一、型鋼
碳素結(jié)構(gòu)鋼型鋼按加工方法分為熱軋型鋼、冷彎型鋼、冷軋型鋼；按尺寸規(guī)格分為大型、中型、小型；按截面形狀分為簡(jiǎn)單斷面型鋼（除了圓鋼、方鋼、扁鋼和六角鋼之外，還包括八角鋼、三角鋼、弓形鋼、橢圓鋼、角鋼等）、復(fù)雜斷面型鋼（如工字鋼、槽鋼、鋼軌、鋼樁、H型鋼等），此外還有農(nóng)機(jī)、汽車、礦山、船舶、鐵道等行業(yè)的異型鋼、周期斷面型鋼和鋼筋等。通常采用的鋼牌號(hào)為Q235。
型鋼廣泛用于建筑、鐵路、公路、橋梁、能源、采礦、汽車、輕工、農(nóng)業(yè)、水利、碼頭、機(jī)械、石油、化工等行業(yè)。
1、工字鋼
通常生產(chǎn)和使用的工字鋼是熱軋窄翼緣、斜腿普通工字鋼。其斷面設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是腿短、腿內(nèi)側(cè)有一定的斜度，寬高比小，腰部較厚，金屬分布不盡合理。此類工字鋼目前己被寬緣平行腿工字鋼所代替。
工字鋼型號(hào)為34個(gè)，尺寸范圍（高度*寬度*腰厚）為100mm*68mm*4.5mm-630mm*180mm*17mm（高度尺寸16種、寬度尺寸34種）。工字鋼主要承受高度方向的載荷，作為彎梁使用。廣泛用于廠房、土木工程、橋梁、車輛、船舶、設(shè)備制造等結(jié)構(gòu)件。
2、槽鋼
通常生產(chǎn)和使用的槽鋼是熱軋窄翼緣、斜腿普通槽鋼。槽鋼型號(hào)為30個(gè)，尺寸范圍（高度*寬度*腰厚）為50mm*37mm*4.5mm-400mm*140mm*14.5mm（高度*尺寸15種、寬度尺寸28種）。槽鋼主要用于檁條、橋梁大型結(jié)構(gòu)件、車輛的梁、船舶和一般設(shè)備的骨架等。
3、H型鋼
H型鋼截面設(shè)計(jì)優(yōu)于普通工字鋼，加大了翼緣和寬度和高度，腰薄，翼緣內(nèi)側(cè)面無(wú)斜度，兩翼緣平行，寬高比大。與普通工字鋼相比，H型鋼在不增加，甚至減小每米長(zhǎng)度重量的情況下，大大提高了斷面系數(shù)。H型鋼可承受復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的多方面載荷，抗彎、抗扭、抗壓，并且穩(wěn)定性良好，是鋼結(jié)構(gòu)工程理想的經(jīng)濟(jì)斷面型鋼。
H型鋼的生產(chǎn)方法有軋機(jī)熱軋和焊接兩種。
熱軋H型鋼有寬翼緣H型鋼（HW）、中翼緣H型鋼（HM）、窄翼緣H型鋼（HN）和H型鋼樁（HP）。寬翼緣H型鋼有9個(gè)型號(hào)，21種規(guī)格；中翼緣H型鋼有18個(gè)型號(hào)，12種規(guī)格；窄翼緣H型鋼有18個(gè)型號(hào)，32種規(guī)格；H型鋼樁有6個(gè)型號(hào)，19種規(guī)格。尺寸范圍（高度*寬度*腰厚），寬翼緣H型鋼為100mm*100mm*6mm-498mm*432mm*45mm；中翼緣H型鋼為148mm*100mm*6mm-594mm*302mm*14mm；窄翼緣H型鋼為100mm*50mm*5mm-912mm*302mm*18mm；H型鋼樁為200mm*204mm*12mm-502mm*470mm*20mm.
焊接H型鋼有焊接H型鋼（HA）、輕型焊接H型鋼（HAQ）和焊接H型鋼樁（HGZ）。焊接H型鋼有42個(gè)型號(hào)，129種規(guī)格；輕型焊接H型鋼有28個(gè)型號(hào)；H型鋼樁有6個(gè)型號(hào)，19種規(guī)格。尺寸范圍（高度*寬度*腰厚），焊接H型鋼為300mm*200mm*6mm-1,200mm*600mm*16mm；輕型焊接H型鋼為100mm*50mm*3.5mm-454mm*300mm*8mm；焊接H型鋼樁為200mm*200mm*12mm-502mm*470mm*20mm.焊接H型鋼的通常長(zhǎng)度為4-12m.
H型鋼適用于制造鋼結(jié)構(gòu)的柱、梁、樁、衍架等構(gòu)件，廣泛用于工業(yè)和民用建筑、橋梁、土木工程、高層建筑、高速公路、地鐵、船舶機(jī)械設(shè)備等。H型鋼樁主要用于各種建筑工程的基礎(chǔ)鋼樁。

筆者在設(shè)計(jì)中根據(jù)以下幾個(gè)原則來(lái)確定柱截面：
1）按方鋼管柱方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)計(jì)算應(yīng)力比結(jié)果接近 0.9 的情況，選定框架梁截面尺寸，根據(jù)方鋼管截面特性初選 X,Y 方向上工字鋼截面,計(jì)算時(shí)不考慮腹板作用，初步確定異型柱截面；
2）按工字鋼柱方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，異型柱 T 型構(gòu)件布置方向，設(shè)柔性支撐代替異型柱中 T 型構(gòu)件在工字鋼弱軸上的剛度影響，按有側(cè)移鋼框架計(jì)算，調(diào)整異型鋼柱中工字鋼截面尺寸；完成后調(diào)整工字鋼及柔性支撐布置方向，驗(yàn)算 T 型構(gòu)件與工字鋼腹板組成的工字鋼截面尺寸；
3）根據(jù)上一步建立的模型，選取工字鋼強(qiáng)軸所在的單榀框架進(jìn)行抗震驗(yàn)算，只參考工字柱強(qiáng)軸應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，檢驗(yàn)異型柱單向受力是否滿足；
4）根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，手工核算梁柱節(jié)點(diǎn)處抗震承載能力，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)考慮偏軸引起的附加彎矩；
5）以普通工字鋼柱和方鋼管柱按無(wú)支撐框架體系分別進(jìn)行正常設(shè)計(jì)，其中鋼梁按設(shè)計(jì)所選截面計(jì)算，根據(jù)合適的計(jì)算結(jié)果，統(tǒng)計(jì)鋼柱用鋼量以控制異型柱用鋼量的上下限。
上述方法沒(méi)有可依據(jù)的計(jì)算公式及條文，對(duì)偏軸引起的附加彎矩對(duì)整體的影響沒(méi)有更多處理，這也是筆者只在二三層住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)用，沒(méi)在更高的工程里使用異型鋼柱的原因。筆者提出異型鋼框架方案，希望得到大家的批評(píng)指正。
二、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的問(wèn)題
1、 整體計(jì)算時(shí)選取合適的結(jié)構(gòu)阻尼比根據(jù)抗震規(guī)范要求，除專門規(guī)定外，建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比應(yīng)取0.05，當(dāng)阻尼比不等于0.05時(shí)，地震影響系數(shù)曲線應(yīng)進(jìn)行修正，鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)阻尼比選取值見(jiàn)表 1。
表 1 不同結(jié)構(gòu)阻尼比應(yīng)用值
從表 1 中數(shù)據(jù)可以看出，不同的鋼結(jié)構(gòu)體系有不同的地震影響系數(shù)，如果在結(jié)構(gòu)分析時(shí)錯(cuò)誤選擇阻尼比對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大影響,其中鋼管混凝土和鋼-砼混合結(jié)構(gòu)由于是兩種材料共同作用，在選取阻尼比時(shí)，應(yīng)根據(jù)兩種材料應(yīng)用比例綜合考慮阻尼比，結(jié)構(gòu)整體剛度越柔，阻尼比選值越低。

剛接柱腳設(shè)計(jì)
常見(jiàn)柱腳分埋入式、外包式、外露式。在住宅設(shè)計(jì)中多采用外露式，相比其它兩種方式，其現(xiàn)場(chǎng)安裝、定位方便。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，柱腳的剛度是靠底板的彈性變形或塑性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這就意味著整個(gè)結(jié)構(gòu)變形包括鋼結(jié)構(gòu)本身變形及底板受拉變形后引起的整體變形，如在分析內(nèi)力時(shí)視外露式為剛性柱腳，設(shè)計(jì)中要考慮層間位移角限值要有一定的富裕，同時(shí)應(yīng)考慮底層鋼柱彎矩反彎點(diǎn)下移引起的柱頂彎矩增大。
根據(jù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求，為保證罕遇地震時(shí)不發(fā)生柱腳節(jié)點(diǎn)先于鋼柱破壞，柱腳節(jié)點(diǎn)連接處的極限抗彎承載能力應(yīng)大于 1.2 倍鋼柱的全塑性受彎承載力（Wpnx·f）才可以，常見(jiàn)設(shè)計(jì)方法是根據(jù)柱腳反力來(lái)確定柱腳螺栓直徑、連接焊縫,這樣只能保證柱腳節(jié)點(diǎn)在多遇地震作用下具有一定強(qiáng)度而不破壞，而柱腳彎矩設(shè)計(jì)值所需截面抵抗模量一般小于鋼柱本身截面抵抗模量（Wx），以H628X260X10X14 工字鋼為例，1.2·Wpnx/Wx=1.36 倍，外露式很難保證這項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。而采用其它兩種柱腳方式在轉(zhuǎn)遞鋼柱內(nèi)力時(shí)很容易滿足前項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)中傳力明確、計(jì)算容易、構(gòu)造簡(jiǎn)單、節(jié)省鋼材。
插入式柱腳構(gòu)造相比埋入式更簡(jiǎn)單，大部分書籍認(rèn)為可靠性不如埋入式，建議用于單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，不適合高層建筑鋼結(jié)構(gòu)。筆者認(rèn)為在多層建筑鋼結(jié)構(gòu)可以采用，因?yàn)樵谠S多工業(yè)項(xiàng)目中，單層廠房層高多在 10～30m，廠房?jī)?nèi)設(shè)多臺(tái)吊車及大量檢修平臺(tái)，單柱荷載及地震作用往往大于普通住宅的情況，多層住宅柱腳在概念設(shè)計(jì)和計(jì)算設(shè)計(jì)都滿足規(guī)范要求的情況下，采用插入式是沒(méi)有問(wèn)題的。新鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范也增加了插入式柱腳的設(shè)計(jì)和構(gòu)造規(guī)定。
樓板設(shè)計(jì)
樓板有預(yù)制樓板、現(xiàn)澆樓板、組合樓板、鋼筋桁架樓板、疊合樓板等。采用預(yù)制樓板時(shí)應(yīng)考慮預(yù)制板由于溫度變化、荷載分布等原因，造成樓板接縫處開裂形成的單側(cè)翼緣附加彎矩影響，即鋼梁平面內(nèi)整體抗彎應(yīng)力與翼緣平面外抗彎應(yīng)力雙向組合后要滿足折算應(yīng)力限值，有些項(xiàng)目將樓板擱置在下翼緣上尤其要注意這個(gè)問(wèn)題。壓型鋼板組合樓蓋在鋼結(jié)構(gòu)住宅中應(yīng)用很多，整體分析時(shí)要考慮組合板的各向異性對(duì)框架梁的影響，包括根據(jù)樓板設(shè)置情況確定連續(xù)板或簡(jiǎn)支板、傳力路徑是單向還是雙向、組合鋼梁是按強(qiáng)邊還是弱邊組合造成的剛度差異；樓板設(shè)計(jì)時(shí)要避免集中單向布置樓板，使結(jié)構(gòu)體系形成橫向或縱向承重，做到合理布置組合樓板，盡量形成雙向承重結(jié)構(gòu)。

二、棒材
碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋棒材按截面形狀有圓鋼、方鋼、扁鋼和六角鋼。所采用的鋼牌號(hào)為Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。
1、圓鋼、方鋼
圓鋼直徑和方鋼邊長(zhǎng)為5.5-250mm.通常長(zhǎng)度為：直徑（邊長(zhǎng)）不大于25mm時(shí)，4-10m；直徑（邊長(zhǎng)）大于25mm時(shí)，3-9m.
2、扁鋼
扁鋼的截面尺寸為，寬度10-150mm，厚度3-60mm.通常長(zhǎng)度為3-9m.常用鋼牌號(hào)為Q235、Q255、Q275，主要用于農(nóng)機(jī)、化工機(jī)械、鐵道零件、五金工具等。
3、六角鋼
六角鋼的截面尺寸為，對(duì)邊距離8-70mm.通常長(zhǎng)度3-8m.常用鋼牌號(hào)為Q195、Q215、Q235，主要用于制造螺母等標(biāo)準(zhǔn)件。
4、標(biāo)準(zhǔn)件用碳素鋼熱軋圓鋼
標(biāo)準(zhǔn)件用碳素?zé)彳垐A采用牌號(hào)BL2、BL3低碳碳素鋼，其硅含量極低（質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.07%），硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至不大于0.040%，殘余銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.25%。這種鋼具有良好的冷頂鍛加工性能，使用前不需退火處理，拉拔后直接進(jìn)行頂鍛制造加工。主要用于制造螺母、螺栓、螺釘、鉚釘?shù)取?br>