可能发生脆断。

　　　3 钢结构对原材料的选择

　　钢结构的原材料是钢，但钢的种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构的钢只是其中的一小部分。用于钢结构的钢必须符合一下要求：

　　1）具有较高的抗拉强度fu和屈服点fy。fy是衡量结构承载力的指标，fy高者可减轻结构自重，节约钢材和降低工程造价。fu是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，他直接反映钢材内部组织的优劣，同时f u高可以增加结构的安全保障。

　　SC段S点为屈服点f y。

　　B点为极限抗拉强度或极限强度f u。

　　2）较高的塑形和韧性。塑性和韧性好，结构在静载和动载作用下有足够的应变能力，既可以减轻结构脆性破坏的倾向，又能通过较大的塑性变形调整局部应力，同时又具有较好的重复荷载作用的能力。

　　3）良好的工艺性能（包括冷加工、热加工和可焊性能）良好的工艺性能不但要易于加工成各种形式的结构，而且不致因加工而对结构的强度、塑形、韧性等造成较大的不利影响。

　　此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。

　　　4 各种因素对钢材基本性能的影响

　　4.1 化学成份

　　钢是由各种化学成份组成的，化学成份及其含量对钢的性能有着重要的影响。铁是钢材的基本元素，在碳素结构钢中占99%，虽然碳和其他元素仅占1%，但这对钢材的力学性能起着决定性的影响。碳含量增加，钢的强度提高，而塑形、韧性和疲劳强度下降，同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性。碳虽然是钢材获得足够强度的主要因素，但钢结构中采用的碳素钢对含碳量加以限制，一般不超过0.22%，在焊接结构中还应低于0.20%。

　　硫和磷是钢材中的有害成份，他们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳刚度。氧和氮都是钢中的有害杂质，氧的作用和硫类似，使钢热脆；氮的作用和磷类似使钢冷脆。

　　此外，如果加入了如：铜（Cu）、钒（V）、钛（Ti）、铬（Cr）等5%合金元素则会形成的低合金钢。例如：钒（V）、钛（Ti）的加入能提高钢的强度和抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。

　　4.2 冶金缺陷

　　常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等。偏析是钢中含有硫化物与氧化物等杂质，气孔是浇筑钢锭时，由氧化铁与碳作用所生成的一氧化碳气体不能充分逸出而形成的。这些缺陷都将影响钢材的力学性能。叫猪似的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层，会严重降低钢材的冷弯性能。冶金缺陷对钢材性能的影响，不仅在结构或构件受力工作时表现出来，有时 在加工制作过程中也可表现出来。

　　4.3 钢材硬化

　　冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大塑形变形，从而提高了钢的屈服点，同时降低了钢的塑性和韧性，这种现象称为冷作硬化。随着是时间的增长，其塑性和韧性的下降也会产生时效硬化。在一般钢结构中，不利用硬化所提高的强度，有些重要结构要求对钢材进行人工时效后检验其中冲击韧性，以保证结构具有足够的抗脆性破坏能力。另外，应将局部硬化部分用刨边或扩钻予以消除。

　　4.4 温度影响

　　钢材性能随着温度变动而有所变化。总的趋势是：温度升高，钢材强度降低，应变增大；反之，温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性会降低而变脆。

　　4.5 应力集中

　　钢材的工作性能和力学性能指标是以轴心受拉杆件中应力沿截面均匀分布的情况作为基础的。实际上在钢结构的构件中有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变及钢材内部缺陷等。此时，构件中的应力分布将不再保持保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力，在另外一些区域则应力降低，形成所谓应力集中现象。研究表明，在应力高峰区总是存在着同号的双向或三向应力。应力集中系数越大，变脆的倾向益严重。但由于建筑钢材塑性好，在一定程度上能促使应力进行重分配，使应力分布严重不均匀的现象趋于平缓。故受静荷载作用的构件在常温下工作时，在计算中可以不考虑应力集中的影响。但在负温下或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源，故在设计中应采取措施避免或减小应力集中，并选用质量优良的钢材。

　　4.6 反复荷载作用

　　钢材在反复荷载作用下，结构的抗力及性能都会发生重要变化，甚至发生疲劳破坏。在直接的连续反复的动力荷载作用下，根据试验，钢材的强度将降低，即低于一次静力荷载作用下的拉伸试验的极限强度f u，这种现象称为钢的疲劳。钢的疲劳表现为突然发生的脆性断裂。

　　但是，实际上疲劳破坏是累计损伤的结果。材料总是有“缺陷”的，在反复作用下，先在其缺陷发生塑形变形和硬化而生成一些极小的裂痕，此后这种微观裂痕逐渐发展成宏观裂纹，试件截面削弱，而在裂纹根部出现应力集中现象，使材料处于三向拉抻应力状态，塑性变形收到限制，当反复荷载达到一定的循环次数时，材料终于破坏，并表现为突然的脆性断裂。

　　5 结束语

　　钢材的脆性破坏往往是多种因素影响的结果，例如：当温度降低，荷载速度增大，使用应力较高，特别是这些因素同时存在时，材料或构建就有可能发生脆性断裂。根据现阶段研究情况来看，钢材的合理应用应该是一个由设计、制造及使用等多方面来共同加以防止的事情。

　　研究和分析这些影响的最终目的是了解建筑钢材在什么条件下会意外破坏（脆性破坏），从而可以在选用方面采取措施予以防止。