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在提出问题之前，首先有必要搞清楚各种温度区的准确定义。
宏观上人们依据纬度的高低（更准确地说是地球在公转当中与太阳的关系）把地球自北向南划分为北寒带、北温带、热带、南温带、南寒带，我国绝大部分地区属于从北极圈（北纬66°
30′）～北回归线（北纬23°
30′）的北温带，属于温带气候；
常规和习惯上依冬季的温度高低，人们又把温度区划为寒冷、严寒等地区，而各种温度区的划分和准确定义，均来自于国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19－81）的2001年版。
为了对本文叙述的需要，并使读者了解各种温度划分的定义和标准，现将该国家规范的有关室外气象温度参数的标准定义内容介绍如下：
严寒地区：
累年最冷月平均温度T≤－10℃的地区定义为严寒地区，我国东北、华北的北纬40°
30′以上的地区（即大致鞍山－张家口－大同－呼和浩特连线以北）以及陕西省榆林、甘肃省山丹和青海省格尔木均属严寒地区。
寒冷地区：
累年（不少于3年）最冷月平均温度－10℃＜T≤0℃的地区定义为寒冷地区。
全国北纬超过34℃以上除严寒地区以外的所有地区（即大致陇海线以北）和西藏全境及四川的甘孜地区，均属寒冷地区；
对承重钢结构钢材的选用，按照新版《钢结构设计规范》（GB50017－2003）的规定，要求同时有7种考虑的因素，其中以应力状态、连接方法和工作温度三项最重要，所有因素都基于一个出发点，那就是要防止脆性破坏的发生，这对于钢结构来说是至关重要的。
对处于不同地区的送电线路杆塔来说，其它六项如结构重要性、菏载特征、结构形式等其它几项均相同，唯一的区别，就是其工程所经地区的环境温度，在《钢结构设计规范》（GB50017－2003）中，是以结构工作温度为表征的。
结构工作温度：
按新版《钢结构设计规范》（GB50017－2003）的规定，是以该规范的最低日平均温度定义的，它比划分寒冷、严寒的温度标准还低，如严寒地区结构工作温度最高的张家口为－22.9℃，最低的海拉尔为－42.5℃，也就是说：
一个地区的结构工作温度和该地区的所属温度区类型划分的标准依据，在数值上是不同的。
对于我们所处的黑龙江一带来讲，属于严寒地区，因此可以按严寒地区来研究钢材的选用问题。
现将与该本工程有关的地区室外气象温度参数列表如下：
从上表可以看出，内蒙古黑龙江等地区属严寒地区，结构工作温度可能处于－42.5℃的特别低的范围。
且钢结构一般会承受着较大的荷载，室外铁塔在直接承受具有动力荷载特性的导线风荷载的横担挂点以及塔脚支座等重要部位，存在较多的焊接构件。
根据这些情况，出于为防止在长期低温的工作条件下，铁塔的焊接构件及其他构件出现脆性破坏，而适度合理地提高钢材材质选用标准的考虑，根据新版《钢结构设计规范》（GB50017－2003），关于承重钢结构钢材选用的规定，结合内蒙古电力设计院近年来在铁塔钢材选用方面所积累的工作经验和研究试验成果，按照以不同连接方式区分钢材选用的思路，确定出黑龙江等寒冷地区钢材选用的原则：
使用Q235碳素结构钢和Q345低合金高强度结构钢两种，其品种为：
1）对Q235碳素结构钢，一律不使用Q235－A级钢（包括Q235－A·
F沸腾
钢），其中焊接构件也不使用Q235－B·
F沸腾钢；
2）对Q345低合金高强度结构钢，除焊接构件不使用Q345A级钢之外，对螺栓连接的构件，不做任何限制，可使用Q345A级钢。
上述铁塔钢材选用原则的确立，最主要的依据就是新版《钢结构设计规范》（GB50017－2003）的规定，下面予以详细论述。
2钢材使用原则确定的依据
2.1常用钢材的性能指标
Q345钢材的化学成分
以上参数摘自于现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700－88）和《低合金高强度结构钢》（GB/T1591－94）。
从表中可以看出，同一牌号的钢，其等级的不同，主要体现在主要化学成分如碳、硫、磷的含量多少，以及冲击韧性试验合格保证的温度这两方面。
等级越高，碳、硫、磷的含量越少，冲击韧性试验合格保证的温度也越低，表明钢材的韧性越好。
“3.3.1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、Q390钢、和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金结构钢》GB/T1591的规定。
当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。
3.3.2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。
3.3.3承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。
3.3.4对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。
当结构工作温度不高于0℃但高于－20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；
对Q390钢和Q420钢应具有－20℃冲击韧性的合格保证。
当结构工作温度不高于－20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有－20℃冲击韧性的合格保证；
对Q390钢和Q420钢应具有－40℃冲击韧性的合格保证。
对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。
当结构工作温度不高于－20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；
对Q390钢和Q420钢应具有－20℃冲击韧性的合格保证”。
2.2.2如何解读《钢结构设计规范》对钢材选用的规定
《钢结构设计规范》关于钢材选用的所有规定，都基于一个出发点，那就是要防止脆性破坏的发生，这对于钢结构来说是至关重要的。
能够导致脆性破坏或与之有关的的因素，规范都注意到了，总共有：
结构的重要性、荷载特征、结构形式和连接方法、应力状态、工作温度、钢材厚度和工作环境等7项，其中应力状态、连接方法和工作温度是钢材选用主要考虑的因素。
因此了解了各因素对防止脆性破坏发生所起的作用，也就可以掌握钢材选用的原则。
a）结构的重要性
脆性破坏是一种先兆不明显、带有突然性质的破坏，建筑结构按自身破坏可能产生后果的严重性，分为重要的、一般的、次要的三种，其对应的安全等级为一、二、三级，安全等级高的建筑应选用较好的钢材，一般的建筑，可选用普通钢材。
对送电线路杆塔来讲，除特别重要的杆塔可算一级的重要建筑外，绝大部分送电线路杆塔均应属于安全等级为二级的一般建筑。
b）荷载特征
在《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068－2001）中，对结构上的作用（荷载）除了按随时间的变异分为常提的永久、可变、偶然荷载外，还可按结构的反应特点分为：
静力和动力荷载两类，“规范”区别不同类型的荷载有三种层次的选材要求：
直接承受动力荷载的结构应选用综合性能（主要指塑性和韧性）较好的钢材；
直接承受动力荷载特别是荷载重复作用频繁需要验算疲劳的结构，容易引起疲劳脆性破坏，要求使用综合性能更高的钢材，不使用Q235沸腾钢；
承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构就可采用一般质量的钢材。
过去在界内对钢材的选用问题上，也曾经出现过不同的意见，最集中的疑义是关于对送电线路杆塔结构所受荷载性质的界定，即对风荷载是否属于动力荷载，存在着不同的理解。
现在应该可以清楚地说，按随时间的变异划分，风荷载是随时间变化的可变荷载；
再从引起的结构响应来衡量，风荷载是动态荷载（作用），它对结构产生的加速度作用是不可忽略的，这样的叙述在《高耸结构设计规范》及其它结构类专著中都有。
对风荷载的动态荷载（作用）都要考虑其动力效应，如对风压考虑风振系数，钢管结构要避开临界风速，都是由于风荷载的不可忽略的加速度作用而采取的设计方法。
是否要对钢结构进行疲劳验算，以及在钢材选用时提出更高的要求，主要是看由风荷载对结构产生的作用，以及所产生的破坏形态。
在过去的《钢结构设计规范》中是以“吊车梁及类似结构”为衡量标准的，因此在界内造成了一些歧义，而新“规范”用“直接承受动力荷载或振动荷载”且“需要验算疲劳”（判断标准是应力变化的循环次数≥5×
104）的结构来代替原“规范”中的“吊车梁及类似结构”，更科学、更合理，涵盖面更广，它把在过去提法中掺在一起的两层意思，明确为两个定义和范围均清晰的标准，解决了过去因判断杆塔结构究竟是不是“吊车梁及类似结构”而纠缠不清的问题。
c）应力特征
这是指受力构件截面上的应力性质，由于脆断主要发生在受拉区，而且危险性较大，所以对受拉、受弯结构和构件应选用质量较好的钢材。
d）结构形式和连接方法
钢结构的形式主要是以连接方式来划分，只有焊接和非焊接（螺栓或铆钉），对焊接结构，在焊接时的不均匀加热和冷却常使构件内产生很大的焊接残余应力，焊接构造及难以避免的缺陷又常使结构存在潜在的裂纹损伤，而焊接结构的整体刚性及连续性好的固有特点，又恰好易使这些缺陷和裂纹相互扩展贯通；
而碳、硫、磷等有害元素的含量都对结构的焊接性能有影响，硫磷的偏析均较严重，硫能在焊接高温下（800～1000℃）出现热脆裂纹，磷偏析形成的富磷区促使钢材冷脆，因此所有承重结构对硫磷的含量均应有合格保证。
而碳的含量，是决定焊接性能的最主要因素，因此焊接结构用钢材的质量要求要高于同样条件的非焊接结构，而且一定要保证碳含量，象Q235－A级钢，在《碳素结构钢》（GB700－1988）及其第1号修改通知单（自1992年10月7日起实行）中，明确规定A级钢的碳含量不作为交货条件，不保证焊接质量，因此在主要焊接结构中不能使用Q235－A级钢。
铁塔虽然以螺栓连接为主，但在塔脚支座和直接承受具有动力特性的导地线
风荷载施加点的横担处，都有一些焊接构件，这些部位都是比较重要的部位。
而
且近年来焊接构件的数量呈增多的趋势：
在较大的节点板处为解决螺栓多颗布置
和缩短斜材退距，经常使用在主材肢平面上平焊一块钢板来加大主材肢宽的方法；
为了保证导地线转动灵活，挂线金具越来越多地使用耳轴挂板，这样就大大增多了横担处的焊接构件，据统计一基±
500kV线路转角塔的导线横担挂线处的焊接钢材约有320kg；
塔脚的焊接钢材也有1000kg以上。
这些钢材都要选用焊接性能较好的钢材，起码不能使用Q235－A级钢，对本工程标段也不能使用Q235沸腾钢。
e）结构的工作温度
钢材的塑性和韧性都随温度的降低而下降，在低温尤其是脆性温度转换区时韧性急剧降低，容易发生脆性断裂，因此对处于较低负温下工作的结构、特别是焊接结构，应选用质量较好和脆性转变温度低于结构工作温度的钢材。
由于Q235－A和Q235－B沸腾钢，在浇注前，以较便宜的锰铁作为脱氧剂，来脱去能使钢的热加工性能变差的氧化物，但脱氧不充分，仍有较高的含氧量，浇注时冷却速度快，气泡较多，内部组织不致密，氮是以固溶氮的形式存在，硫磷的偏析大，冲击韧性低，冷脆性和时效性也大，在低温及在动力荷载作用下易发生脆断，故对低温环境和直接承受动力荷载的结构限制使用Q235沸腾钢。
目前由于连铸连轧生产的钢材已占市场主导地位（超过80％），大多数钢材均为镇静钢，沸腾钢反而不易采购，故其价格已与沸腾钢持平。
而低合金结构钢含有比碳素结构钢较多的硅，硅是一种强脱氧剂，能使钢脱氧充分，钢液平静，故低合金结构钢不存在沸腾钢。
f）钢材厚度
厚钢材辊轧次数少，压缩比小，组织欠密，所以与薄钢材相比，不仅强度较低，而且塑性、冲击韧性和焊接性能也较差，特别是在垂直于板厚Z方向的拉力作用下会发生层状撕裂，因此厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材，现在专门有Z向钢板，标准为《厚度发向性能钢板》（GB/T5313）。
铁塔的塔脚座板，就属于此类。
g）环境条件
露天环境下结构的钢材易产生时效，在有害介质作用下钢材易锈蚀，如有一定大小的拉应力存在，那将产生应力腐蚀现象，经过一定时间会产生延迟脆断，因此环境条件恶劣的结构要选用质量教好的钢材。
在综合考虑了各种影响因素后，《钢结构设计规范》对各种条件的承重钢结构用钢材应具有的力学性能和化学成分的合格保证分别作出了规定，分基本保证和特殊保证两类，基本保证又简称为“三项保证、四项保证和五项保证”，在“规范”中是以黑体字的强制性条文体现在3.3.3条中；
特殊保证简称为“六项保证”
是以一般性条文体现在3.3.4条中。
2.2.3《钢结构设计规范》与送电行业设计技术规定的比较新版行业标准《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154－2002）（以下简称为“杆塔规定”），自2002年9月1日起实施，我院在执行过程中对其中第6.1.1条关于严寒地区钢材选用的条文要求，感到有一些困难，认为该条文内容有一些问题，遂先后在内蒙古达永线和达乌500kV送电线路初步设计审查会上，向主持审查的电力规划设计总院的有关领导，以及本规定负责归口管理的电力规划设计标准化技术委员会反映，引起了重视，2003年4月20日电力规划设计总院在宁波组织“杆塔规定”的主要起草人员和有关专家，召开会议，对严寒地区送电线路杆塔钢材选用问题进行专题研讨，我院作为提出单位对发现的问题阐述了我们的如下观点：
首先将第6.1.1条的原文摘录如下：
“6.1.1杆塔用钢材一般采用Q235、Q345，有条件时也可采用Q390，或钢材强度等级更高的结构钢，质量标准应符合GB/T700《碳素结构钢》、GB/T1591《低合金结构钢》的要求。
对冬季计算温度等于或低于－20℃，对Q235钢尚应具有－20℃冲击韧性的合格保证；
对Q345、Q390钢尚应具有－40℃冲击韧性的合格保证。
”这一条文存在的问题主要反映在第二段文字中，它未加区别地将《钢结构设计规范》（GBJ17－88）中针对重级工作制和吊车起重量等于或大于50t的中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材选用要求，沿用到杆塔结构中，按此要求，当结构计算温度低于－20℃时，对Q235钢需选用Q235D级钢，对Q345钢需选用Q345E级钢，这些钢种首先是订货困难，其次价格也有较大幅度提高。
在该条的条文说明中，解释到“关于冬季计算温度，不是指最低温度，冶金部门推荐通常是连续5天室外温度的平均值，简单的计算方法可按室外最低温度加10℃即为冬季计算温度”。
这一解释将《钢结构设计规范》（GBJ17－88）中针对采暖房屋内的冬季计算温度简易计算方法—按《采暖通风和空气调节设计规范》中规定的冬季空气调节室外计算温度＋10℃，作为处在室外的送电线路杆塔的冬季计算温度算法。
（按新版国家标准《钢结构设计规范》（GB50017－2003）的规定，现在的衡量标准是“结构工作温度”取《采暖通风和空气调节设计规范》（GBJ19－87[2001年版]）中规定的最低日均温度）。
综上所述，我们认为“杆塔规定”第6.1.1条所存在的问题，归根到底是因为在起草规定时，没有非常完整、准确地理解和参考当时尚在使用的《钢结构设计规范》（GBJ17－88）中，关于钢结构选用钢材的所有条文规定及其条文说明，从而对严寒地区送电线路杆塔用钢材提出了过严的要求。
“宁波研讨会”与会人员学习了正在送审阶段的新版《钢结构设计规范》对
钢材选用的规定和条文说明，在分析和界定了送电线路杆塔所受的荷载性质后，
对严寒地区送电线路杆塔钢材如何选用达成了共识。
宁波会议之后规划院以电规
总送[2003]33号文，下达了《严寒地区送电线路杆塔钢材选用的补充意见》，解
决了问题。
新版《钢结构设计规范》颁布后，我们认真地进行了学习，形成了本
节所述，对影响钢材选用“7项因素”的解读和认识。
2.3内蒙院在严寒地区钢材选用的经验
内蒙古自治区所辖各地的冬季计算温度（88“钢规”）和工作温度（新版“钢规”）均低于－20℃，按《民用建筑热工设计规程》（JGJ24－86）的规定，属于严寒地区；
我们又认为铁塔上的焊接构件多集中在厚度较大的塔脚板、导地线挂线处以及较大节点板等处，都可按重要的受弯和受拉的焊接构件对待，基于这些条件，结合《碳素结构钢》（GB700－1988）及其第1号修改通知单（自1992年10月7日起实行）明确规定A级钢的碳含量不作为交货条件，不保证焊接质量，根据现行《钢结构设计规范》第3.3.2和3.3.3条的规定，我们在宁波会议之后，确定出我院的送电线路杆塔钢材选用原则如下：
1）Q235碳素结构钢镀锌塔材：
a）不需焊接的角钢和钢板：
可采用Q235各级钢材。
b）需焊接的角钢和钢板：
须采用除Q235－A和Q235－B·
F以外的钢材。
2）Q345低合金高强度结构钢镀锌塔材：
可采用Q345各级钢材。
须采用除Q345A以外的钢材。
c）由于低合金结构钢以硅元素作为强脱氧剂，能使钢脱氧充分，钢液平静，不存在沸腾现象，组织致密，因此杆塔结构的主要材料，优先采用Q345低合金高强度结构钢。
2.4对钢铁冶炼和铁塔加工企业的调查
近年来我们就钢材使用的问题，多次向钢铁冶炼和铁塔加工企业做调查咨询。
据唐钢等钢铁冶炼企业介绍：
现在Q235沸腾钢的生产企业在逐渐减少，因为它是模铸工艺产品，现在拥有和继续使用这种工艺设备的企业是少数，而且一般是应订货方的要求才生产。
Q235－A级钢也已经不是碳素结构钢的主要产品。
当然Q235沸腾钢的价格是最便宜的，但Q235－B级钢每吨也仅比Q235－A贵50～100元。
我们向长期为内蒙古地区供货的大型铁塔加工厂如大吉、常熟、盛达等厂调查的结果，也基本一致反映，Q235－B和Q345B级钢的钢材采购基本不存在困难，只要有一定的数量即可。
从2003年初开始，在我们内蒙古地区中标的许多塔厂，在按我们提出的钢材使用规定，加工供货时，都没有对指定Q235－B和Q345B级钢的钢材使用要求，提出异议，都能顺利执行。
这些调查和在内蒙古地区的使用经验，都证明按“规范”合理地提出钢材的使用要求，是完全可以实现的，而且钢铁冶炼企业本身在国内外竞争环境逐渐激烈的形势下，也在进行技术的创新和发展，我国330kV以上送电线路的钢材需求大约是每年200万吨，钢铁冶炼企业是有积极性来配合我们的要求的，我们也不能在过去的水平上停滞不前，为了安全可靠，对钢材的使用即使适度地提高一点儿标准，也是合理可行的。
2.5本文推荐的钢材使用原则的依据
基于上面对《钢结构设计规范》所列7种影响因素的深刻理解，现在可以对我们的钢材使用原则作出明确的解释：
a）Q235钢
首先，由于严寒地区结构工作温度均较低（本工程呼伦贝尔标段的结构工作温度，更是处于－42.5℃的特别低的范围），依“规范”3.3.3的1条“焊接结构
3）工作温度等于或低于－30℃的所有承重结构，不应采用Q235沸腾钢.”（Q235
的沸腾钢，有Q235－A·
F和Q235－B·
F两种）。
由于《碳素结构钢》（GB/T700－88）标准及其第1号修改通知单（自1992年10月7日起实行）中，明确规定A级钢的碳含量不作为交货条件，不保证焊接质量，因此在主要焊接结构中不能使用Q235－A级钢。
《碳素结构钢》（GB/7700－88）标准第5.4.1.3条明确“Q235－A钢的冷弯试验，在需方有要求时才进行，当冷弯试验合格时，抗拉强度上限可以不作为交货条件”（也就是说当要求Q235－A级钢冷弯试验合格时，可以降低其抗拉强度为代价）。
而“规范”3.3.3条的强制性条文要求“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。
”正是由于上面这三个原因，我们确定对Q235碳素结构钢的选用原则为：
一律不使用Q235－A级钢（包括Q235－AF沸腾钢），其中焊接构件也不使用Q235－BF沸腾钢。
b）Q345钢
按《低合金高强度结构钢》（GB/T1591－94）的规定，Q345A级钢不保证常温冲击韧性，而“规范”3.3.4条要求“对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。
当结构工作温度不高于－20℃时，对Q345钢应具有－20℃冲击韧性的合格保证。
”如要满足这一条，需要采用Q345D级钢，我们以重要的焊接结构考虑，推荐Q345钢的选用原则为：
对焊接的Q345钢材，采用只保证常温冲击韧性的Q345B级钢，而对大量的螺栓连接的构件，不做任何限制，可使用Q345A级钢。
3结语
关于在钢结构设计时，注意从防止脆性破坏发生的角度，合理选用钢材的问题，就我国的设计规范的发展演变情况，用新版《钢结构设计规范》编制者自己在条文说明中的话来讲：
“过去在这方面不够明确”。
很大程度上，这也是我们送电线路铁塔结构设计界的实际状况的真实写照，更严重的是，现在也还有不少单位没有对此问题给以足够的重视，导致一些过去鲜有发生的由材质低劣而产生的质量事故不止一次地发生。
我们推荐的严寒地区钢材使用原则，基于对处于严寒地区特低工作温度区的铁塔，为防止钢材发生脆性破坏的考虑，并充分认识本工程及其铁塔的重要性，以重要的焊接和非焊接结构对待，合理地提出并在个别条件下适度提高了钢材选用标准，这是有内蒙古地区近年来的大量工程实践做参考的，也有对钢铁和铁塔生产企业的调查作为依据。
我们所了解的近况是，国家电网系统内的送电线路工程杆塔用钢材，自2006年初开始已经全部统一采用Q235B和Q345B级钢，当然这一方面反映了国内钢铁制造行业的技术进步和钢材市场的供求关系变化，另一方面也反映了我们行业内对钢材使用的重视，虽然在全国范围来讲这相当于提高了标准，但作为设计人员来讲也是乐见其成的，与本文的观点并不矛盾。
参考文献
［1］《钢结构设计规范》（GB50017－2003）
［2］《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19－87）（2001年版）
［3］《钢结构设计规范理解与应用》崔佳等著（中国建筑工业出版社，2004）
［4］《钢结构疑难释义》刘声扬著（中国建筑工业出版社，2004）
评语
姓名：
大浩神学号：
110330xxxx专业：
土木工程
2012年11月29日
教师评语：
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