建筑鋼結構具有自重輕、便于施工、經濟性好、可循環利用、符合環保要求等優點，為此國際鋼鐵協會(ＩＩＳＩ)啟動了由世界11大鋼鐵公司(包括世界前5家)參加的建筑用鋼項目，目的是到2010年使全球建筑用鋼用量增長10%，即比2002年成品鋼的消費量大約增加27億ｔ。與世界發達國家相比，我國建筑鋼結構用鋼量占全部鋼材總產量的比例不足5%，而美國、瑞典、日本等發達國家的鋼結構用鋼，已占鋼材產量的30%以上，所以我國建筑鋼結構用鋼還擁有較大的發展空間和應用領域。

我國建筑用鋼主要包括建筑用鋼結構、鋼筋混凝土用鋼筋、鋼絞線、鋼絲以及門窗等，而建筑鋼結構用鋼主要包括中厚板、彩涂板、冷軋板、Ｈ型鋼與各類型鋼以及焊接鋼管等。根據鋼結構類型不同，其所使用的鋼材品種也有所側重，低層與輕鋼結構主要用彩涂鋼板；高層、超高層鋼結構和大跨度結構，主要用高強度以及帶有特殊性能的鋼板與Ｈ型鋼。本文主要分析建筑鋼結構用鋼標準。

建筑鋼結構用鋼材發展趨勢

目前，國內外建筑鋼結構用鋼材的發展呈現如下趨勢：

(1)強度越來越高。隨著建筑結構高層、超高層以及大跨度的發展，建筑鋼結構用鋼正在向高強化發展。因此，大量使用高強度建筑用鋼已成為當今世界建筑結構的趨勢，鋼級變化為：Ｑ235→Ｑ345→Ｑ420→Ｑ460→Ｑ500，甚至更高。

(2)綜合性能越來越好。鋼結構制作加工對高層鋼結構適用的鋼材要求具有良好的可焊性或低裂紋敏感性；抗震方面要求鋼材具有良好的韌性與沖擊功吸收能力；耐火方面要求鋼材在高溫狀態下具有良好的延遲性，一般要求600℃時屈服強度不小于常溫下的2/3等。

(3)生產工藝布局越來越緊湊。在面對對鋼結構用鋼要求越來越苛刻的同時，還面臨著節約資源與減低成本的壓力，因此鋼結構用鋼生產必須走低成本、高效能工藝路線。為此，世界各國圍繞著軋制工藝與軋制技術的創新，先后研究出熱軋→淬火與回火(離線)→ＴＭＣＰ(熱機械控制軋制)與ＱＳＴ(淬火加自回火)的新工藝。

(4)金相組織與化學成分的變化。金相組織的變化：從奧氏體鋼→回火馬氏體鋼→鐵素體(貝氏體)鋼，其晶粒越來越細化。在化學成分上，碳與合金元素的含量也未隨鋼材強度的增加而增加，而大多采用低碳微合金高強鋼。

世界主要國家工程結構用鋼簡介

世界各國工程結構用鋼基本上形成了各自的標準與鋼級體系，其主要鋼級對比見表1。

表1　世界主要國家工程結構用鋼的代表鋼種

由表1可見，美、英、德國建筑鋼結構用鋼的標準自成體系。美國在大力推廣Ｇ60(Ｑ420)鋼級的基礎上，正在高層建筑中積極推廣Ｇ65(Ｑ460)。日本建筑鋼結構用鋼特別是高強度結構用鋼也自成體系，且較科學，值得借鑒。

日本建筑鋼結構用鋼標準體系

1　標準體系基本框架

日本建筑鋼結構用鋼大致分為3個層次，第1層次為一般結構用鋼，包含軋材ＪＩＳＧ3101-2003、焊接結構用鋼ＪＩＳＧ3106-2004、鋼管ＪＩＳＧ3466-1988共3個標準；第2層次為建筑結構專用鋼材，有軋材ＪＩＳＧ3136-1994、棒材ＪＩＳＧ3138-1996、管材ＪＩＳＧ3475-1995共3個標準；第3層次為特殊性能建筑結構用鋼，有耐候鋼ＪＩＳＧ3114-2004、厚度性能鋼板ＪＩＳＧ3199-1992共2個標準；耐火鋼的標準正在制定中。

2　一般結構用鋼標準

第1層次的一般結構用鋼標準中包含了一般結構用軋制鋼材的ＳＳ系列，具有良好可焊性的軋制鋼材ＳＭ系列，適用于民房、建筑以及其他建構的ＳＴＫＲ系列，詳見表2。

表2　日本一般結構用鋼標準

3　建筑結構用鋼標準

第2層次的建筑結構用鋼標準包括軋材ＳＮ系列、鋼管ＳＴＫＮ系列和棒材ＳＮＲ系列，詳見表3。　

表3　日本建筑結構用鋼標準

1)　ＳＮ系列

在鋼結構構件抗震設計中，需要考慮構架變形時吸收的抗震能量，為增加抗震吸收能，就要確保不同鋼級在具有足夠強度的同時，也應具有相應的塑性變形能力。為此，日本于1994年制定了建筑結構軋制鋼材即ＳＮ標準系列。此后，ＳＮ系列就成為用于建筑結構的抗震用鋼材標準。標準中，用抗拉強度表示鋼級，有2個等級：ＳＮ400(400ＭＰａ)和ＳＮ490(490ＭＰａ)。根據性能與用途，ＳＮ400和ＳＮ490被分成Ａ、Ｂ、Ｃ3個等級。Ａ級常限定用于應力不超過彈性極限，此級別不能用于主框架。應選用Ｂ和Ｃ作為確保加速屈服變形能力和良好可焊性的級別；Ｂ級鋼主要用于除Ｃ級鋼應用范圍外的結構框架等級；Ｃ級鋼特別用于具有厚度性能的高應力的等級或者大線能量焊接的主框架等級。ＳＮ系列覆蓋的產品有厚度為6～100ｍｍ的厚板、鋼帶、型鋼與扁鋼。

ＳＮ系列的主要特性指標有：

(1)確保塑性變形能力。屈強比不大于080，屈服強度波動范圍控制在120ＭＰａ以內。

(2)確保良好的可焊性。為降低碳當量(Ｃｅｑ)和焊接裂紋敏感性(Ｐｃｍ)，應選擇合適的化學成分。

(3)能夠經受厚度方向的拉伸應力。在厚度拉伸試驗時有較高的塑性，即面縮率不小于25%。

(4)保證公稱截面尺寸。限制最小公差(公稱尺寸為+03ｍｍ)。

2)　ＳＴＫＮ系列

日本于1996年制定了建筑結構用碳素鋼管ＳＴＫＮ標準，包括無縫鋼管和采用電阻焊、對焊或電弧焊焊接而成的直縫焊管。本標準采用抗拉強度表示鋼級，規定了3個鋼級：ＳＴＫＮ400Ｗ、ＳＴＫＮ400Ｂ和ＳＴＫＮ490Ｂ，其中Ｗ級用于僅發生彈性變形的材料與部件，Ｂ級用于僅發生塑性變形的材料與部件。

3)　ＳＮＲ系列

于1996年制定的建筑結構用鋼棒ＳＮＲ標準中也規定了3個鋼級：ＳＮＲ400Ａ、ＳＮＲ400Ｂ和ＳＮＲ490Ｂ。

4)　具有特殊性能的結構鋼標準

為擴展某些特殊性能，在第2層建筑用結構鋼的基礎上，形成了第3層次的標準。ＪＩＳＧ3114-2004《焊接結構用耐候鋼軋制鋼材》中ＳＭＡ系列，強度等級比ＪＩＳＧ3116多了一個ＳＭＡ570系列。但為保證其耐候性，在化學成分中添加了銅、鉻與鎳等元素。ＪＩＳＧ3199《厚度方向性能鋼板》的Ｚ15、Ｚ25與Ｚ35系列是在以上建筑結構用鋼板與扁鋼的基礎上，保證厚度方向性能的標準。據了解，日本正在制定耐火鋼的標準。

我國建筑結構用鋼標準現狀

近年來，我國在鋼材標準的修訂中，加大了采用國際與國外標準的力度，并隨著建筑鋼結構的發展，基本形成了3層結構的雛形，但還有待于進一步完善。

1　基本構架

我國建筑結構用鋼也可大致分為3個層次，第1層為一般結構用鋼，包括鋼板、型鋼、鋼管和基礎標準；第2層為建筑結構用鋼，現僅有鋼板1個標準；第3層為特殊性能建筑結構用鋼，有耐候鋼、厚度性能鋼板等標準。

2　一般結構用鋼標準

在第1層中，我國主要有16個標準(見表4)，而日本只有3個標準，日本的3個標準涵蓋了一般建筑結構用鋼的范圍。我國各類標準之間不很配套，也不協調，如型鋼是尺寸偏差標準+基礎標準才能構成交貨標準，而鋼板在基礎標準與尺寸偏差之上構成了一個交貨標準。總的來說，我國建筑工程用鋼還沒有擺脫生產型的標準，這種各類標準自成體系的做法只是便于生產與標準化的管理，而不是從貿易與使用的角度出發的。對于一個建筑物，從設計的角度出發，各類鋼材同在一種受力系統與環境中，其性能要求應該大體一致。所以要求各類標準之間應當協調配套。日本標準在系統與頂層設計方面就比較好。

表4　我國一般結構用鋼的主要標準

3　建筑結構用鋼標準

在第2層中目前僅有ＹＢ/Ｔ4104-2000高層建筑結構用鋼板一個行業標準，現已上升為國標。由舞陽鋼鐵公司起草，現已完成審定，正在報批之中。

4　特殊性能建筑結構用鋼

在第3層標準中，我國僅有鋼板方面的標準，而且耐候鋼在品種方面還不配套，今后應盡快將近年來國內研制的耐火鋼等納入標準。

分析我國與世界先進標準間的差距，今后我國建筑鋼結構用鋼標準應在3個方面進行調整和完善。

(1)第1層標準需要調整。為滿足貿易與市場需要，擴大標準的適用性，這一層需要理順標準體系。在型鋼方面，工、槽、角、Ｈ型鋼都可以整合，尺寸、外形與技術條件也可以整合；在鋼板方面，厚板與薄板可以整合；在鋼管方面，無縫管與焊管可以整合。

(2)第2層標準需要補充。在建筑鋼結構用鋼方面，我國只有鋼板標準(厚板)，還要補充與之對應的型鋼與鋼管標準。

(3)第3層標準需要完善。在這層標準中，可根據生產、科研與市場的需要，適時地增加新研制的耐火鋼以及耐候耐火鋼等具有高性能的標準。