钢结构-钢结构的材料与制造.doc

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1、第五章 钢结构的材料与制造第五章 钢结构的材料与制造第一节 建筑钢材在单轴应力作用下的工作性能把钢材按规定加工成标准试件，在200C的条件下做拉伸试验，得到钢材的应力应变关系曲线，如图1所示。低碳钢一次拉伸时的工作可分为四个阶段：弹性阶段：应力由0到比例极限fp；弹塑性阶段：由比例极限到屈服点fy；塑性阶段：应力不变，应变不断增大；强化阶段：应力达到抗拉强度fu时，试件发生颈缩现象而发生破坏。建筑钢材的三个机械性能指标：抗拉强度fu，伸长率或，屈服点fy。钢材性能还包括冷弯要求，它较为严格的表示钢材塑性变形力量的综合指标。抗拉强度fu是衡量钢材经过巨量变形后的抗拉力量，直接反映钢材的内部组织的

2、优劣；屈服点fy衡量结构承载力量的指标。伸长率式反映钢材在荷载作用下的塑性变形力量。高强度钢材没有明显的屈服点，可取相当于残余应变为0.2时的应力为假想屈服点。留意，在设计钢结构时，引入抗力分项系数，得到钢材抗拉、抗压和抗弯的设计强度f：。第二节 建筑钢材在多轴应力作用下的工作性能钢材在多轴应力作用的的屈服条件需要用强度理论来解决。能量强度理论认为材料由弹性状态转入塑性状态时，材料的综合性强度指标要用变形时单位体积中积聚的能量来衡量。由材料力学可知，钢材单向拉伸达到塑性状态时，积聚于单位体积中的外形转变能为：当钢材单元体处于三向主应力、的作用而进入塑性状态时，材料单位体积的外形转变能为：由能量

3、理论知：则：，称折算应力。或者：当纯剪时，抗剪屈服点抗剪设计强度，若f=215N/2，则fv=125N/2。第三节 各种因素对钢材性能的影响化学性能碳的含量直接影响钢材的强度、塑性和韧性。随着含碳量的增加，钢材的强度渐渐提高，而塑性和韧性下降，可焊性和抗锈蚀性等也变劣。一般含碳量不超过0.22。硫、磷、氮、氧的含量提高，一般均使钢材变脆，应不超过0.040.05。锰、硅、钒在合理的含量内可提高钢材强度。如：15MnV钢。冶金缺陷常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、裂纹和起层。构造缺陷应力集中现象应力集中是造成构件脆性破坏的主要缘由之一。加荷速度随着加荷速度的提高，钢材的屈服点提高，脆性增加。钢材

4、的硬化钢材在弹塑性变形阶段，多次间歇重复加荷使弹性变形区域扩大，提高了钢材的屈服点，而使钢材变脆，这种现象称钢材的冷硬现象。随着时间的增长，钢材的强度提高，塑性减小的现象叫时效硬化。温度影响随着温度的上升，总的趋势是强度降低、塑性增大。温度达到6000C时，钢材的强度几乎降为0，因此钢材可以说不耐高温，一般需要在钢构件外表上涂上防火层。第四节 钢材和连接的强度设计值一、钢材的强度设计值（N/mm2）钢材抗拉、抗压和抗弯f抗剪fv端面承压（刨平顶紧）fce钢号厚度或直径（mm）Q235钢1640406021520019012511511032032032016Mn钢16Mnq钢162525363

5、1530029018517517044542541015MnV钢15MnVq钢16252536350335320205195185450435415二、焊缝的强度设计值（N/mm2）焊接方法和焊条型号构件钢材对接焊缝角焊缝钢号厚度或直径（mm）抗压抗拉和弯曲抗拉当焊缝质量级别为抗剪抗拉、抗压和抗剪一、二级三级自动焊、半自动焊、E43型焊条手工焊Q235钢16404060215200190215200190185170160125115110160160160自动焊、半自动焊、E50型焊条手工焊16Mn钢16Mnq钢1625253631530029031530029027025524518517

6、5170200200200自动焊、半自动焊、E55型焊条手工焊15MnV钢15MnVq钢16252536350335320350335320300285270205195185220220220三、螺栓连接的强度设计值（N/mm2）螺栓的钢号（或性能等级）和构件的钢号构件钢材厚度（mm）一般螺栓锚栓承压型高强度螺栓C级螺栓A、B级螺栓抗拉抗剪承压抗拉抗剪(I类孔)承压(I类孔)抗拉抗剪承压一般螺栓Q235钢170130-170170-锚栓Q235钢16Mn钢140180承压型高强度螺栓8.8级10.9级250310构件Q235钢30540046516Mn钢16Mnq钢1625253642040

7、038555053051064061559015MnV钢15MnVq钢16252536435420400570550530665640615四、钢材和强度设计值的折减1单面连接的单角钢按轴力构件计算强度和连接时取折减系数为0.85；按轴压构件计算稳定性时，等边角钢取,取0.63；短边相连的不等边角钢，取，取0。55；长边相连的不等边角钢，取0.70；其中：为长细比，对中间无连系的单角钢压杆，应按最小回转半径计算。2施工条件较差的高空安装焊缝连接，取0.90。第五节 钢材种类与规格一、钢材规格（1） 热轧钢板厚钢板：厚度4.560mm；宽度6003000mm；长度412m薄钢板：厚度0.354m

8、m；宽度5001500mm；长度0.54m扁钢：厚度460mm；宽度12200mm；长度39m花纹钢板：厚度2.58mm；宽度6001800mm；长度0.612m（2） 热轧型钢热轧等边、不等边角钢 Lnn热轧一般工字钢 Inn热轧轻型工字钢 IQnn热轧一般槽钢 Cnn热轧轻型槽钢 CQnn热轧宽翼缘H型钢 HKnn热轧宽翼缘H型钢 HWnn热轧中翼缘H型钢 HMnn热轧窄翼缘H型钢 HNnn热轧窄翼缘H型钢 HZnn焊接H型钢 HAnn轻型焊接H型钢 HAQnn焊接T型钢 Tnn组合截面有：两热轧等边角钢组合截面 2Enna两热轧不等边角钢长边相连组合截面 2Lnna两热轧不等边角钢短边相

9、连组合截面 2Snna两槽钢组合截面 2Cnna两等边角钢十字截面 XLnna四等边角钢十字截面 4Lnna热轧或焊接圆管 Dd*t二、截面型号一览表（一）、L系列热轧等边、不等边角钢L20*3 L20*4 L25*3 L25*4 L30*3 L30*4 L36*3 L36*4 L36*5 L40*3 L40*4 L40*5 L45*3 L45*4 L45*5 L45*6 L50*3 L50*4 L50*5 L50*6 L56*3 L56*4 L56*5 L56*6 L63*4 L63*5 L63*6 L63*8 L63*10 L70*4 L70*5 L70*6 L70*7 L70*8 L75

10、*5 L75*6 L75*7 L75*8 L75*10 L80*5 L80*6 L80*7 L80*8 L80*10 L90*6 L90*7 L90*8 L90*10 L90*12 L100*6 L100*7 L100*8 L100*10 L100*12 L100*14 L100*16 L110*7 L110*8 L110*10 L110*12 L110*14 L125*8 L125*10 L125*12 L125*14 L140*10 L140*12 L140*14 L140*16 L160*10 L160*12 L160*14 L160*16 L180*12 L180*14 L180*16

11、 L180*18 L200*14 L200*16 L200*18 L200*20 L200*24L25*16*3 L25*16*4 L32*20*3 L32*20*4 L40*25*3 L40*25*4 L45*28*3 L45*28*4 L50*32*3 L50*32*4 L56*36*3 L56*36*4 L56*36*5 L63*40*4 L63*40*5 L63*40*6 L63*40*7 L70*45*4 L70*45*5 L70*45*6 L70*45*7 L75*50*5 L75*50*6 L75*50*8 L75*50*10 L80*50*5 L80*50*6 L80*50*7

12、 L80*50*8 L90*56*5 L90*56*6 L90*56*7 L90*56*8 L100*63*6 L100*63*7 L100*63*8 L100*63*9 L100*80*6 L100*80*7 L100*80*8 L100*80*10 L110*70*6 L110*70*7 L110*70*8 L110*70*10 L125*80*7 L125*80*8 L125*80*10 L125*80*12 L140*90*8 L140*90*10 L140*90*12 L140*90*14 L160*100*10 L160*100*12 L160*100*14 L160*100*16

13、 L180*110*10 L180*110*12 L180*110*14 L180*110*16 L200*125*12 L200*125*14 L200*125*16 L200*125*18（二）、I系列热轧一般工字钢：I10 I12.6 I14 I16 I18 I20a I20b I22a I22b I25a I25bI28a I28b I32a I32b I32c I36a I36b I36c I40a I40b I40c I45a I45b I45c I50a I50b I50c I56a I56b I56c I63a I63b I63c（三）、IQ系列 热轧轻型工字钢IQ10 IQ1

14、2 IQ14 IQ16 IQ18 IQ18a IQ20 IQ20a IQ22 IQ22a IQ24 IQ24a IQ27 IQ27a IQ30 IQ30a IQ33 IQ36 IQ40 IQ45IQ50 IQ55 IQ60 IQ65 IQ70 IQ70a IQ70b（四）、C系列热轧一般槽钢C5 C6.3 C8 C10 C12.6 C14a C14b C16a C16b C18a C18b C20a C20b C22a C22b C25a C25b C25c C28a C28b C28c C32a C32b C32c C36a C36b C36c C40a C40b C40c（五）、CQ系列

15、热轧轻型槽钢CQ10 CQ12 CQ14 CQ14a CQ16 CQ16a CQ18 CQ18a CQ20 CQ20a CQ22 CQ22a CQ24 CQ24a CQ27 CQ30 CQ33 CQ36 CQ40（六）、HK系列热轧宽翼缘H型钢HK100a HK100b HK100c HK120a HK120b HK120c HK140a HK140b HK140cHK160a HK160b HK160c HK180a HK180b HK180c HK200a HK200b HK200cHK220a HK220b HK220c HK240a HK240b HK240c HK260a HK260

16、b HK260cHK280a HK280b HK280c HK300a HK300b HK300c HK300d HK320a HK320bHK320c HK320d HK320e HK320f HK320g HK340a HK340b HK340c HK360aHK360b HK360c HK360d HK360e HK360f HK360g HK360k HK400a HK400bHK400c HK400d HK400e HK430a HK430b HK430c HK430d HK450a HK450bHK450c HK500a HK500b HK500c HK550a HK550b HK

17、550c HK600a HK600bHK600c HK650a HK650b HK650c HK700a HK700b HK700c HK800a HK800bHK800c HK900a HK900b HK900c（七）、系列热轧窄翼缘H型钢HZ80 HZ100 HZ120 HZ140 HZ160 HZ180 HZ200 HZ220 HZ240 HZ270 HZ300HZ330 HZ360 HZ400 HZ450 HZ500 HZ550 HZ600（八）、T系列焊接T型钢T87.5*175 T100*100 T97*150 T100*200 T100*204 T125*125 T122*175

18、 T125*250 T122*252 T125*255 T150*150 T147*200 T150*300 T150*305 T175*175 T170*250 T175*350 T200*200 T195*300 T200*400 T207*405 T214*407 T229*471 T249*432 T194*402 T197*405 T200*408 T223*199 T225*200 T220*300 T250*200 T241*300 T244*300 T300*200 T291*300 T294*300 T297*302（九）、HW系列热轧宽翼缘H型钢HW100*100 HW12

19、5*125 HW150*150 HW175*175 HW200*200a HW200*200b HW250*250a HW250*250b HW300*300a HW300*300b HW300*300c HW350*350a HW350*350b HW400*400a HW400*400b HW400*400c HW400*400d HW400*400e HW400*400f HW400*400g HW400*400k （十）、HM系列热轧中翼缘H型钢HM150*100 HM200*150 HM250*175 HM300*200 HM350*250 HM400*300 HM450*300 H

20、M500*300a HM500*300b HM600*300a HM600*300b HM600*300c（十一）、HN系列热轧窄翼缘H型钢HN100*50 HN125*60 HN150*75 HN175*90 HN200*100a HN200*100b HN250*125a HN250*125b HN300*150a HN300*150b HN350*175a HN350*175b HN400*150 HN400*200a HN400*200b HN450*150 HN450*200a HN450*200b HN500*150 HN500*200a HN500*200b HN500*200c

21、 HN600*200a HN600*200b HN600*200c HN700*300a HN700*300b HN800*300a HN800*300b HN900*300a HN900*300b HN900*300c(十二)、IQ系列 热轧轻型工字钢IQ10 IQ12 IQ14 IQ16 IQ18 IQ18a IQ20 IQ20a IQ22 IQ22a IQ24 IQ24a IQ27 IQ27a IQ30 IQ30a IQ33 IQ36 IQ40 IQ45IQ50 IQ55 IQ60 IQ65 IQ70 IQ70a IQ70b(十三)、CQ系列 热轧轻型槽钢CQ10 CQ12 CQ14 C

22、Q14a CQ16 CQ16a CQ18 CQ18a CQ20 CQ20a CQ22 CQ22a CQ24 CQ24a CQ27 CQ30 CQ33 CQ36 CQ40(十四)、HA系列焊接H型钢HA300*200a HA300*200b HA300*200c HA300*250a HA300*250b HA300*300a HA300*300b HA300*300c HA350*175a HA350*175b HA350*200a HA350*200b HA350*200c HA350*200d HA350*250a HA350*250b HA350*250c HA350*300a HA35

23、0*300b HA350*350a HA350*350b HA350*350c HA400*200a HA400*200b HA400*200c HA400*200d HA400*250a HA400*250b HA400*250c HA400*250d HA400*300a HA400*300b HA400*300c HA400*400a HA400*400b HA400*400c HA400*400d HA400*400e HA400*400f HA392*400 HA410*400 HA424*400 HA440*400HA450*250a HA450*250b HA450*250c H

24、A450*300a HA450*300b HA450*300c HA450*300d HA450*400a HA450*400b HA450*400c HA500*250a HA500*250b HA500*250c HA500*300a HA500*300b HA500*300c HA500*400a HA500*400b HA500*400c HA600*300a HA600*300b HA600*300c HA600*400a HA600*400b HA600*400c HA600*400d HA700*300a HA700*300b HA700*300c HA700*350a HA70

25、0*350b HA700*350c HA700*400a HA700*400b HA700*400c HA800*300a HA800*300b HA800*300c HA800*350a HA800*350b HA800*350c HA800*400a HA800*400b HA800*400c HA800*400d HA900*350a HA900*350b HA900*350c HA900*350d HA900*400a HA900*400b HA900*400c HA900*400d HA900*450a HA900*450b HA900*450c HA900*450d HA1000*

26、400a HA1000*400b HA1000*400c HA1000*400d HA1000*450a HA1000*450b HA1000*450c HA1000*450d HA1000*500a HA1000*500b HA1000*500c HA1000*500d HA1100*400a HA1100*400b HA1100*400c HA1100*500a HA1100*500b HA1200*400a HA1200*400b HA1200*400c HA1200*400d HA1200*450a HA1200*450b HA1200*500a HA1200*500b HA1200*

27、500c HA1200*600a HA1200*600b HA1200*600c（十五）HAQ系列轻型焊接H型钢HAQ250*125 HAQ250*150 HAQ250*200 HAQ252*250 HAQ300*150 HAQ300*200 HAQ302*250 HAQ304*300 HAQ350*200 HAQ350*250 HAQ350*300 HAQ400*200 HAQ400*250 HAQ404*300 HAQ450*200 HAQ454*250 HAQ454*300（十六）、HQ系列高频焊接轻型H型钢HQ100*50*2.3*3.2 HQ100*50*3.2*4.5 HQ100*

28、100*4.5*6.0HQ100*100*6.0*8.0 HQ120*120*3.2*4.5 HQ120*120*4.5*6.0HQ150*75*3.2*4.5 HQ150*75*4.5*6.0 HQ150*100*3.2*4.5HQ150*100*4.5*6.0 HQ150*150*4.5*6.0 HQ150*150*6.0*8.0HQ200*100*3.0*3.0 HQ200*100*3.2*4.5 HQ200*100*4.5*6.0HQ200*100*6.0*8.0 HQ200*150*3.2*4.5 HQ200*150*4.5*6.0HQ200*150*4.5*6.0 HQ200*15

29、0*6.0*8.0 HQ200*200*6.0*8.0HQ250*125*3.2*4.5 HQ250*125*4.5*6.0 HQ250*125*6.0*8.0HQ250*125*3.0*3.0 HQ250*150*3.2*4.5 HQ250*150*4.5*6.0HQ250*150*4.5*8.0 HQ250*150*6.0*8.0 HQ250*200*6.0*8.0HQ300*150*3.2*4.5 HQ300*150*4.5*6.0 HQ300*150*4.5*8.0HQ300*200*6.0*8.0 HQ350*150*3.2*4.5 HQ350*150*4.5*6.0HQ300*15

30、0*6.0*8.0 HQ350*150*6.0*8.0 HQ350*175*4.5*6.0HQ350*175*4.5*8.0 HQ350*175*6.0*8.0 HQ350*200*6.0*8.0HQ400*150*4.5*8.0 HQ400*200*6.0*8.0 HQ400*200*4.5*9.0（十七）、CA系列卷边槽形冷弯薄壁型钢（A）CA40*40*9*2.5 CA60*30*10*2.5 CA60*30*10*3.0CA60*30*15*2.5 CA60*30*15*3.0 CA80*40*15*2.5CA80*40*15*3.0 CA80*50*25*2.5 CA80*50*25

31、*3.0CA100*50*20*2.5 CA100*50*20*3.0 CA100*60*20*2.5CA100*60*20*3.0 CA120*50*20*2.5 CA120*50*20*3.0CA120*60*20*2.5 CA120*60*20*3.0 CA140*50*20*2.5CA140*50*20*3.0 CA140*60*20*2.5 CA140*60*20*3.0CA160*60*20*3.0 CA160*70*20*3.0 CA180*60*20*3.0CA180*70*20*3.0 CA200*60*20*3.0 CA200*70*20*3.0CA250*40*15*3.

32、0 CA300*40*15*3.0 CA400*50*15*3.0（十八）、CB系列卷边槽形冷弯薄壁型钢（B）CB80*40*15*2.0 CB100*50*15*2.5 CB120*50*20*2.5CB120*60*20*3.0 CB140*60*20*3.0 CB160*70*20*3.0（十九）、CC系列卷边槽形冷弯薄壁型钢（C）CC140*50*20*2.0 CC140*50*20*2.2 CC140*50*20*2.5CC160*60*20*2.0 CC160*60*20*2.2 CC160*60*20*2.5CC180*70*20*2.0 CC180*70*20*2.2 CC18

33、0*70*20*2.5CC200*70*20*2.0 CC200*70*20*2.2 CC200*70*20*2.5CC220*75*20*2.0 CC220*75*20*2.2 CC220*75*20*2.5（二十）、ZZ系列直卷边Z形冷弯薄壁型钢ZZ100*40*20*2.0 ZZ100*40*20*2.5 ZZ120*50*20*2.0ZZ120*50*20*2.5 ZZ120*50*20*3.0 ZZ140*50*20*2.5ZZ140*50*20*3.0 ZZ160*60*20*2.5 ZZ160*60*20*3.0ZZ160*70*20*2.5 ZZ160*70*20*3.0 ZZ

34、1800*70*20*2.5ZZ180*70*20*3.0 （二十一）、XZ系列斜卷边Z形冷弯薄壁型钢XZ140*50*20*2.0 XZ140*50*20*2.2 XZ140*50*20*2.5XZ160*60*20*2.0 XZ160*60*20*2.2 XZ160*60*20*2.5XZ180*70*20*2.0 XZ180*70*20*2.2 XZ180*70*20*2.5XZ200*70*20*2.0 XZ200*70*20*2.2 XZ200*70*20*2.5XZ220*75*20*2.0 XZ220*75*20*2.2 XZ220*75*20*2.5三、热轧H型钢的优点1 翼缘

35、宽，侧向刚度大，抗弯力量强；2 平行翼缘便于机械加工和安装，大大加快工程施工进度；3 热轧H型钢代替焊接H型钢，在提高强度、节省时间的同时，可节省费用30左右；4 在承受相同载荷条件下，采纳H型钢可使钢结构总体重量减轻1530；5 可回收再生，削减环境污染，是绿色环保建材；6 热轧H型钢外形美观，现代感强，不进行装饰可直接使用；7 依据使用承载的特点，又可大体分为梁、柱、桩三种系列的H型钢。四、建筑钢结构行业指导价序号类别价格（元）序号类别价格（元）1檩条529212高层建筑钢结构（箱形柱）56482天窗505813高层建筑钢结构（管形柱）79753托梁551514高层建筑钢结构（H型钢柱）5

36、3944型钢梁505415高层建筑钢结构（桁架）57255空腹梁538816网架结构（焊接球）78586直扶梯528917网架结构（螺栓球）81767斜扶梯541218网架结构（板接点）63888栏杆590919塔桅结构（型钢杆件）56619平台（花纹钢）579920塔桅结构（钢管杆件）831310平台（平钢板）529021轻钢结构573711高层建筑钢结构（梁）5718五、新日本製鉄株式会社研制的特殊钢（一）、TMCP极厚钢板（490N钢）1 使用部位、特点（1） 使用在需要大厚度和大型钢架材料的高层建筑的柱、梁、柱间支撑上；（2） 在板厚超过40mm的极厚领域，也能确保建筑用钢材所需要的强

37、度、屈强比和韧性；特殊是C钢种，在四周焊接箱形柱组装焊接时对层状撕裂实行了措施；（3） 和一般的厚钢板相比，焊接性能极为精彩，也能供应附加耐火性能（FR）的材料和高温焊接用材料2 机械性质种类记号屈服点或强度（N/2）抗拉强度（N/2）屈服比(%)延长率冲击锤汲取能量（J）试样（mm）（）BTHT325B,C32544549061080以下厚度50以下 1A号厚度超过40 4号21以上23以上27以上BTHT355B,C35547552064080以下厚度50以下 1A号厚度超过40 4号19以上21以上（二）、高性能高张力钢（590N钢）1 使用部位、特点（1） 使用在需要高强度。大厚度和大

38、型钢架材料的柱、梁、柱间支撑上；（2） BTHT325、355具有更高的强度。不仅强度高、而且还规定了建筑用钢材所要求的屈服比、韧性、焊接性。特殊是C钢种，在四周焊接箱形柱组装焊接时对层状撕裂实行了措施；（1） 通过使用高张力钢材，能减轻钢架重量。2 机械性能种类记号屈服点或强度（N/2）抗拉强度（N/2）屈服比(%)延长率冲击锤汲取能量（J）试样（mm）（）BTHT440B,C44054059074080以下4号5号20以上26以上47以上（三）、耐火钢（FR钢）1 特点（1） FR钢弥补了钢的弱点，是提高了高温时钢的强度的钢材。使用这种钢材后，降低了耐火涂层，还可以依据预防火灾要求，实现无

39、耐火涂层的钢结构；（2） 使用FR钢，钢结构可以原封不动地显示出它的款式，从而可以进行崭新的钢结构的建筑设计；（3） 高温时的强度比一般钢高得多，确保6000C时的屈服强度达到常温规定值的三分之二。（4） 常温时的设计和一般钢全都，也能和一般钢一样进行加工和施工。2 使用实例（1） 外部钢结构（摩天大楼、高层建筑的外部钢框架结构）（2） 正厅的钢架（3） 体育设施的钢架（4） 自动立体停车场3 FR钢的种类 厚板冷轧成形方钢钢管H型钢角钢、槽钢钢管高强度螺栓、焊接棒第六节 钢结构制造一、钢结构的制造过程由于钢材的强度高，硬度大，对钢结构的制造精度要求较高，因而钢结构构件的制造须在具有特地机械设备的金属结构制造厂中进行。钢结构的制造从钢材进厂到构件出厂，一般要经过生产预备、零件加工、装配和油漆、装运等一系列工序。金属结构制造厂通常由钢材仓库、预备车间、放样间、零件加工车间、半成品仓库、装配车间和油漆装运车间等组成。在钢材仓库、预备车间内进行材料验收、分类存放、校正；在放样间依据施工图制成实际尺寸的样板，供号料用；在加工车间进行号料、切割、制孔、边缘加工、弯曲等工