土木工程中采用钢材可以分为钢筋混凝土用钢和钢结构用钢两大类，主要由碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢三类加工而成。选用建筑钢材时，需要根据结构设计要求，考虑结构重要性、施工环境、建筑物使用环境、连接方法（焊接或螺栓连接）等因素，选用强度等级和质量等级满足要求的钢材，以保证结构安全性和耐久性。
7．4．1 建筑钢材的主要种类
1）碳素结构钢
碳素结构钢是碳素钢中的一类，可加工成各种型钢、钢筋和钢丝，适用于一般工程结构。构件可进行焊接、螺栓连接和铆接（现在铆接连接在建筑工程中很少采用）。
根据《碳素结构钢》（GB／T700—2006），碳素结构钢的牌号表示方法由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号4个部分按顺序组成。代表屈服强度的字母Q（汉字“屈”拼音首字母）、屈服强度数值、质量等级符号（A，B，C，D）、脱氧程度符号（F，b， Z，TZ）。在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号可以省略。例如Q235-A·F，表示钢材屈服强度不小于235MPa，质量等级为A级，脱氧程度为沸腾钢。
碳素结构钢的质量等级随A、B、C、D的顺序逐级提高。质量等级主要根据钢材冲击韧性（夏比V形缺口试验）的要求来区分，对冷弯试验的要求也有所区别。此外，钢材的质量等级不同，其化学成分也有所差异，见表7．1。
表7．1 碳素结构钢牌号与化学成分
同一种钢材，平炉钢和氧气转炉钢质量优于空气转炉钢；特殊镇静钢优于镇静钢，镇静钢优于沸腾钢；随牌号增加，强度和硬度增加，塑性、韧性和可加工性能逐步降低；同一牌号钢材质量等级越高，钢的质量越好，如Q235C，D级优于A、B级，重要结构应选用B级以上钢材。
在焊接结构中，建筑钢材的焊接性能主要取决于碳含量，因此，焊接承重结构选用钢材尚应具有碳含量的合格保证。由于A级钢的碳含量不作为交货条件（不保证碳含量），碳含量离散性较大，焊接质量不稳定，因此根据《钢结构设计规范》（GB50017）第3．3．3条文说明建议，在主要焊接结构中不能使用Q235-A级钢。碳含量对碳素钢技术性质的影响如图7．9所示。
碳是决定钢材性能的最重要元素，当钢中含碳量在0．8％以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1．0％以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0．3％时，钢材可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。
图7．9 含碳量对碳素钢性能的影响
σk—抗拉强度；αk—冲击韧性；δ—伸长率；ψ—断面收缩率；HB—硬度
2）低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢是脱氧完全的镇静钢，是在碳素结构钢中加入总量小于5％的合金元素而形成的钢种。常用的合金元素有硅、锰、钛、钒、铬、镍和铜等，这些合金元素不仅可以提高钢的强度和硬度，还能改善钢的塑性和韧性。
根据《低合金高强度结构钢》（GB／T1591—2008）规定，低合金高强度结构钢共有8个牌号，分别是Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690。低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服强度的字母Q、屈服强度数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）3个部分按顺序组成，如Q345A，Q为钢材屈服强度代号，345为屈服强度数值，A为质量等级代号。需要注意的是，在保证钢材力学性能满足国家标准规定时，低合金高强度结构钢各牌号A级钢的C、Si、Mn可不作为交货条件。
低合金高强度结构钢除强度高外，还有良好的塑性和韧性，硬度高，耐磨性好，耐腐蚀性能强，耐低温性能好。一般情况下，其含碳量≤0．2％，因此仍具有较好的可焊性。冶炼碳素钢的设备可用来冶炼低合金高强度结构钢，故冶炼方便，成本低。
采用低合金高强度结构钢，在相同使用条件下，可比碳素结构钢节约用钢量（20％～25％），既有利于减轻结构自重，又可增加使用寿命。
3）优质碳素结构钢
优质碳素结构钢对有害杂质含量（S＜0．035％，P＜0．035％）严格控制，质量稳定，性能优于碳素结构钢。按冶炼质量等级分为优质钢、高级优质钢和特级优质钢。按含锰量的不同，分为普通含锰量（0．35％～0．80％）和较高含锰量（0．70％～1．20％）两大类。
优质碳素结构钢的牌号以平均含碳量的万分数来表示。含锰量较高的，在表示牌号的数字后面加注“Mn”；若是沸腾钢，则在数字后加注“F”；若是高级优质钢，在数字后加注“A”，特级优质钢则在数字后加注“E”。如：45号钢——表示平均含碳量为0．45％的镇静钢；45Mn——表示含锰量较高的45号钢；15F——表示含碳量为0．15％的沸腾钢。
优质碳素结构钢的性能主要取决于含碳量，含碳量高则强度高，但塑性和韧性降低。
根据《优质碳素结构钢》（GB／T699—1999）的规定，优质碳素结构钢共有31个牌号，由平炉、氧气碱性转炉和电弧炉冶炼，除3个牌号是沸腾钢外，其余都是镇静钢。
优质碳素结构钢成本高，主要用于重要结构的钢铸件及高强螺栓等，常用30～45号钢。在预应力钢筋混凝土中，用45号钢作锚具，生产预应力钢筋混凝土用的碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线用65～80号钢。优质碳素结构钢一般经热处理后再使用，也称为“热处理钢”。
7．4．2 钢筋混凝土用钢材
钢筋混凝土结构用钢材主要是普通钢筋和预应力筋等。普通钢筋主要有热轧光圆钢筋（HPB300）、普通热轧带肋钢筋（HRB335，HRB400，HRB500）、细晶粒热轧带肋钢筋（HRBF335，HRBF400，HRBF500）、余热处理带肋钢筋（RRB400）。此外，还有抗震性能较高的普通热轧带肋钢筋，在钢筋牌号后面带有字母E，如HRB400E。预应力筋主要有中强度预应力钢丝、预应力螺纹钢筋、消除应力钢丝和钢绞线。
1）热轧钢筋
热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，主要用于钢筋混凝土结构的配筋，包括热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋，其屈服强度等技术指标应满足《钢筋混凝土用钢 热轧光圆钢筋》（GB1499．1—2008）和《钢筋混凝土用钢 热轧带肋钢筋》（GB1499．2—2007）的规定。
热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成，其牌号由HPB（Hotrolledplainbars）和屈服强度特征值构成，目前采用的主要是HPB300级。热轧光圆钢筋具有强度低但塑性好，伸长率高，便于弯折成型，易焊接等特点，可用作中小型钢筋混凝土结构的主要受力钢筋、构件箍筋及钢、木结构的拉杆等，也可作为冷轧带肋钢筋的原材料，盘条可作为冷拔低碳钢丝的原材料。
热轧带肋钢筋是用低合金钢轧制而成，分为普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋。其牌号分别由HRB（Hotrolledbars）、HRBF（Hotrolledbarsoffinegrains）和屈服强度特征值构成。热轧带肋钢筋的强度、塑性、焊接性能均较好，钢筋表面带有纵肋和横肋（图7．10），从而加强了钢筋与混凝土之间的握裹力。它主要用作钢筋混凝土结构的受力钢筋，比使用热轧光圆钢筋节省钢材40％～50％。
图7．10 热轧带肋钢筋
2）冷轧带肋钢筋
热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的二面或三面横肋的钢筋。冷轧带肋钢筋（Coldrolled Ribbed Bar）的牌号由CRB和钢筋的抗拉强度最小值构成，根据《冷轧带肋钢筋》（GB13788—2008），有CRB550、CRB650、CRB800和CRB970共4个牌号，其中， CRB550为普通混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。
冷轧带肋钢筋的公称直径一般为4～12mm，适用于中、小型预应力钢筋混凝土构件和普通钢筋混凝土构件，也可用于焊接网片。
3）冷轧扭钢筋
冷轧扭钢筋是由普通低碳钢热轧圆盘钢筋经冷轧扭工艺制成，其表面形状为连续的螺旋形，与混凝土的黏结性能很强，同时具有较高的强度和足够的塑性。冷轧扭钢筋有两个强度等级，分别是CTB550和CTB650。
冷轧扭钢筋用于混凝土结构时主要以楼板及中小型梁类受弯构件为主，尤其适用于楼板。采用冷轧扭钢筋比采用普通热轧光圆钢筋节省钢材30％～40％，节省工时约1／3，降低施工直接费用约15％，经济效益明显。
4）预应力筋
预应力混凝土构件常采用高强度钢丝或钢绞线作为主要受力筋。预应力筋除了上述冷轧带肋钢筋中的3个牌号CRB650、CRB800和CRB970外，常用的预应力筋还有钢丝、钢绞线和螺纹钢筋等。预应力高强钢丝采用优质碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经过回火处理等工艺制成。钢绞线由7根直径为2．5～5．0mm的高强钢丝绞捻后经过热处理清除内应力制成。
（1）预应力钢丝
预应力钢丝是用优质碳素结构钢冷拉或再经回火等工艺处理制成的高强度钢丝，抗拉强度高达1470～1770MPa。根据《预应力混凝土用钢丝》（GB／T5223—2014），预应力混凝土用钢丝按加工状态分为冷拉钢丝（WCD）和消除应力钢丝两类，消除应力钢丝按松弛性能又分为低松弛级钢丝（WLR）和普通松弛级钢丝（WNR）。按外形可分为光圆钢丝（P）、螺旋肋钢丝（H）和刻痕钢丝（I）3种。刻痕钢丝为经压痕轧制而成，刻痕后与混凝土握裹力大，可抑制混凝土开裂。
（2）钢绞线
钢绞线是用2根、3根或7根2．5～5．0mm的高强碳素钢丝经绞捻后消除内应力而制成。钢绞线的机械性能应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB／T5224—2014）的规定。
预应力混凝土用钢丝和钢绞线具有强度高、柔性好、无接头等优点，且质量稳定，安全可靠，施工时不需冷拉和焊接，主要用于大跨度梁、大型屋架、吊车梁、电杆等构件的预应力筋。
（3）预应力螺纹钢筋
预应力螺纹钢筋是一种热轧成带有不连续的外螺纹的直条钢筋，该钢筋在任意截面处，均可用带有匹配形状的内螺纹的连接器或锚具进行连接和锚固。其公称直径有18，25，32， 40，50mm等规格，强度等级有PSB785、PSB830、PSB930和PSB1080共4级，各项力学性能应符合《预应力混凝土用螺纹钢筋》（GB／T20065—2006）的规定。
7．4．3 钢结构用钢材
钢结构用钢材主要包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢，主要是各种规格和型号的热轧型钢、冷弯薄壁型钢、钢管和钢板等。
1）热轧型钢
常用的热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢、H型钢和部分T型钢（图7．11）。
Q-235级热轧型钢成本低、强度适中、塑性较好，Q-235B级以上热轧型钢可焊性好，因此Q-235级钢材在钢结构中被广泛应用。低合金钢Q345和Q390制成的热轧型钢，性能较Q-235级型钢更好，适用于大跨度、承受动荷载的钢结构。
图7．11 热轧型钢
2）冷弯薄壁型钢
建筑工程中常用的冷弯薄壁型钢采用厚度1．5～6mm薄钢板或钢带（一般采用碳素结构钢或低合金结构钢）经冷轧（弯）或模压而成，部分截面形式如图7．12所示。
图7．12 冷弯薄壁型钢
压型钢板是冷弯薄壁型钢的另一种形式，是用厚度为0．4～2mm的薄钢板、镀锌钢板、彩色涂层钢板（表面覆盖有彩色油漆）经冷轧（压）成的波形板材（图7．13）。压型钢板具有成型灵活、施工速度快、外观美观、质量小、易于工业化生产等特点，广泛用作屋面及墙面围护材料。
图7．13 压型钢板
3）钢板、钢带和钢管
钢板是宽厚比很大的矩形板，按轧制工艺不同分为热轧钢板和冷轧钢板两大类。钢管主要有无缝钢管和焊接钢管两类。
钢板按其公称厚度划分，有薄板（0．1～4mm）、中板（4～20mm）、厚板（20～60mm）和特厚板（≥60mm）。常用的钢板有热轧钢板、热轧花纹钢板、冷轧钢板、钢带等，以及镀层薄钢板，如镀锡钢板（旧称马口铁）、镀锌薄板（俗称白铁皮）、镀铝钢板、镀铅锡合金钢板等。热轧碳素结构钢厚板是钢结构的主要用材，而薄板主要用于屋面、墙面或压型钢板用材。低合金钢板主要用于重型结构、大跨度桥梁和高压容器等。
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