钢结构材料选择指南（钢材易腐蚀、疲劳和断裂钢结构安全性能和经济合理性）

钢结构在现代建筑中广泛应用，但其材料选择需考虑其易腐蚀、疲劳和断裂的特性。钢材虽然强度高，但容易受到环境因素如湿度和温度的影响而腐蚀，导致结构损坏。钢材的疲劳性能也是决定其安全性的关键因素，长期暴露于交变应力下可能导致裂纹扩展，影响结构寿命。在选择钢结构材料时，需要评估这些性能指标，确保材料既安全又经济。

钢结构材料选择指南

钢结构材料的选择是确保钢结构安全性能和经济合理性的关键环节。以下是根据最新的研究和实践总结的钢结构材料选择指南。

钢材的种类和特性

钢结构中常用的钢材主要有两种：碳素结构钢（或称普通碳素钢）和低合金结构钢。碳素结构钢根据国家标准《碳素结构钢》(GB700-88)的规定，分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等五种牌号。低合金高强度结构钢根据《低合金高强度结构钢》(GB1591-94)的规定，分为Q295、Q345、Q390、Q420和Q460等五种。

钢材性能指标

强度

钢材的强度指标由弹性极限、屈服极限、和抗拉极限，设计时以钢材的屈服强度为基础，屈服强度高可以减轻结构的自重，节省钢材，降低造价。

塑性

钢材的塑性一般指应力超过屈服点后，具有显著的塑性变形而不断裂的性质。

冷弯性能

钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力。

冲击韧性

钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下，断裂过程中吸收机械动能的一种能力，是衡量钢材抵抗冲击荷裁作用，可能因低温、应力集中，而导致脆性断裂的一项机械性能。

焊接性能

钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，获得性能良好的焊接接头。焊接性能好，是指在一定焊接工艺条件下，焊缝金属和附近母材均不产生裂纹。

化学性能

耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质(大气、酸、碱盐等)腐蚀作用的能力。抗氧化性是指金属材料在室温或高温下抵抗氧化的能力。金属的氧化过程实际上是属于化学腐蚀的一种形式。化学稳定性系指金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性叫作热稳定性。

钢材选择考虑因素

结构的重要性

对重型工业建筑钢结构、大跨度钢结构、压力容器、高层或超高层民用建筑或构筑物等重要结构，应考虑选用质量好的钢材；其他按工作性质分别选用普通质量的钢材；另外，安全等级不同，要求的钢材质量也应不同。

载荷情况

一般承受静载荷的结构，应主要以满足强度要求来选取。直接承受交变载荷的结构，若属于低周疲劳，在保证一定强度要求下，着重考虑材料的塑性和韧性；若属于高周疲劳，这时强度队疲劳抗力起着主导作用，应选择强度高的材料。按刚度条件设计的结构，其工作应力一般比较小，但其壁厚较厚，此时选材不应是高强度的，而应是塑性和韧性好的一般强度的材料。在厚度方向受到拉伸载荷，应选择层状夹杂少，厚度方向塑性好的材料，以防止产生层状撕裂。