伴随着建筑钢结构的巨大发展，钢结构厚板经常应用在高层、大跨建筑，桥梁，海洋平台，压力容器及船体结构中。随着钢板厚度及焊缝尺寸增加，承受荷载更加复杂，拘束作用更加突出，以及局部地区频繁出现低温，钢结构厚板发生Z向破坏的可能性也越来越大。本文对钢厚板裂纹受厚度方向荷载时的断裂韧性进行了有限元分析，对钢结构厚板及其连接焊缝的Z向性能进行了实验研究，最后提出基于强度和韧性指标的Z向性能钢材选材及设计方法。主要成果如下：（1）对几种典型的厚板及其连接内裂纹进行有限元模拟，对裂纹分布、共生裂纹间距、钢板厚度等加以考虑，分析断裂参数K、J的变化规律，为实际中厚板的断裂分析提供参考。（2）针对Q345B钢材60~165mm几种不同厚度的钢板，对其母材和十字形焊接连接热影响区，以及对接连接进行取样。取样类型分为沿轧制方向（X向）和厚度方向（Z向），并在-60℃~20℃下进行简单拉伸试验，得到屈服、极限强度f_y、f_u及断面收缩率Z随板厚、焊缝尺寸、取样类型及温度等的变化规律。（3）针对Q345B钢材60~165mm几种不同厚度的钢板，对其母材和十字形焊接连接热影响区，以及对接连接进行取样。取样类型分为沿轧制方向（X向）和厚度方向（Z向），并在-60℃~20℃下进行夏比V形缺口冲击试验，得到冲击功Akv随板厚、焊缝尺寸、取样类型及温度等的变化规律。（4）针对Q345B钢材60~165mm几种不同厚度的钢板，对其母材和十字形焊接连接热影响区进行取样。取样类型分为沿轧制方向（X向）和厚度方向（Z向），并在-60℃~20℃下进行三点弯断裂试验，得到断裂韧性指标CTOD值随板厚、焊缝尺寸、取样类型及温度等的变化规律。（5）在试验基础上，针对现有规范的结构Z向性能敏感性评价标准，修正和补充了基于拉伸力学性能的评价方法，并增加了基于冲击和断裂韧性的评价方法。考虑了温度的影响作用，并针对不同板厚提出具体的敏感指标确定建议。