（完整版）轻型房屋钢结构技术手册（门钢与轻钢住宅）12月22日重排版

（完整版）轻型房屋钢结构技术手册（门钢与轻钢住宅）12月
22日重排版
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轻型房屋钢结构实用技术手册
（门式刚架轻钢住宅）
魏潮文弓晓芸陈友泉
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第一篇概述
第一章材料
第一节结构钢材
在门式刚架轻型房屋钢结构及轻钢住宅中所用钢材主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢，其标号（牌号）按屈服强度级别表示，如Q235,Q345,标号中的数字表示其屈服强度（Mpa）;按质量等级Q235分为A、B、C、D 四个等级,Q345分为A、B、C、D、E五个等级，分别对应于相应的化学成分、冲击功及脱氧方法等，以便于应用。

1.1.1-1普通碳素结构钢
普通碳素结构钢当采用Q235时，其化学成分及力学性能均应符合现行国家标准《碳素结构钢》
（GB/T700-1988）的规定。

Q235钢按化学成分含量或限值的不同，以及脱氧（冶炼）方法与冲击韧性的不同分为A、B、C 、D四个等级，其脱氧方法分别以符号F、b、Z、TZ表示沸腾、半镇静钢及镇静钢、特殊镇静钢，因此在设计中应注明所用钢材的牌号、级别，对Q235A、B级钢尚应注明脱氧方法，如Q235B（即Q235BZ，对于镇静钢可不注脱氧方法的符号Z），Q235AF，Q235BF等。

Q235级钢的力学性能、冷弯性能及化学成分要求分别见表1.1.1-1～表1.1.1-3。

表1.1.1-1 Q235级钢力学性能
表1.1.1-2 Q235级钢冷弯性能
注：B为试样宽度；a为钢材厚度（直径）。

表1.1.1-3 Q235级钢化学成分
注：A级钢含碳量、含锰量及B、C、D级钢碳锰含量下限在保证力学性能条件下可不作交货条件。

1.1.1-2低合金结构钢
采用牌号Q345时，其力学性能及化学成分均应符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T1591－1994）的规定，且亦按化学成分、伸长率及冲击功等的不同分为A、B、C、D、E等五个等级，在设计中亦应注明所选用的牌号及等级，如Q345A或Q345C等；其力学性能及化学成分要求分别见表1.1.1-4、表1.1.1-5。

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表1.1.1-4 Q345级钢的力学性能 mm
表1.1.1-5 Q345级钢的化学成分
1.1.1-3钢材选用
1．为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。

承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。

当采用其他牌号的钢材时，应符合相应有关标准的规定和要求。

下列情况的承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢：
1）焊接结构
（1）直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构。

（2）工作温度低于-20℃时的直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳的结构以及承受静力荷载的受弯及受拉的重要承重结构。

（3）工作温度等于或低于-30℃的所有承重结构。

2）非焊接结构。

工作温度等于或低于-20℃的直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构。

因沸腾钢脱氧不充分，含氧量较高，内部组织不够致密，硫、磷的偏析大，氮是以固溶氮的形式存在，故冲击韧性较低，冷脆性和时效倾向亦大。

因此，需对其使用范围加以限制。

由于沸腾钢在低温时和动力荷载作用下容易发生脆断，根据我国多年的实践经验，而规定上述不能采用沸腾钢的具体界限。

目前连铸钢材已没有沸腾钢，但尚有少量小厂采用模铸，因此国家标准《碳素结构钢》（GB/T700-1988）中仍有沸腾钢。

实际上沸腾钢的价格不比镇静钢便宜，工程上已极少采用。

所谓工作温度通常是指《采暖通风与空调设计规范》（GBJ19-87）（2001年版）中所列的最低日平均温度。

2. 承1重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。

焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。

1）抗拉强度。

钢材的抗拉强度是衡量钢材抵抗拉断的性能指标，它不仅是一般强度的指标，而且直接反映钢材内部组织的优劣，并与疲劳强度有着比较密切的关系。

2）伸长率。

钢材的伸长率是衡量钢材塑性性能的指标。

钢材的塑性是在外力作用下产生永久变形时抵抗断裂的能力。

因此，承重结构用的钢材，不论在静力荷载或动力荷载作用下，以及在加工制作过程中，除了应具有较高的强度外，尚应要求具有足够的伸长率。

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3）屈服强度（或屈服点）。

钢材的屈服强度（或屈服点）是衡量结构的承载能力和确定强度设计值的重要指标。

碳素结构钢和低合金结构钢在受力到达屈服强度（或屈服点）以后，应变急剧增长，从而使结构的变形迅速增加以致不能继续使用。

所以钢结构的强度设计值一般都是以钢材屈服强度（或屈服点）为依据而确定的。

对于一般非承重或由构造决定的构件，只要保证钢材的抗拉强度和伸长率即能满
足要求；对于承重的结构则必须具有钢材的抗拉强度、伸长率、屈服强度（或屈服点）三项合格的保证。

4）冷弯试验。

钢材的冷弯试验是塑性指标之一，同时也是衡量钢材质量的一个综合性指标。

通过冷弯试验，可以检验钢材颗粒组织、结晶情况和非金属夹杂物分布等缺陷，在一定程度上也是鉴定焊接性能的一个指标。

结构在制作、安装过程中要进行冷加工，尤其是焊接结构焊后变形的调直等工序，都需要钢材有较好的冷弯性能。

而非焊接的重要结构（如吊车梁、吊车桁架、有振动设备或有大吨位吊车厂房的屋架、托架，大跨度重型桁架等）以及需要弯曲成型的构件等，亦都要求具有冷弯试验合格的保证。

5）硫、磷含量。

硫、磷都是建筑钢材中的主要杂质，对钢材的力学性能和焊接接头的裂纹敏感性都有较大影响。

硫能生成易于熔化的硫化铁，当热加工或焊接的温度达到800～1200 ℃时，可能出现裂纹，称为热脆；硫化铁又能形成夹杂物，不仅促使钢材起层，还会引起应力集中，降低钢材的塑性和冲击韧性。

硫又是钢中偏析最严重的杂质之一，偏析程度越大越不利。

磷是以固溶体的形式溶解于铁素体中，这种固溶体很脆，加以磷的偏析比硫更严重，形成的富磷区促使钢变脆（冷脆），降低钢的塑性、韧性及可焊性。

因此，所有承重结构对硫、磷的含量均应有合格保证。

6）碳含量。

在焊接结构中，建筑钢的焊接性能主要取决于碳含量，碳的合适含量宜控制在0.12%～0.2%之间，超出该范围的幅度愈多，焊接性能变差的程度愈大。

因此，对焊接承重结构尚应具有碳含量的合格保证。

近来，一些建设单位希望在焊接结构中用Q235-A代替Q235-B，这显然是不合适的。

国家标准《碳素结构钢》GB/T700及其第1号修改通知单（自1992年10月1日起实行）都明确规定Q235A级钢的碳含量不作为交货条件，但应在熔炼分析中注明。

从法规意义上讲，不作为交货条件就是不保证，即使在熔炼分析中的碳含量符合规定要求，亦只能被认为仅供参考，可能离散性较大焊接质量就不稳定。

也就是说若将Q235-A·F钢用于重要的焊接结构上发生事故后，钢材生产
厂在法律上是不负任何责任的，因为在交货单上明确规定碳含量是不作为交货条件的。

现在世界各国钢材质量普遍提高，日本最近专门制定了建筑钢材的系列（SN钢）。

为了确保工程质量，促使提高钢材质量，防止建筑市场上以次充好的不正常现象，对焊接结构一定要保证碳含量，在主要焊接结构中不能使用Q235-A级钢。

冲击韧性是衡量钢材断裂时所做功的指标，其值随金属组织和结晶状态的改变而急剧变化。

钢中的非金属夹杂物、带状组织、脱氧不良等都将给钢材的冲击韧性带来不良影响。

冲击韧性是钢材在冲击荷载或多向拉应力下具有可靠性能的保证，可间接反映钢材抵抗低温、应力集中、多向拉应力、加荷速率（冲击）和重复荷载等因素导致脆断的能力。

对其他重要的受拉和受弯焊接构件，由于有焊接残余拉应力存在，往往出现多向拉应力场，尤其是构件的板厚较大时，轧制次数少，钢材中的气孔和夹渣比薄板多，存在较多缺陷，因而有发生脆性破坏的危险。

国外对此种构件的钢材，一般均有冲击韧性合格的要求。

根据我国钢材标准，焊接构件应至少采用Q235的B级钢材（因Q235-A 的含碳量不作为交货条件，这是焊接结构所不容许的）常温冲击韧性自然满足，不必专门提出。

所以，建议当采用厚度较大的Q345钢材制作此种构件时，宜提出具有冲击韧性的合格保证。

3. 常用钢材产品标准及选用品种规格时的注意事项
1）常用品种标准
（1）钢材牌号
《碳素结构钢》（GB/T700-1988）
《低合金高强度结构钢》（GB/T1519-1994）
（2）钢材品种与规格
《高层建筑结构用钢板》（YB4104-2000），厚度16～100mm；
《热轧H型纲和剖分T型钢》（GB/T11263-1998），截面最大高度700 mm；
《热轧工字钢》（GB/T706-1988），截面最大高度630 mm；
《热轧槽钢》（GB/T707-1988），截面最大高度400mm；
《热轧等边角钢》（GB/T9787-1988），最大规格L200×200×24；
《热轧不等边角钢》（GB/T9788-1988），最大规格L200×125×18；
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《热轧圆钢、方钢》（GB702-1986），最大直径或边长为60 mm；
《热轧钢板和钢带》（GB/T709-1988），最大厚度为200 mm；
《花纹钢板》(GB/T3277-1991),基本厚度2.5～8.0 mm；
《结构用无缝钢管》(GB/T8162-1999),直径32～480 mm；
《电焊钢管(直缝管)》(YB-1963),直径32～152 mm；
《螺旋焊钢管》(GB9711-1988),(SY5036、37-83),直径219～1420 mm；
《通用冷弯开口型钢》(GB/T6723-1986),包括等边角钢、不等边角钢、槽钢、内卷边槽钢等品种，厚度为2.5～ 6.0 mm；
《建筑用压型钢板》(GB/T12755-1991),波高28～173.0 mm。

其他：各钢构公司自行生产的高频焊构件（圆管、方管、矩形管和H型钢）规格尺寸各不相同，可按客户需求确定。

2）选用钢材规格时注意事项
（1）应优先选用经济高效截面的型材（如宽翼缘H型钢、冷弯型钢）；
（2）在同一项工程中选用的型钢、钢板规格不宜过多；
（3）一般不宜选用最大规格的型钢，也不应选用带b、c号的加厚槽钢与工字钢以及轻型槽钢与工字钢（已不生产）；
（4）规格或材料代用时应严格审查确认其材质、性能符合原设计要求。

必要时应要求材料材质的复验，并经设计人员确认。

4．选材建议见表1.1.1-6
表1.1.1-6 结构钢材合理选用建议
第二节连接材料
1.1.2-1钢结构的连接材料
1. 手工焊接采用的焊条，应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T5117或《低合金钢焊条》GB/T5118的规定选择的焊条型号应与主体金属力学性能相适应。

对直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构，宜采用低氢型焊条。

2. 自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应，并应符合现行国家标准的规定。

自动焊接或半自动焊接所采用的焊丝和焊剂应符合设计对焊缝金属力学性能的要求。

在焊接材料的选用中，过去习惯使用焊剂的牌号（如HJ431），现在我国已陆续颁布了焊丝和焊剂的国家标准《熔化焊用钢丝》GB/T14957、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T8110、《碳钢药芯焊丝》GB/T10045、《低合金钢药芯焊丝》GB/T17493、《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》GB/T5293、《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T12470等。

因此，应按上述国家标准来选用焊丝和焊剂的型号，国标中焊剂的型号是将所选用的焊剂和焊丝写在一起的组合表示法（国外亦有这种表示
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方法）。

但应注意，在设计文件中书写低合金钢埋弧焊用焊剂的型号时，可省略其中的焊剂渣系代号X4，写成“FX1X2X3（×）-H×××”，而焊剂的渣系则由施工单位根据FX1X2X3组合并通过焊接工艺评定试验来确定。

3. 普通螺栓应符合现行国家标准《六角头螺栓C级》GB/T5780和《六角头螺栓》GB/T5782的规定。

4. 高强度螺栓应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T1228、《钢结构用高强度大六角螺母》GB/T1229、《钢结构用高强度垫圈》GB/T1230、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T1231或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632、《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》GB/T3633的规定。

按现行国家标准，大六角头高强度螺栓的规格为M12～M30，其
性能等级分为8.8级和10.9级，8.8级高强度螺栓推荐采用的钢号为40B钢、45号钢和35号钢，10.9级高强度螺栓推荐采用的钢号为20MnTiB钢和35VB 钢；扭剪型高强度螺栓的规格为M16~M24，其性能等级只有10.9级，推荐采用的钢号为20MnTiB钢。

5. 圆柱头焊钉（栓钉）连接件的材料应符合现行国家标准电弧螺栓焊用《圆柱头焊钉》GB/T10433的规定。

圆柱头焊钉的性能等级相当于碳素钢的Q235钢，屈服强度f y=240N/mm2。

6. 锚栓可采用现行国家标准《碳素钢结构》GB/T700中规定的Q235钢或《低合金高强度结构钢》GB/T1591中规定的Q345钢制成。

1.1.2-2焊接材料的匹配选用参见表1.1.2-1
表1.1.2-1 焊接材料匹配选用
注：（1）带括号牌号宜用于直接承受动力荷载的重级吊车梁或类似构件
（2）若两种钢号钢材焊接时，焊接材料牌号应按与强度较低的钢号相匹配来选用。

第三节围护结构用材料
1.1.3-1材料种类：围护结构用金属材料如表1.1.3-1所示。

表1.1.3-1 围护结构用金属板材主要种类
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压型钢板主要采用表1.3.1中热镀锌钢板、热镀铝锌钢板、彩色涂层钢板。

1．热镀锌钢板：是在连续热镀锌生产线上将冷轧或热轧钢带浸入熔融的锌液中镀锌，经卷曲后加工成的钢卷。

钢板公称厚度0.25~2.5mm。

热镀锌钢板主要用于加工轻型冷弯薄壁型钢C，Z型檩条、墙梁、轻钢龙骨，以及楼面用压型钢板及部分耐腐蚀和色彩要求
不高的屋面板、墙面板。

热镀锌钢板应符合国家标准《连续热镀锌薄钢板和钢带》GB 2518-88及上海宝钢企业标准《连续热镀锌钢板及钢带》Q/BQB 420-1999的有关规定。

表1.1.3-2 国标GB 2518—88《连续热镀锌薄钢板及钢带》规定的力学性能
注：①锌层弯曲，距试样边部5mm以外不允许出现锌层脱落，但允许表面出现不露钢基的裂缝。

②钢基冷弯，试样弯曲处不允许出现裂缝和分层。

③拉力试验，试样的标距L0=80mm、宽度b0=20mm。

④JG镀锌钢板和钢带，其抗拉强度仅供参考，最小抗拉强度值可按双方协议。

⑤对于厚度大于2.0 mm 的钢板和钢带，其杯突试验冲压深度可按双方协议。

⑥CS镀锌钢板和钢带经供方光整处理后，保证六个月内深冲加工时不产生滑移线。

⑦SC镀锌钢板和钢带经供方光整处理后，保证八天内深冲加工时不产生滑移线。

表1.1.3-3 宝钢Q/BQB 420-1999镀锌钢板及钢带的性能要求
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②001表示锌重小于100 g/m2具体重量按双方协定。

表1.1.3-4 国家标准GB 2518—88规定镀锌钢板和钢带的表面质量
货。

热镀铝锌合金钢板是一种含55%A、43.5%Zn及1.5%Si合金的热浸镀层钢板产品。

该产品我国尚未生产，美国与澳大利亚等国使用较多。

目前，我国市场上流通的主要是澳大利亚BHP进口产品。

其
产品镀层规格为美国ASTM A792/A 792M-97a规定的AZM150、165、180三种。

澳大利亚BHP公司在我国出售的镀铝锌钢板应符合AS1397标准要求。

基板厚度：0.42mm、0.48mm、0.50mm、0.55mm
镀层重量：AZ150（150g/m2）单面镀层厚度720微米
屈服强度：G300（300MPa）、G550（550MPa）
G300：属中强度钢卷，最大伸长率30%；易加工成型
G550：属高强度钢卷，最大伸长率7%；对成型技术及设备要求较高
据BHP公司介绍AZ150镀铝锌钢板防腐性能是Z275镀锌钢板的4倍。

3．彩色涂层钢板：彩色涂层钢板及钢带是指金属带材为基底经过彩色辊涂机组生产线，在其表面涂敷一层或多层有机涂料，并经烘烤固化而成的复合材料。

彩色涂层钢板按其用途、表面状态、涂料种类及基板不同可分为许多类别。

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注：①建筑外用、内用一般不使用低碳冷轧钢和电镀锌钢带作彩色涂层钢板的基板
②澳洲进口彩色涂层钢板是以热镀铝锌钢板作为基板
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根据所选彩色压型钢板的板型、连接方式及使用功能，选用不同牌号的彩色涂层钢板。

一般压型钢板和夹芯板可选用TSt01，需机械咬口用的可选用TSt02，因连接要求和有结构需要的选用TStE28或TStE34。

2、用作彩色压型钢板、结构用钢板的彩色涂层钢带基材的力学性能应符合国家标准GB2518-88的有关规定。

注：1. 在仲裁情况下，力学性能适用于脱锌后的钢基试样。

2. 001表示锌重小于100g/m 2具体重量按双方协议。

害于使用的缺陷。

由于带有少量的上述缺陷的钢带连续生产时不易发现和切除，所以钢带上如有上述缺陷不能切除时，允许作出标志带缺陷交货，但不得超过每卷总长度的5%。

4．铝合金板：纯铝由于质软、延性大、强度低，其用途受到很大限制，但在纯铝中添加少量一种或多种合金元素（如锰、镁、铜、硅、锌等），其机械性能可以大大提高，但各种合金元素对铝特性影响不同，屋面墙面围护结构中主要采用的是铝—锰系，铝—镁系，铝—镁—锰系合金等。

铝合金按其生产方式不同分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。

建筑中常用变形铝合金中半冷作硬化状态，其化学成分和机械性能如下表所示。

表1.1.3-10 国标《变形铝及铝合金的化学成分》GB/T 3190规定的化学成分
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面形成稳定的覆膜，具有优良的耐腐蚀性。

不锈钢表面加以涂层成为彩色不锈钢板。

不锈钢板主要用于耐腐蚀性能和建筑艺术要求高的建筑物屋面，墙面、外装修、内装修等部位。

日本不锈钢薄板标准《冷轧不锈钢板》JISG4305，《涂装不锈钢板》JISG3320，日本不锈钢板协会SAS610—93《建筑结构用不锈钢钢材》标准中各钢种均选用奥氏体系列的不锈钢。

是普通钢材的1.5倍，热传导率约为普通钢材的1/3。

热变形比普
通钢材大，使用中应注意采取构造措施。

最近日本沿海大跨度屋面中采用非镍合金的纯铁体系不锈钢的工程实例在增加。

纯铁体系不锈钢主要含20~30%的铬和百分之几的钼元素。

因为不含镍与奥氏体系列不锈钢比可以降低成本，提高耐腐蚀性，热膨胀系数也低。

是大跨度屋面的合适材料，我国标准《不锈钢冷轧钢板》GB/T3280，
《不锈钢热轧钢板》GB4237，《不锈钢和耐热钢冷轧钢带》GB4239中对建筑用不锈钢及钢带技术要求如下：钢带按组织特征分为五类48个牌号。

建筑用钢带选用奥氏体型，牌号00 Cr18 Ni9，00 Cr19 Ni10
1.1.3-3夹芯板
1.面材：夹芯板面材一般采用彩色涂层钢板，其性能要求同1.1.3-2的内容
2．芯材：夹芯板芯材一般采用聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯及岩棉，其性能应分别符合国家标准《隔热用聚苯乙烯泡沫塑料》GB10801－89、《建筑物隔热用硬质聚氨酯泡沫塑料》GB/T3806－1999、《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》GB/T11835－1998的有关规定。

1.1.3-4保温棉：压型钢板现场复合保温板中的保温材料一般选用玻璃棉，玻璃棉板、毡的性能应符合国家标
15 准《建筑绝热用玻璃棉制品》GB/T17795－1999的有关规定，密度一般为12～24kg/m 3,常用厚度为50～100mm ，导热系数不大于0.050W/(m.K)(试验平均温度25℃)。

燃烧性能：对于无外覆层的玻璃棉制品，其燃烧性能应达到GB8624中的A 级。

1.1.3-5采光板采光板一般采用玻璃纤维增强聚酯板、聚碳酸酯板（PC ）、钢化玻璃、夹胶玻璃等加工制作
1．璃纤维增强聚酯采光板：玻璃纤维增强聚脂采光板应符合《玻璃纤维增强聚脂波纹板》（GB/T
14206-93）的规定，。

一般玻璃钢瓦厚度选1.5MM 左右。

玻璃钢采光瓦的主要物理力学参数可参考中国建筑标准设计研究所编的《建筑产品优选集1991.3总40》，下表为秦皇岛耀华玻璃钢厂的产品性能。

南京费隆复合材料有限责任公司引进美国FILON 公司的FRP 机制生产线及其全套工艺和技术，可以生产与屋面墙面压型板配套的50多种采光板，其产品规格及性能见
表1.1.3-19
2．
碳酸酯（PC ）
采光板：聚碳酸酯（PC ）采光板与其他采光板材比较具有重量轻、强度高、弯曲性能好、透光率高、隔热好、耐冲击、阻燃、耐老化、使用寿命较长等特点。

聚碳酸酯（PC ）板可以加工成不同厚度的实心板和中空板。

实心材料有平板型和波纹型、梯形等板型。

中空板有双层板、三层板，三层X 板及多层蜂窝板。

我国建筑工业行业标准《聚碳酸酯（PC ）中空板》JG/T116-1999中规定了聚碳酸酯（PC ）采光板的物理力学性能。

表1.1.3-20 PC 中空板物理力学性能
16。