建筑结构用钢材,第二章 建筑钢结构用钢材Material of Steel Structures,一、钢材的主要性能 二、影响钢材性能的主要因素 三、钢材的疲劳 四、建筑钢材的规格和选用,建筑结构用钢材,一、建筑钢材的分类,1、钢的种类 碳素结构钢：Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等 质量等级：A、B、C、D，由低到高 F沸腾钢；Z镇静钢；b半镇静钢 TZ特殊镇静钢 Q235AF，b,(Z) 旧称3号钢 Q235BF，b,(Z) 常温下Cv要求 Q235C（Z） 零度Cv要求 Q235D(TZ) -20Cv要求,建筑结构用钢材,一、建筑钢材的分类,1、钢的种类 低合金高强度结构钢：Q295、Q345、Q390、Q420和Q460 质量等级：A、B、C、D、E，由低到高 优质碳素结构钢： 经过热处理，如45号优质碳素钢 优质钢丝绳：,建筑结构用钢材,二、钢材的主要性能,1、钢材的破坏形式 塑性破坏： 较大的塑性变形、断口呈纤维状，色泽发暗； 有先兆，计算应力fu 脆性破坏： 塑性变形很小，甚至没有，断口平直并呈有光泽的晶粒状； 没有明显先兆，计算应力fy,建筑结构用钢材,钢材的塑性破坏和脆性破坏,建筑结构用钢材,防止钢材脆性断裂的措施,加强施焊工艺管理，避免施焊过程产生裂纹、夹渣和气泡等； 焊缝不宜过分集中，施焊时不宜过强约束，避免产生过大残余应力。低温下发生低应力的脆断，常与残余应力有关； 进行合理细部构造设计，避免产生应力集中。应力集中处会产生同号应力场，使钢材变脆。尽量避免采用厚钢板； 选择合理的钢材，钢材化学成分与钢材抗脆断能力有关，含碳多的钢材，抗脆断性能有所下降。 此外，冷加工，加载速度等对钢材脆断性能都有影响。,建筑结构用钢材,二、钢材的主要性能,2、基本性能要求和指标 强度：比例极限 fp、屈服点fy （条件屈服点f0 .2）、抗拉强度（极限强度） fu 、屈强比 塑性：伸长率、面缩率 冷弯性能：冷弯试验 韧性（度）：冲击韧性（度） 可焊性：施工可焊性、使用可焊性 耐久性：抗腐蚀能力、抗疲劳能力,建筑结构用钢材,低碳钢拉伸实验曲线,建筑结构用钢材,受压构件稳定问题,由于钢材具有轻质高强、塑性和韧性好的特点，使得钢结构在大跨、高层、高耸、桥梁、轻钢等结构中得到广泛的应用。 对组成结构的构件来讲，受拉构件能充分发挥材料的性能；受压构件，由于长细比（纤细）较大，使得构件会出现失稳问题，因此稳定问题将是钢结构课程学习中的重点和难点，希望同学们给予足够的重视，下面看几个简单的示例，以便有些感性认识。,建筑结构用钢材,三、影响钢材性能的主要因素,化学成分：Fe，C，Si，Mn，S（O），P（N），其它 冶金过程：冶炼、浇铸、轧制和热处理 时效：钢材硬化 温度：高温3000C 6000C 低温 冲击韧性的温度转变区 应力集中：因钢材缺陷或制作引起的几何改变，造成各点钢材应力不均匀的状况称为应力集中。 应力集中系数 m/ 0 应力集中与同号应力场 应力集中程度与缺陷几何的关系,建筑结构用钢材,化学成分对钢材（普通碳素钢）性能的影响,建筑结构用钢材,四、钢材的疲劳,疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性破坏； 钢材的疲劳强度与反复荷载引起的应力种类（拉应力、压应力、剪应力和复杂应力等）、应力循环形式、应力循环次数、应力集中程度和残余应力等有着直接关系。,建筑结构用钢材,钢材的选择,（一）选择钢材的原则,1结构或构件的重要性；,建筑结构用钢材,2荷载情况（静力荷载，动力荷载）； 静力荷载作用下可选择经济性较好的Q235钢材。 动力荷载作用下应选择综合性能较好钢材。 3连接方法（焊接连接、螺栓连接）； 焊接结构对材质的要求严格，应严格控制C、S、P的极限含量；非焊接结构对C的要求可降低一些。 4结构所处的工作条件（环境温度，腐蚀等）； 低温下工作的结构应选择低温脆断性能好的镇定钢 钢材的厚度。 厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。,建筑结构用钢材,（二）钢材选择建议,1、承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合国家标准碳素结构钢GB/T700和低合金高强度结构钢GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚符合相应有关标准的规定和要求。,2、承重结构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，对焊接结构尚具有含碳量的合格保证。,建筑结构用钢材,3、对于需要验算疲劳的焊接结构，应具有常温冲击韧性的合格保证；当结构工作温度等于或低于0但高于20时，Q235钢和Q345钢应具有0冲击韧性合格的保证； 对于Q390钢和Q420钢应具有20冲击韧性的合格保证。 当结构工作温度等于或低于20时，对Q235钢和Q345钢应具有20冲击韧性的合格保证； 对Q390和Q420钢应具有40冲击韧性的合格保证。,建筑结构用钢材,4、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，当结构工作温度等于或低于20时，对Q235钢和Q345钢应具有0冲击韧性合格的保证；对Q390钢和Q420钢应具有20冲击韧性的合格保证。,5、重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于等于16mm的钢材应具有常温冲击韧性合格的保证。,6、当焊接结构为防止钢材的层状撕裂而采用 Z 向钢时，其材质应符合现行国家标准厚度方向性能钢板GB/T5313的规定。,建筑结构用钢材,8、对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性气态和固态介质作用下的承重结构，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准焊接耐候钢GB/T4172的规定。,7、钢板的抗撕裂性能采用厚度方向的断面收缩率z来评定。该标准将沿厚度方向的断面收缩率分为三个等级，即Z15，Z25，Z35，分别对应其允许值。,建筑结构用钢材,三、钢材的规格,热轧成型的钢板和型钢，冷弯（或冷压）成型的薄壁型钢。,（一）热轧钢板,（表示方法厚度宽度长度 ）,分为: 厚板（厚度4.5-60mm) 薄板（厚度0.35-4mm),扁钢： 厚度4-60mm， 宽度20-200mm。,建筑结构用钢材,(二）热轧型钢,1.工字钢,2.槽钢,工字钢根据截面高度h及厚度分类a(或b、c),槽钢根据截面高度h及厚度分类a(或b、c),建筑结构用钢材,3.角钢,建筑结构用钢材,4.H型钢,分为： 宽翼缘HW、中翼缘HM、窄翼缘HN,5.钢管,建筑结构用钢材,（三）冷弯薄壁型钢,壁厚1.55mm,压型钢板壁厚0.41.5mm,建筑结构用钢材,