高强钢

高强度钢材在建筑工程中的应用2012年05月16日08:05网络21次阅读0次被顶共有评论0条从钢结构工程的发展历史来看，钢结构的发展始终是与钢材的强度以及生产工艺的发展带来的加强性能紧密相关。

也是由于钢结构的发展，对材料的各种性能指标不断推出新的要求，促进了钢材种类的扩展及强度的提高；正是钢结构材料的不断改进，提高了钢结构的承载力，经济性能和使用性能，满足和促进了钢结构工程的发展，应用，推广及进步，同时与高强度钢材匹配的具有良好韧性，延性，和足够强度的焊接金属材料和焊接工艺逐渐地成熟，完全能满足钢结构加工制作的要求，使高强度钢材的应用成为可能。

近几年，国内的高层钢结构建筑，大跨度空间结构的发展，对钢材的强度等指标提出了更高的要求，像国家体育场就使用了Q460E，水立方工程使用了Q420，CCTV新址使用了Q460，均是经专门论证而使用的.我国新的钢材规范低合金高强度结构钢GB/T1591-2008，代替GB/T1591-1994，也给出了Q500，Q550，Q620，Q690级性能钢材，取消了Q295强度级别钢材。

有的学者，将强度级别460Mpa-1100Mpa钢材称为超高强度钢材，笔者认为，700MPA 以下钢材还是根据国内习惯及规范中的叫法称为高强度钢材为宜（指低合金钢），更高强度级别的钢材也可称为超高强度钢材。

高强度钢材的优点有很多，研究结果表明，在同样的轴心受压条件下，采用高强度钢材的钢柱，在整体稳定方面，极限应力δu与屈服强度fy的比值δu／fy（即整体稳定系数φ），要比普通强度钢材钢柱高很多。

这主要是因为相对于普通强度钢材钢柱，构件的初始缺陷（主要包括几何初始缺陷和残余应力）对高强度钢材钢柱的影响要小很多，残余应力特别是残余压应力的数值与钢材的屈服强度没有直接关系。

在钢柱截面起控制作用的关键部位，对于高强度钢材钢柱而言，残余应力与钢材屈强度的比值要比普通钢材钢柱小很多；恰恰是这一比值对钢柱的整体稳定系数有很大影响，而不是残余应力的绝对数值大小。

关于几何初始缺陷的影响，已有研究者在仅考虑相同几何初始缺陷条件下，针对两种钢材（235MPa和690MPa）的H形截面轴心受压钢柱绕强轴的整体稳定承载力进行了初步计算和对比，结果表明高强度钢材（690MPa）钢柱的相对强度（即整体稳定系数φ）更高。

相对于普通钢材，钢结构采用高强度钢材具有以下优势：能够减小构件尺寸和结构重量，相应地减少焊接工作量和焊接材料用量，减少各种涂层（防锈、防火等）的用量及其施工工作量，使得运输安装更加容易，降低钢结构的加工制作、运输和安装成本；在建筑物使用方面，减小构件尺寸能够创造更大的使用净空间；特别是，能够减小所需板的厚度，从而相应减小焊缝厚度，改善焊缝质量，提高结构疲劳使用寿命。

采用高强度钢材，有利于可持续发展战略和保护环境基本国策的实施。

高强度钢材能够降低钢材用量，从而大大减少铁矿石资源的消耗；焊接材料和各种涂层（防锈、防火等）用量的减少，也能够大大减少不可再生资源的消耗，同时能够减少因资源开采对环境的破坏，这对于我国实施可持续发展战略、改变“高资源消耗”的传统工业化发展模式、充分利用技术进步建立“效益优先型”、“资源节约型”和“环境友好型”国民经济体系都有极大的促进作用。

欧美国家以及日本，对高强度钢材的发展及应用均十分重视，像欧洲的建筑用高强度钢材规范EN10025-6，给出了高强度钢材的力学性能，化学成份以及冲击韧性等，从而保证钢材具有良好的焊接性能也为其他工程中开阔了畅通的道路。

例如：
1，索尼中心（Sony Center）
德国柏林索尼中心大楼（Sony Center）（图）为了保护已有的一个砌体结构建物，将大楼的一部分楼层悬挂在屋顶桁架上。

屋顶桁架跨度60m，高12m，其杆件用600mm×100mm矩形实心截面，采用了S460和S690钢材（强度标准值460MPa和690MPa），以尽可能减小构件截面。

2，Latitude大厦
Latitude大厦（图）位于澳大利亚悉尼中心区的世界广场（World Square），2005年建成，55层。

由于场地上已有一个部分完成的建筑物，如果在既有建筑物顶部增建新结构，则需要对原有的柱子进行加固。

出于经济效益的考虑，为了尽快完工，结构工程师在第16层采用7m 高的钢结构转换层将荷载从新增结构的柱子传到既有建筑物上。

在转换层的钢结构中，采用了16mm厚的Bisplate80（690MPa）钢板，以减小结构重量。

日本是一个多地震国家，在钢材的使用上一方面开发高强度钢材，也希望在地震时钢材通过塑性变形，吸引一部分地震能量。

因此，从60年代，高强度钢迅速发展，除了强度外，还要有良好的抗震性能——塑性变形能力，抗裂性，焊接性等等，例如使用500Mpa，600Mpa 级高强度钢：
为了满足上述低屈强比和可焊性，日本一些钢铁公司在钢材生产中调整了化学成分，利用计算机严格控制轧制过程中的温度和冷却时的速度，生产了被称为TMCP的高强度低屈强度建筑用钢（见表1），该钢与先前的JIS规格材相比，有明显的差别，它对屈强比（YR），碳当量（Ceq），焊接裂缝致敏性（Pcm）作了新的限制性规定，表2列出了日本各大钢铁公司生产TMCP钢板的共同保证值。

3，日本的几个建筑
日本常用的结构钢材强度通常为400MPa～490MPa。

但是近十几年来，日本开始研究和使用极限抗拉强度为800MPa的钢材，而且已经开始研究应用1000MPa钢材。

特别是，他们更着重于采用高强度钢材钢结构来减轻和避免地震对结构造成的破坏。

日本的第一幢采用高强度钢材的建筑是位于横滨的Landmark Tower大厦（图），其I形截面柱采用了600MPa钢材。

日本东京的两幢高层建筑JR East Japan总部大厦和NTV Tower也采用了高强度钢材。

目前正在设计的位于日本清水的127层、高550m的超高层建筑也将采用600MPa钢材。

现在，日本的设计公司正在研究采用高强度钢材，改变结构的自振频率，以减小结构在地震作用下的破坏。