土木工程中采用鋼材可以分為鋼筋混凝土用鋼和鋼結(jié)構(gòu)用鋼兩大類，主要由碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼三類加工而成。選用建筑鋼材時，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，考慮結(jié)構(gòu)重要性、施工環(huán)境、建筑物使用環(huán)境、連接方法（焊接或螺栓連接）等因素，選用強(qiáng)度等級和質(zhì)量等級滿足要求的鋼材，以保證結(jié)構(gòu)安全性和耐久性。

7．4．1 建筑鋼材的主要種類

1）碳素結(jié)構(gòu)鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼是碳素鋼中的一類，可加工成各種型鋼、鋼筋和鋼絲，適用于一般工程結(jié)構(gòu)。構(gòu)件可進(jìn)行焊接、螺栓連接和鉚接（現(xiàn)在鉚接連接在建筑工程中很少采用）。

根據(jù)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB／T700—2006），碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法由代表屈服強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號4個部分按順序組成。代表屈服強(qiáng)度的字母Q（漢字“屈”拼音首字母）、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A，B，C，D）、脫氧程度符號（F，b， Z，TZ）。在牌號組成表示方法中，“Z”與“TZ”符號可以省略。例如Q235-A·F，表示鋼材屈服強(qiáng)度不小于235MPa，質(zhì)量等級為A級，脫氧程度為沸騰鋼。

碳素結(jié)構(gòu)鋼的質(zhì)量等級隨A、B、C、D的順序逐級提高。質(zhì)量等級主要根據(jù)鋼材沖擊韌性（夏比V形缺口試驗）的要求來區(qū)分，對冷彎試驗的要求也有所區(qū)別。此外，鋼材的質(zhì)量等級不同，其化學(xué)成分也有所差異，見表7．1。

表7．1 碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號與化學(xué)成分

同一種鋼材，平爐鋼和氧氣轉(zhuǎn)爐鋼質(zhì)量優(yōu)于空氣轉(zhuǎn)爐鋼；特殊鎮(zhèn)靜鋼優(yōu)于鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼優(yōu)于沸騰鋼；隨牌號增加，強(qiáng)度和硬度增加，塑性、韌性和可加工性能逐步降低；同一牌號鋼材質(zhì)量等級越高，鋼的質(zhì)量越好，如Q235C，D級優(yōu)于A、B級，重要結(jié)構(gòu)應(yīng)選用B級以上鋼材。

在焊接結(jié)構(gòu)中，建筑鋼材的焊接性能主要取決于碳含量，因此，焊接承重結(jié)構(gòu)選用鋼材尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。由于A級鋼的碳含量不作為交貨條件（不保證碳含量），碳含量離散性較大，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，因此根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017）第3．3．3條文說明建議，在主要焊接結(jié)構(gòu)中不能使用Q235-A級鋼。碳含量對碳素鋼技術(shù)性質(zhì)的影響如圖7．9所示。

碳是決定鋼材性能的最重要元素，當(dāng)鋼中含碳量在0．8％以下時，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性降低；但當(dāng)含碳量在1．0％以上時，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度反而下降。隨著含碳量的增加，鋼材的焊接性能變差（含碳量大于0．3％時，鋼材可焊性顯著下降），冷脆性和時效敏感性增大，耐大氣銹蝕性下降。

圖7．9 含碳量對碳素鋼性能的影響

σk—抗拉強(qiáng)度；αk—沖擊韌性；δ—伸長率；ψ—斷面收縮率；HB—硬度

2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是脫氧完全的鎮(zhèn)靜鋼，是在碳素結(jié)構(gòu)鋼中加入總量小于5％的合金元素而形成的鋼種。常用的合金元素有硅、錳、鈦、釩、鉻、鎳和銅等，這些合金元素不僅可以提高鋼的強(qiáng)度和硬度，還能改善鋼的塑性和韌性。

根據(jù)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB／T1591—2008）規(guī)定，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼共有8個牌號，分別是Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服強(qiáng)度的字母Q、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）3個部分按順序組成，如Q345A，Q為鋼材屈服強(qiáng)度代號，345為屈服強(qiáng)度數(shù)值，A為質(zhì)量等級代號。需要注意的是，在保證鋼材力學(xué)性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼各牌號A級鋼的C、Si、Mn可不作為交貨條件。

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼除強(qiáng)度高外，還有良好的塑性和韌性，硬度高，耐磨性好，耐腐蝕性能強(qiáng)，耐低溫性能好。一般情況下，其含碳量≤0．2％，因此仍具有較好的可焊性。冶煉碳素鋼的設(shè)備可用來冶煉低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，故冶煉方便，成本低。

采用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，在相同使用條件下，可比碳素結(jié)構(gòu)鋼節(jié)約用鋼量（20％～25％），既有利于減輕結(jié)構(gòu)自重，又可增加使用壽命。

3）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼對有害雜質(zhì)含量（S＜0．035％，P＜0．035％）嚴(yán)格控制，質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼。按冶煉質(zhì)量等級分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼。按含錳量的不同，分為普通含錳量（0．35％～0．80％）和較高含錳量（0．70％～1．20％）兩大類。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號以平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)來表示。含錳量較高的，在表示牌號的數(shù)字后面加注“Mn”；若是沸騰鋼，則在數(shù)字后加注“F”；若是高級優(yōu)質(zhì)鋼，在數(shù)字后加注“A”，特級優(yōu)質(zhì)鋼則在數(shù)字后加注“E”。如：45號鋼——表示平均含碳量為0．45％的鎮(zhèn)靜鋼；45Mn——表示含錳量較高的45號鋼；15F——表示含碳量為0．15％的沸騰鋼。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量高則強(qiáng)度高，但塑性和韌性降低。

根據(jù)《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB／T699—1999）的規(guī)定，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼共有31個牌號，由平爐、氧氣堿性轉(zhuǎn)爐和電弧爐冶煉，除3個牌號是沸騰鋼外，其余都是鎮(zhèn)靜鋼。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼成本高，主要用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件及高強(qiáng)螺栓等，常用30～45號鋼。在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中，用45號鋼作錨具，生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用的碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線用65～80號鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼一般經(jīng)熱處理后再使用，也稱為“熱處理鋼”。

7．4．2 鋼筋混凝土用鋼材

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材主要是普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋等。普通鋼筋主要有熱軋光圓鋼筋（HPB300）、普通熱軋帶肋鋼筋（HRB335，HRB400，HRB500）、細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋（HRBF335，HRBF400，HRBF500）、余熱處理帶肋鋼筋（RRB400）。此外，還有抗震性能較高的普通熱軋帶肋鋼筋，在鋼筋牌號后面帶有字母E，如HRB400E。預(yù)應(yīng)力筋主要有中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋、消除應(yīng)力鋼絲和鋼絞線。

1）熱軋鋼筋

熱軋鋼筋是建筑工程中用量最大的鋼材品種之一，主要用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋，包括熱軋光圓鋼筋和熱軋帶肋鋼筋，其屈服強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足《鋼筋混凝土用鋼 熱軋光圓鋼筋》（GB1499．1—2008）和《鋼筋混凝土用鋼 熱軋帶肋鋼筋》（GB1499．2—2007）的規(guī)定。

熱軋光圓鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，其牌號由HPB（Hotrolledplainbars）和屈服強(qiáng)度特征值構(gòu)成，目前采用的主要是HPB300級。熱軋光圓鋼筋具有強(qiáng)度低但塑性好，伸長率高，便于彎折成型，易焊接等特點，可用作中小型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要受力鋼筋、構(gòu)件箍筋及鋼、木結(jié)構(gòu)的拉桿等，也可作為冷軋帶肋鋼筋的原材料，盤條可作為冷拔低碳鋼絲的原材料。

熱軋帶肋鋼筋是用低合金鋼軋制而成，分為普通熱軋鋼筋和細(xì)晶粒熱軋鋼筋。其牌號分別由HRB（Hotrolledbars）、HRBF（Hotrolledbarsoffinegrains）和屈服強(qiáng)度特征值構(gòu)成。熱軋帶肋鋼筋的強(qiáng)度、塑性、焊接性能均較好，鋼筋表面帶有縱肋和橫肋（圖7．10），從而加強(qiáng)了鋼筋與混凝土之間的握裹力。它主要用作鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋，比使用熱軋光圓鋼筋節(jié)省鋼材40％～50％。

圖7．10 熱軋帶肋鋼筋

2）冷軋帶肋鋼筋

熱軋圓盤條經(jīng)冷軋后，在其表面帶有沿長度方向均勻分布的二面或三面橫肋的鋼筋。冷軋帶肋鋼筋（Coldrolled Ribbed Bar）的牌號由CRB和鋼筋的抗拉強(qiáng)度最小值構(gòu)成，根據(jù)《冷軋帶肋鋼筋》（GB13788—2008），有CRB550、CRB650、CRB800和CRB970共4個牌號，其中， CRB550為普通混凝土用鋼筋，其他牌號為預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼筋。

冷軋帶肋鋼筋的公稱直徑一般為4～12mm，適用于中、小型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件和普通鋼筋混凝土構(gòu)件，也可用于焊接網(wǎng)片。

3）冷軋扭鋼筋

冷軋扭鋼筋是由普通低碳鋼熱軋圓盤鋼筋經(jīng)冷軋扭工藝制成，其表面形狀為連續(xù)的螺旋形，與混凝土的黏結(jié)性能很強(qiáng)，同時具有較高的強(qiáng)度和足夠的塑性。冷軋扭鋼筋有兩個強(qiáng)度等級，分別是CTB550和CTB650。

冷軋扭鋼筋用于混凝土結(jié)構(gòu)時主要以樓板及中小型梁類受彎構(gòu)件為主，尤其適用于樓板。采用冷軋扭鋼筋比采用普通熱軋光圓鋼筋節(jié)省鋼材30％～40％，節(jié)省工時約1／3，降低施工直接費(fèi)用約15％，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4）預(yù)應(yīng)力筋

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件常采用高強(qiáng)度鋼絲或鋼絞線作為主要受力筋。預(yù)應(yīng)力筋除了上述冷軋帶肋鋼筋中的3個牌號CRB650、CRB800和CRB970外，常用的預(yù)應(yīng)力筋還有鋼絲、鋼絞線和螺紋鋼筋等。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條，經(jīng)酸洗、冷拉或再經(jīng)過回火處理等工藝制成。鋼絞線由7根直徑為2．5～5．0mm的高強(qiáng)鋼絲絞捻后經(jīng)過熱處理清除內(nèi)應(yīng)力制成。

（1）預(yù)應(yīng)力鋼絲

預(yù)應(yīng)力鋼絲是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷拉或再經(jīng)回火等工藝處理制成的高強(qiáng)度鋼絲，抗拉強(qiáng)度高達(dá)1470～1770MPa。根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲》（GB／T5223—2014），預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲按加工狀態(tài)分為冷拉鋼絲（WCD）和消除應(yīng)力鋼絲兩類，消除應(yīng)力鋼絲按松弛性能又分為低松弛級鋼絲（WLR）和普通松弛級鋼絲（WNR）。按外形可分為光圓鋼絲（P）、螺旋肋鋼絲（H）和刻痕鋼絲（I）3種?？毯垆摻z為經(jīng)壓痕軋制而成，刻痕后與混凝土握裹力大，可抑制混凝土開裂。

（2）鋼絞線

鋼絞線是用2根、3根或7根2．5～5．0mm的高強(qiáng)碳素鋼絲經(jīng)絞捻后消除內(nèi)應(yīng)力而制成。鋼絞線的機(jī)械性能應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB／T5224—2014）的規(guī)定。

預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線具有強(qiáng)度高、柔性好、無接頭等優(yōu)點，且質(zhì)量穩(wěn)定，安全可靠，施工時不需冷拉和焊接，主要用于大跨度梁、大型屋架、吊車梁、電桿等構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力筋。

（3）預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋

預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋是一種熱軋成帶有不連續(xù)的外螺紋的直條鋼筋，該鋼筋在任意截面處，均可用帶有匹配形狀的內(nèi)螺紋的連接器或錨具進(jìn)行連接和錨固。其公稱直徑有18，25，32， 40，50mm等規(guī)格，強(qiáng)度等級有PSB785、PSB830、PSB930和PSB1080共4級，各項力學(xué)性能應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋》（GB／T20065—2006）的規(guī)定。

7．4．3 鋼結(jié)構(gòu)用鋼材

鋼結(jié)構(gòu)用鋼材主要包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，主要是各種規(guī)格和型號的熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼、鋼管和鋼板等。

1）熱軋型鋼

常用的熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼、H型鋼和部分T型鋼（圖7．11）。

Q-235級熱軋型鋼成本低、強(qiáng)度適中、塑性較好，Q-235B級以上熱軋型鋼可焊性好，因此Q-235級鋼材在鋼結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用。低合金鋼Q345和Q390制成的熱軋型鋼，性能較Q-235級型鋼更好，適用于大跨度、承受動荷載的鋼結(jié)構(gòu)。

圖7．11 熱軋型鋼

2）冷彎薄壁型鋼

建筑工程中常用的冷彎薄壁型鋼采用厚度1．5～6mm薄鋼板或鋼帶（一般采用碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼）經(jīng)冷軋（彎）或模壓而成，部分截面形式如圖7．12所示。

圖7．12 冷彎薄壁型鋼

壓型鋼板是冷彎薄壁型鋼的另一種形式，是用厚度為0．4～2mm的薄鋼板、鍍鋅鋼板、彩色涂層鋼板（表面覆蓋有彩色油漆）經(jīng)冷軋（壓）成的波形板材（圖7．13）。壓型鋼板具有成型靈活、施工速度快、外觀美觀、質(zhì)量小、易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點，廣泛用作屋面及墻面圍護(hù)材料。

圖7．13 壓型鋼板

3）鋼板、鋼帶和鋼管

鋼板是寬厚比很大的矩形板，按軋制工藝不同分為熱軋鋼板和冷軋鋼板兩大類。鋼管主要有無縫鋼管和焊接鋼管兩類。

鋼板按其公稱厚度劃分，有薄板（0．1～4mm）、中板（4～20mm）、厚板（20～60mm）和特厚板（≥60mm）。常用的鋼板有熱軋鋼板、熱軋花紋鋼板、冷軋鋼板、鋼帶等，以及鍍層薄鋼板，如鍍錫鋼板（舊稱馬口鐵）、鍍鋅薄板（俗稱白鐵皮）、鍍鋁鋼板、鍍鉛錫合金鋼板等。熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼厚板是鋼結(jié)構(gòu)的主要用材，而薄板主要用于屋面、墻面或壓型鋼板用材。低合金鋼板主要用于重型結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁和高壓容器等。