2015钢结构第二章钢结构的材料摘要.ppt

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1、上节总结：上节总结：一、课程内容：一、课程内容：钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结构钢结构是采用钢材制作而成的结构，是建筑工程的主要结构形式之一。课程的主要内容包括材料、连接、基本构件、典型建结构的设计四大部分。形式之一。课程的主要内容包括材料、连接、基本构件、典型建结构的设计四大部分。不同结构形式都是由基本构件不同结构形式都是由基本构件连结连结而成，基本构件的核心问题是而成，基本构件的核心问题是稳定稳定问题。问题。二、二、钢结构的特点钢结构的特点：可靠性高、材料的强度高，钢结构自重轻，钢材的塑性可靠性高、材料的强度高，钢结构自重轻，钢材的塑性和韧性好，钢结构制造简便，施工工期

2、短和韧性好，钢结构制造简便，施工工期短，钢结构密闭性好，钢结构密闭性好,钢材的耐锈蚀性差钢材的耐锈蚀性差，钢，钢结构耐热但不耐火，钢材在低温时脆性增大结构耐热但不耐火，钢材在低温时脆性增大三、钢结构的应用：三、钢结构的应用：1.大跨度结构大跨度结构2.高层建筑高层建筑3.工业建筑工业建筑4.轻型结构轻型结构5.高耸高耸结构结构6.活动式结构活动式结构7.可拆卸或移动的结构可拆卸或移动的结构 8.容器和大直径管道容器和大直径管道9.抗震要求高的结构抗震要求高的结构10.急需早日交付使用的工程或运输条件差的工程急需早日交付使用的工程或运输条件差的工程11特种结构特种结构12钢桥钢桥13、住宅、住宅

3、水工：钢闸门、拦污栅、升船机、压力管（水库、压力前池、调压室向水轮机输送）。水工：钢闸门、拦污栅、升船机、压力管（水库、压力前池、调压室向水轮机输送）。综上所述，钢结构是在各种工程中广泛应用的一种重要的结构形式。随着我国经济综上所述，钢结构是在各种工程中广泛应用的一种重要的结构形式。随着我国经济建设的发展和钢产量的提高，钢结构将会发挥日益重要的作用。建设的发展和钢产量的提高，钢结构将会发挥日益重要的作用。第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法 设计要求：设计要求：不适合采用其他材料结构时采用。不适合采用其他材料结构时采用。优先采用定型和标准化的结构构件和节点。优先采用定型和标准化的结构

4、构件和节点。研究和完善结构型式时，应尽量做到结构简化和材料集中使研究和完善结构型式时，应尽量做到结构简化和材料集中使用（扩大构件）。用（扩大构件）。可靠性保证可靠性保证运输、安装、使用过程运输、安装、使用过程合理选材、精心设计、保证耐久性合理选材、精心设计、保证耐久性尽可能先进设计方法、连接方式、结构形式、材料尽可能先进设计方法、连接方式、结构形式、材料减轻自重减轻自重节省钢材，受力明确，发挥钢材性能节省钢材，受力明确，发挥钢材性能防腐、防高温、低温防腐、防高温、低温造型美观造型美观一结构设计的目的一结构设计的目的任何结构都是为了完成所要求的某些功能而设计的。工程结构任何结构都是为了完成所要求

5、的某些功能而设计的。工程结构必须具备下列功能：必须具备下列功能：1安全性安全性：结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的：结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力。整体稳定性的能力。2适用性适用性：结构在正常使用的条件下，满足预定使用要求的能力：结构在正常使用的条件下，满足预定使用要求的能力.3耐久性耐久性：结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定：结构在正常维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。功能要求的能力。结构的安全性、适用性

6、、耐久性总称为结构的可靠性。结构设计结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性。结构设计（计算）的目的是在满足各种预定功能的前提下，做到技术先进、安（计算）的目的是在满足各种预定功能的前提下，做到技术先进、安全适用、经济合理和确保质量。要实现这一目的，必须借助于合理的全适用、经济合理和确保质量。要实现这一目的，必须借助于合理的设计方法。设计方法。二设计方法二设计方法1影响结构可靠性的因素影响结构可靠性的因素对于一般的工程结构，影响结构可靠性的因素可以归并为对于一般的工程结构，影响结构可靠性的因素可以归并为荷载效应荷载效应S（荷载作用引起的结构或构件的内力、变形等）和（荷载作用引起的结构或构

7、件的内力、变形等）和结构抗力结构抗力R（结构或构件承受荷载效应的能力，如承载力、刚（结构或构件承受荷载效应的能力，如承载力、刚度等）两个基本变量。度等）两个基本变量。Z=R-S（1-1）Z结构完成预定功能状态的函数。结构完成预定功能状态的函数。Z0结构处于可靠状态；结构处于可靠状态；Z0结构处于失效状态；结构处于失效状态；Z0结构处于临界状态，一旦超过这一状态，结构将不结构处于临界状态，一旦超过这一状态，结构将不再能满足设计要求。因此它也称为极限状态。再能满足设计要求。因此它也称为极限状态。2概率极限状态设计法概率极限状态设计法1)结构设计应考虑下列两种极限状态：结构设计应考虑下列两种极限状态

8、：（1）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。达到不适于继续承载的变形的极限状态。（2）正常使用极限状态：结构或构件达到使用功能上允许的）正常使用极限状态：结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。某一限值的极限状态。2)结构可靠度：结构可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率预定功能的概率(Pr)。Pf=P(z0结构处于可靠状态；结构处于可靠状态；Z0结构处于失效状态；结构处于失效状态；Z0结构处于临界状态，一旦超过这一状态，结

9、构将不结构处于临界状态，一旦超过这一状态，结构将不再能满足设计要求。因此它也称为极限状态。再能满足设计要求。因此它也称为极限状态。2概率极限状态设计法概率极限状态设计法1)结构设计应考虑下列两种极限状态：结构设计应考虑下列两种极限状态：（1）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或）承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。达到不适于继续承载的变形的极限状态。（2）正常使用极限状态：结构或构件达到使用功能上允许的）正常使用极限状态：结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。某一限值的极限状态。2)结构可靠度：结构可靠度：结构在规定的时间

10、内，在规定的条件下，完成结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率预定功能的概率(Pr)。Pf=P(z0)：t300时，钢材的强度和时，钢材的强度和E开始显著下降，而开始显著下降，而显著增大。显著增大。t400时，钢材的强度和时，钢材的强度和E都急剧降低。都急剧降低。t600时时,其承载能力几乎丧失。其承载能力几乎丧失。150以上热辐射或可能受到灼热熔化金属侵害应考虑设置隔热以上热辐射或可能受到灼热熔化金属侵害应考虑设置隔热保护层保护层。三、温度的影响三、温度的影响 负温度范围内负温度范围内(t0)：随着温度降低，塑性随着温度降低，塑性和韧性降低，材料变和韧性降低，材料变脆，称为脆

11、，称为低温冷脆低温冷脆。钢材冲击韧性与温度钢材冲击韧性与温度的关系曲线反弯点所的关系曲线反弯点所对应的温度对应的温度T0称为称为脆性转变温度脆性转变温度。设计选用钢材时应使其脆性转变温度区的下限温度设计选用钢材时应使其脆性转变温度区的下限温度t1低于结构低于结构所处的工作环境温度，即可保证钢结构低温工作的安全。所处的工作环境温度，即可保证钢结构低温工作的安全。不要求大于不要求大于T2低温环境工作的结构要有负温冲击韧性的合格保证。低温环境工作的结构要有负温冲击韧性的合格保证。四、冷加工硬化和时效硬化四、冷加工硬化和时效硬化 1.应变硬化应变硬化钢材在常温下加工称为冷加工。钢材在常温下加工称为冷加

12、工。冷轧、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大的塑性变形，从而使冷轧、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大的塑性变形，从而使屈服屈服强度强度fy提高，但同时降低了钢材的塑性和韧性，这种现象称为提高，但同时降低了钢材的塑性和韧性，这种现象称为冷加工硬化。冷加工硬化。2.时效硬化时效硬化钢材经过一定时间后强度提高但塑性降低，这种现象称为时效硬化。钢材经过一定时间后强度提高但塑性降低，这种现象称为时效硬化。不同种类钢材的时效硬化过程可从几小时到数十年。不同种类钢材的时效硬化过程可从几小时到数十年。在高温时融化于铁中的少量氮和碳，随着时间的推移逐渐从纯铁中析出，生成碳在高温时融化于铁中的少

13、量氮和碳，随着时间的推移逐渐从纯铁中析出，生成碳化物和氮化物，对纯铁体的塑性变形起遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性化物和氮化物，对纯铁体的塑性变形起遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降，和韧性下降，这种现象称为时效硬化，俗称老化。这种现象称为时效硬化，俗称老化。产生时效硬化的过程一般较长，产生时效硬化的过程一般较长，但在振动荷载、反复荷载及温度变化等情况下，会加速发展。在钢材产生一定数但在振动荷载、反复荷载及温度变化等情况下，会加速发展。在钢材产生一定数量的塑性变形后，铁中的氮和碳将更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发量的塑性变形后，铁中的氮和碳将更容易析出，从而使已经冷作硬

14、化的钢材又发生时效硬化现象，称为生时效硬化现象，称为应变时效硬化，应变时效硬化，四、冷加工硬化和时效硬化四、冷加工硬化和时效硬化 3.人工时效人工时效使钢材产生使钢材产生10%的塑性变形，再加热到的塑性变形，再加热到200300，然后冷却，然后冷却到室温进行试验。到室温进行试验。这样这样可使时效在几小时内完成。检验冲击韧性可使时效在几小时内完成。检验冲击韧性4.设计要求设计要求钢结构设计一般不利用冷加工硬化造成的强度提高，钢结构设计一般不利用冷加工硬化造成的强度提高，而且对直接承受动力荷载的钢结构还应设法消除冷加工硬化的而且对直接承受动力荷载的钢结构还应设法消除冷加工硬化的影响，如将局部硬化部

15、分用刨边或扩钻予以消除。影响，如将局部硬化部分用刨边或扩钻予以消除。在复杂应力如平面或在复杂应力如平面或立体应力作用下立体应力作用下钢材的屈服并不只取钢材的屈服并不只取决于某一方向的应力，决于某一方向的应力，而是由反映各方向应而是由反映各方向应力综合影响的屈服条力综合影响的屈服条件来确定。件来确定。同号应力场使材料脆性加大。同号应力场使材料脆性加大。五、复杂应力状态的影响五、复杂应力状态的影响六、应力集中的影响六、应力集中的影响 钢构件在缺陷或截面变化处附近钢构件在缺陷或截面变化处附近将产生局部高峰应力，其余部位将产生局部高峰应力，其余部位应力较低，称为应力较低，称为应力集中。应力集中。孔洞、

16、凹角、裂缝、截面突变孔洞、凹角、裂缝、截面突变在应力高峰区域存在着同号的双在应力高峰区域存在着同号的双向或三向应力。向或三向应力。这种同号的双向或三向应力场有这种同号的双向或三向应力场有使钢材变脆的趋势。使钢材变脆的趋势。应力集中系应力集中系数越大，变脆的倾向亦愈严重。数越大，变脆的倾向亦愈严重。在负温下或动力荷载作用下，应力集中往往是引起脆性断裂的根在负温下或动力荷载作用下，应力集中往往是引起脆性断裂的根源，设计中应设法避免或减小应力集中，并选用质量优良的钢材。源，设计中应设法避免或减小应力集中，并选用质量优良的钢材。七、其他因素影响七、其他因素影响反复荷载反复荷载疲劳破坏疲劳破坏残余应力残

17、余应力热轧氧割焊接的加热和冷却过程中在构件内部热轧氧割焊接的加热和冷却过程中在构件内部产生的自相平衡的抗拉应力，对变形、疲劳、稳定承载力不产生的自相平衡的抗拉应力，对变形、疲劳、稳定承载力不利。利。练习练习钢材经冷作硬化后，屈服点钢材经冷作硬化后，屈服点()，塑性、韧性降低。，塑性、韧性降低。A降低降低B不变不变C提高提高D视情况而定视情况而定某构件发生了脆性破坏，经检查发现在破坏时构件内存在以某构件发生了脆性破坏，经检查发现在破坏时构件内存在以下问题，但可以肯定的是，下问题，但可以肯定的是，()对该破坏无直接影响。对该破坏无直接影响。A钢材的屈服点过低钢材的屈服点过低B构件的荷载增加速度过快

18、构件的荷载增加速度过快C存在冷加工硬化存在冷加工硬化D构件由构造原因引起的应力集构件由构造原因引起的应力集中中第四节第四节 钢材的疲劳钢材的疲劳 一、钢材疲劳的基本概念一、钢材疲劳的基本概念 钢材在反复荷载作用下钢材在反复荷载作用下,在应力低于钢材抗拉强度甚至低于屈服点时突在应力低于钢材抗拉强度甚至低于屈服点时突然断裂然断裂,称为称为钢材的疲劳或疲劳破坏钢材的疲劳或疲劳破坏.钢结构中总存在有微观裂纹或类似的缺陷钢结构中总存在有微观裂纹或类似的缺陷,导致应力集中。导致应力集中。在多次反复荷载作用下，微观裂纹不断开展，应力集中现象越来越严在多次反复荷载作用下，微观裂纹不断开展，应力集中现象越来越严

19、重。重。当荷载反复循环达一定次数当荷载反复循环达一定次数n（疲劳寿命）时，裂纹扩展使得净截面（疲劳寿命）时，裂纹扩展使得净截面承载力不足以承受外力作用时，构件突然断裂，发生疲劳破坏。承载力不足以承受外力作用时，构件突然断裂，发生疲劳破坏。疲劳破坏一般经历疲劳破坏一般经历裂纹形成裂纹形成、裂纹缓慢扩展裂纹缓慢扩展和最后和最后迅速断裂迅速断裂三个阶段。三个阶段。钢材的疲劳强度取决于钢材的疲劳强度取决于应力集中应力集中(或缺口效应或缺口效应)和和应力循环次数应力循环次数。与静。与静力强度明显关系。截面几何形状突然改变处的应力集中、存在残余应力强度明显关系。截面几何形状突然改变处的应力集中、存在残余应

20、力，对疲劳尤为不利。力，对疲劳尤为不利。循环次数循环次数5万次以上要进行疲劳计算。万次以上要进行疲劳计算。二、疲劳计算二、疲劳计算 反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。=max-min称为称为应力幅应力幅，表示应力变化的幅度。，表示应力变化的幅度。影响疲劳破坏的主要因素影响疲劳破坏的主要因素钢材本身质量、构件几何尺寸和缺陷（结构措施）钢材本身质量、构件几何尺寸和缺陷（结构措施）最大应力和应力比越大，越安全最大应力和应力比越大，越安全。裂缝传递压应力（非焊接）。裂缝传递压应力（非焊接）应力循环次数应力循环次数应力集中程度应力集中程度（为什么说应

21、力集中是影响钢材性能重要因素）（为什么说应力集中是影响钢材性能重要因素）应力幅（焊接）应力幅（焊接）二、疲劳计算二、疲劳计算 （容许应力幅法）（容许应力幅法）试验表明试验表明:焊接结构发生疲劳破坏并不是名义最大应力焊接结构发生疲劳破坏并不是名义最大应力max作用的结果，作用的结果，而是焊缝部位足够大小的而是焊缝部位足够大小的应力幅应力幅反复作用的结果。反复作用的结果。非焊接结构的的疲劳寿命不仅与应力幅有关，还与其他因素有非焊接结构的的疲劳寿命不仅与应力幅有关，还与其他因素有关。关。最大应力、应力比、循环次数和缺口效应等最大应力、应力比、循环次数和缺口效应等规范把疲劳计算公式中的应力幅调整为折算

22、应力幅，以反映规范把疲劳计算公式中的应力幅调整为折算应力幅，以反映其实际工作情况。其实际工作情况。疲劳计算的公式是以试验为依据的，分为疲劳计算的公式是以试验为依据的，分为常幅常幅和和变幅疲劳变幅疲劳两两种情况进行计算。种情况进行计算。二、疲劳计算二、疲劳计算 1.常幅疲劳计算常幅疲劳计算C、参数，根据表参数，根据表2-2中的构件和连接类别按中的构件和连接类别按表表2-3采用。采用。对焊接部位对焊接部位=max-min；对非焊接部；对非焊接部位位=max-0.7min。由上式可见，由上式可见，容许应力幅与钢材的强度无关，这表明不同钢材容许应力幅与钢材的强度无关，这表明不同钢材具有相同的抗疲劳性能

23、。具有相同的抗疲劳性能。二、疲劳计算二、疲劳计算 2.变幅疲劳计算变幅疲劳计算可近似地按照线性疲劳累积损伤原则，将随机变化的应力幅折可近似地按照线性疲劳累积损伤原则，将随机变化的应力幅折算为等效常应力幅算为等效常应力幅e，按下式进行疲劳计算：，按下式进行疲劳计算：2-12吊车梁：根据实测结果，推算出设计基准期吊车梁：根据实测结果，推算出设计基准期50年内各种吊车梁年内各种吊车梁的应力循环总次数的应力循环总次数n(等效于满荷载时等效于满荷载时n=2 2 106次次)，相应的欠，相应的欠载效应的等效系数载效应的等效系数f值如表值如表2-3所示，重级、中级工作制吊车梁所示，重级、中级工作制吊车梁的疲

24、劳验算公式为的疲劳验算公式为:三、疲劳计算应注意问题三、疲劳计算应注意问题 当当n5*104时时，应进行疲劳计算。，应进行疲劳计算。疲劳计算采用的是容许应力幅法，疲劳计算采用的是容许应力幅法，计算公式是以实验为依据计算公式是以实验为依据的，实验中已包含了动力的影响，故荷载应采用标准值且不的，实验中已包含了动力的影响，故荷载应采用标准值且不乘动力系数、荷载分项系数，应力幅按弹性工作计算。乘动力系数、荷载分项系数，应力幅按弹性工作计算。在完全压应力（不出现拉应力）循环中在完全压应力（不出现拉应力）循环中，由于压应力不会使，由于压应力不会使裂纹继续扩展，故规范规定此种情况可不进行疲劳计算。裂纹继续扩

25、展，故规范规定此种情况可不进行疲劳计算。第五节第五节 钢材的钢种、钢号及选择钢材的钢种、钢号及选择 一、钢种、钢号一、钢种、钢号 钢种：钢种：钢材的种类，钢结构常用的是碳素结构钢和低合金结构钢。钢材的种类，钢结构常用的是碳素结构钢和低合金结构钢。钢号：钢号：钢材的牌号简称为钢号。钢材的牌号简称为钢号。一、钢种、钢号一、钢种、钢号 1.碳素结构钢碳素结构钢钢号由等四个部分按顺序组成钢号由等四个部分按顺序组成:代表屈服点的字母代表屈服点的字母Q；屈服强度数值：屈服强度数值：fy，单位是，单位是N/mm2；质量等级符号：质量等级符号：分为分为A、B、C、D四级四级,质量依次提高质量依次提高;（依据）

26、（依据）脱氧方法符号：脱氧方法符号：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢的代沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢的代号分别为号分别为F、b、Z和和TZ，其中，其中Z和和TZ在钢号中省略不写。在钢号中省略不写。钢材的质量等级中，钢材的质量等级中，A、B级钢按脱氧方法可为沸腾钢、半镇级钢按脱氧方法可为沸腾钢、半镇静钢或镇静钢，静钢或镇静钢，C级为镇静钢，级为镇静钢，D级为特殊镇静钢。级为特殊镇静钢。Q195及及Q215的强度比较低，而的强度比较低，而Q255的含碳量上限和的含碳量上限和Q275的含碳量都超出低碳钢的范围。所以建筑结构在碳素结构钢这一钢种中主要应用的含碳量都超出低碳钢的范围。所以建筑

27、结构在碳素结构钢这一钢种中主要应用Q235这这一牌号，该牌号钢材强度适中，塑性、韧性均较好，加工和焊接方面的性能也都比较好。一牌号，该牌号钢材强度适中，塑性、韧性均较好，加工和焊接方面的性能也都比较好。例如例如:Q235-BFQ235AFQ235AbQ235AQ235BFQ235BbQ235BQ235CQ235DQ195、Q215、Q235、Q255、Q275为常用牌号为常用牌号一、钢种、钢号一、钢种、钢号 2.低合金结构钢低合金结构钢低合金结构钢是在冶炼碳素结构钢时加入一种或几种适量的合金元素而成低合金结构钢是在冶炼碳素结构钢时加入一种或几种适量的合金元素而成的钢。钢的强度明显提高，合金元素

28、的总量低于的钢。钢的强度明显提高，合金元素的总量低于5，故称为低合金高强，故称为低合金高强度结构钢。度结构钢。其钢材牌号的表示方法与碳素结构钢相似，但质量等级分为其钢材牌号的表示方法与碳素结构钢相似，但质量等级分为A、B、C、D、E五级，且无脱氧方法符号。五级，且无脱氧方法符号。低合金高强度结构钢分为低合金高强度结构钢分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五种不同强度五种不同强度等级的牌号。其中等级的牌号。其中Q345、Q390和和Q420是钢结构设计规范规定选用的钢种，是钢结构设计规范规定选用的钢种，其质量等级分为其质量等级分为A、B、C、D、E五级，字母顺序越靠后的钢材质量越

29、高，五级，字母顺序越靠后的钢材质量越高，这三种牌号的钢材均具有较高的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能。其这三种牌号的钢材均具有较高的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能。其牌号与碳素结构钢牌号的表示方法类似，只是前者的牌号与碳素结构钢牌号的表示方法类似，只是前者的A、B级属于镇静钢，级属于镇静钢，C、D、E级属于特殊镇静钢级属于特殊镇静钢。A例如例如Q345-B，Q390-D，Q420-E。一、钢种、钢号一、钢种、钢号 3.专用结构钢专用结构钢特殊用途的钢结构常采用特殊用途的钢结构常采用专用结构钢专用结构钢。专用结构钢的钢号用在。专用结构钢的钢号用在相应钢号后再加上专业用途代号（压力容器、桥梁、船

30、舶和锅相应钢号后再加上专业用途代号（压力容器、桥梁、船舶和锅炉用钢材的专业用途代号分别为炉用钢材的专业用途代号分别为R、q、C和和g）来表示。）来表示。耐候钢：耐候钢：在钢材冶炼时加入少量的合金元素如在钢材冶炼时加入少量的合金元素如Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、Zr、V等，等，提高钢材的耐腐蚀性能。也称为耐大提高钢材的耐腐蚀性能。也称为耐大气腐蚀钢。气腐蚀钢。例如例如15MnCuCrQT钢表示含碳量为钢表示含碳量为0.15%，合金，合金元素为锰、铜、铬的淬火加回火热处理耐候钢。元素为锰、铜、铬的淬火加回火热处理耐候钢。连接用钢：连接用钢：钢结构连接中的铆钉、高强度螺栓、焊钢结构连接中的铆

31、钉、高强度螺栓、焊条用钢丝等，条用钢丝等，也采用满足各自连接件要求的专门用钢。也采用满足各自连接件要求的专门用钢。二、钢材的选择二、钢材的选择 钢材的选择既要确定所用钢材的选择既要确定所用钢材的钢号钢材的钢号，又要提出应有的，又要提出应有的机械性能和化学成分保证项目机械性能和化学成分保证项目，是钢结构设计的首要环节。，是钢结构设计的首要环节。选材的基本原则是既保证安全可靠，又经济合理。选材的基本原则是既保证安全可靠，又经济合理。钢材的质量等级愈高，其价格也愈高。钢材的质量等级愈高，其价格也愈高。因此应根据结构的不同特点，来选择适宜的钢材。因此应根据结构的不同特点，来选择适宜的钢材。综合考虑以下

32、因素综合考虑以下因素 结构的重要性。根据结构的重要性。根据建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)中结构破中结构破坏后的严重性，首先应判明建筑物及其构件的分类坏后的严重性，首先应判明建筑物及其构件的分类(为重要、一般还是次要为重要、一般还是次要)及安全等及安全等级级(为一级、二级还是三级为一级、二级还是三级)。荷载的性质。要考虑结构所受荷载的特性，如是静荷还是动荷，是直接动荷还是荷载的性质。要考虑结构所受荷载的特性，如是静荷还是动荷，是直接动荷还是间接动荷。间接动荷。连接方法。需考虑钢材是采用焊接连接还是非焊接连接形式，以便选择符合实际连接方法。需考虑钢

33、材是采用焊接连接还是非焊接连接形式，以便选择符合实际要求的钢材。要求的钢材。结构的工作环境。需考虑结构的工作温度及周围环境中是否有腐蚀性介质。结构的工作环境。需考虑结构的工作温度及周围环境中是否有腐蚀性介质。钢材的厚薄程度。需选用厚度较大的钢材时，应考虑其厚度方向抗撕裂性能较差钢材的厚薄程度。需选用厚度较大的钢材时，应考虑其厚度方向抗撕裂性能较差的因素，从而决定是否选择的因素，从而决定是否选择z向钢。向钢。按照上述原则，按照上述原则，钢结构设计规范钢结构设计规范结合我国多年来的工程实践和钢材生产情况，结合我国多年来的工程实践和钢材生产情况，对承重结构的钢材推荐采用对承重结构的钢材推荐采用Q23

34、5、Q345、Q390、Q420钢。钢。综合考虑以下因素综合考虑以下因素 沸腾钢质量虽然较差，但在常温、静力荷载下的力学性能和焊接性能与镇静钢的差异并不明显，故仍可用沸腾钢质量虽然较差，但在常温、静力荷载下的力学性能和焊接性能与镇静钢的差异并不明显，故仍可用于一般承重结构。然而，于一般承重结构。然而，钢结构设计规范钢结构设计规范对下列情况中的焊接承重结构和构件不应采用对下列情况中的焊接承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢。沸腾钢。直接承受动力荷载或振动荷载且需验算疲劳的结构。直接承受动力荷载或振动荷载且需验算疲劳的结构。工作环境温度低于一工作环境温度低于一20时的直接承受动力荷载或振动荷载但可

35、不验算疲劳的结构以及承受静荷载的受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荷载的受弯及受拉的重要承重结构。弯及受拉的重要承重结构。工作温度等于或低于一工作温度等于或低于一30的所有承重结构。的所有承重结构。对承重结构的钢材，对承重结构的钢材，应具有抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷含量的合格保证，应具有抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构还应具有对焊接结构还应具有冷弯试验和碳含量的合格保证。冷弯试验和碳含量的合格保证。这是这是钢结构设计规范钢结构设计规范的强制性条文，是焊接承重的强制性条文，是焊接承重结构钢材应具有的强度和塑性性能的基本保证，也是焊接性能

36、保证的要求。结构钢材应具有的强度和塑性性能的基本保证，也是焊接性能保证的要求。对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构，如一般的屋架、托架、梁、柱、天窗架、操作平台或者类对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构，如一般的屋架、托架、梁、柱、天窗架、操作平台或者类似结构的钢材等，可按此要求选用。如对似结构的钢材等，可按此要求选用。如对Q235钢，可选用钢，可选用Q235-BF或或Q235-B。钢结构设计规范钢结构设计规范进一步规定：对于需要验算疲劳的焊接结构和起重量进一步规定：对于需要验算疲劳的焊接结构和起重量50t的中级工作制吊车梁，以及的中级工作制吊车梁，以及承受静力荷载的重要的受拉及受弯焊

37、接结构的钢材，还应具有常温承受静力荷载的重要的受拉及受弯焊接结构的钢材，还应具有常温(+20)冲击韧性的合格保证，即应选用冲击韧性的合格保证，即应选用各钢号的各钢号的B级钢材。当结构工作温度低于级钢材。当结构工作温度低于0cc但不低于一但不低于一20时，时，Q235、Q345钢应具有钢应具有o冲击韧性的合格冲击韧性的合格保证，即应选用保证，即应选用Q235C和和Q345一一c钢；对钢；对Q390、Q420钢应具有一钢应具有一20冲击韧性的合格保证，即应选用冲击韧性的合格保证，即应选用Q390D和和Q420D钢。当结构工作温度低于一钢。当结构工作温度低于一20时，对时，对Q235、Q345钢应具

38、有一钢应具有一20冲击韧性的合格冲击韧性的合格保证，即应选用保证，即应选用Q235D和和Q345一一D钢；对钢；对Q390、Q420钢应具有一钢应具有一40冲击韧性的合格保证，即应选用冲击韧性的合格保证，即应选用Q390E和和Q420一一E钢。钢。三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格 钢结构所用钢材主要是热轧成型的钢结构所用钢材主要是热轧成型的钢板、型钢钢板、型钢（和冷加工（和冷加工（冷弯、冷压和冷轧）成型的（冷弯、冷压和冷轧）成型的薄壁型钢薄壁型钢。图。图2-11)1.热轧钢板热轧钢板钢板的标注符号是钢板的标注符号是“（截面代号）宽度（截面代号）宽度厚度厚度长度长度”，单位为，单位为mm，亦

39、可用亦可用“宽度宽度厚度厚度”或或“厚度厚度”来表示。来表示。如如360123600360123600，亦可表示如，亦可表示如3601236012或或1212。厚钢板常用来组成焊接构件和连接钢板；薄钢板主要用来制造冷弯薄壁型钢。厚钢板常用来组成焊接构件和连接钢板；薄钢板主要用来制造冷弯薄壁型钢。厚钢板：厚度厚钢板：厚度4560mm，宽度，宽度6003000mm，长度，长度412m；薄钢板：厚度薄钢板：厚度0354mm，宽度，宽度5001500mm，长度，长度054m。扁钢：厚度扁钢：厚度460mm，宽度，宽度12200mm，长度，长度39m。三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格2.2.热轧型钢

40、（角钢、槽钢、工字钢、热轧型钢（角钢、槽钢、工字钢、H H型钢、型钢、T T型钢、钢管）型钢、钢管）（1 1）角钢）角钢 分为等边和不等边角钢两种。角钢标注符号是分为等边和不等边角钢两种。角钢标注符号是“边宽边宽厚度（等边角钢）或厚度（等边角钢）或长边宽长边宽短边宽短边宽厚度（不等厚度（不等边角钢），单位为边角钢），单位为mm”mm”。如。如10081008和和100808100808。主要用来制作桁架等格构式结构的杆件和支撑等连接杆件。主要用来制作桁架等格构式结构的杆件和支撑等连接杆件。我国目前生产的角钢最大边长为我国目前生产的角钢最大边长为200mm，角钢的供应长度般，角钢的供应长度般为为

41、419m。（2）槽钢）槽钢有热轧普通槽钢和轻型槽钢两种。槽钢规格用槽钢符号有热轧普通槽钢和轻型槽钢两种。槽钢规格用槽钢符号（普通槽钢和轻型槽钢的符号分别为（普通槽钢和轻型槽钢的符号分别为和和Q）和截面高度（单位为）和截面高度（单位为cm）表示，当腹板厚度不同时，还要标注出腹板厚度类别符号）表示，当腹板厚度不同时，还要标注出腹板厚度类别符号a、b、c，例如，例如10、20a、Q20a。与普通槽钢截面高度相同的轻型槽钢的。与普通槽钢截面高度相同的轻型槽钢的翼缘和腹板均较薄，截面面积小但回转半径大。翼缘和腹板均较薄，截面面积小但回转半径大。（3）工字钢）工字钢有普通工字钢和轻型工字钢两种。标注方法与

42、槽钢相同，有普通工字钢和轻型工字钢两种。标注方法与槽钢相同，但槽钢符号但槽钢符号“”应改为应改为“I”,例如例如I18、I50a、QI50。普通工字钢和轻型工字钢的两个主轴方向的惯性矩相差较大，不宜单独用普通工字钢和轻型工字钢的两个主轴方向的惯性矩相差较大，不宜单独用作受压构件，而宜用作腹板平面内受弯的构件，或由工字型和其他型钢组作受压构件，而宜用作腹板平面内受弯的构件，或由工字型和其他型钢组成的组合构件或格构式构件。成的组合构件或格构式构件。三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格 三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格（4）H型钢型钢H型钢比工字钢的翼缘宽度大并为等厚度，型钢比工字钢的翼缘宽度大

43、并为等厚度，截面抵抗矩较大且质量较小，便于与其它构件连接。热截面抵抗矩较大且质量较小，便于与其它构件连接。热轧轧H型钢分为宽、中、窄翼缘型钢分为宽、中、窄翼缘H型钢，它们的代号分别为型钢，它们的代号分别为HW、HM（受压构件：钢柱）（受压构件：钢柱）和和HN（受弯构件：钢梁）（受弯构件：钢梁）。标注方法与槽钢相同，但代号。标注方法与槽钢相同，但代号“”应改变为应改变为“H”，单位为单位为mm。例如。例如HW260a、HM360、HN300b。我国目前最大型号我国目前最大型号HN70030013243001324（5）钢管）钢管钢结构中常用热轧无缝钢管和焊接钢管。用钢结构中常用热轧无缝钢管和焊接

44、钢管。用“外径外径壁厚壁厚”表示，表示，单位为单位为mmmm，例如，例如 36063606。3.薄壁型钢薄壁型钢 薄壁型钢通常是用薄壁型钢通常是用1.51.56mm6mm厚的薄钢板冷加工而成，其截面形式和尺厚的薄钢板冷加工而成，其截面形式和尺寸可按工程要求合理设计。寸可按工程要求合理设计。与相同截面积的热轧型钢相比，其截面抵抗矩大，钢材用量可显著减与相同截面积的热轧型钢相比，其截面抵抗矩大，钢材用量可显著减少，少，在轻钢结构中得到广泛的应用。在轻钢结构中得到广泛的应用。但因板壁较薄，对锈蚀影响较为但因板壁较薄，对锈蚀影响较为敏感。（承重）敏感。（承重）压型钢板：压型钢板：0.40.42mm2m

45、m钢板、镀锌钢板、彩色涂层钢板经冷轧而成的波形钢板、镀锌钢板、彩色涂层钢板经冷轧而成的波形板，轻型屋面或墙面。板，轻型屋面或墙面。三、常用钢材的规格三、常用钢材的规格 四、其它钢材的使用四、其它钢材的使用 当上述钢材不能满足要求时，还可选用优质碳素结构钢或其当上述钢材不能满足要求时，还可选用优质碳素结构钢或其它低合金钢。它低合金钢。当在有腐蚀介质中使用钢结构时，可采用耐侯钢。具体可参当在有腐蚀介质中使用钢结构时，可采用耐侯钢。具体可参考考钢结构材料手册钢结构材料手册。五、我国目前建筑钢材存在的主要问题五、我国目前建筑钢材存在的主要问题 1厚板可焊性差，厚板可焊性差，Q345等厚板焊接时，易出现

46、层状撕裂。等厚板焊接时，易出现层状撕裂。应采用应采用Z向钢，即向钢，即厚度方向性能钢板厚度方向性能钢板GB5313，要求沿厚度，要求沿厚度方向有良好的抗层状撕裂性能，用厚度方向拉力试验的断面收方向有良好的抗层状撕裂性能，用厚度方向拉力试验的断面收缩率来评定。应生产优质特厚钢。缩率来评定。应生产优质特厚钢。2高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决好，高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决好，不能满足轻型房屋钢结构的需要。主要应解决其冲压性差的问不能满足轻型房屋钢结构的需要。主要应解决其冲压性差的问题。题。3我国现只能生产镀锌钢板我国现只能生产镀锌钢板，不能生产抗腐蚀性能更好的

47、镀，不能生产抗腐蚀性能更好的镀铝锌钢板，。需引进生产线或专利来解决。铝锌钢板，。需引进生产线或专利来解决。4型材品种规格还不能满足建筑需要。型材品种规格还不能满足建筑需要。要开发生产薄壁热轧要开发生产薄壁热轧H型钢等。型钢等。5建筑用高强度低合金结构钢品种太少建筑用高强度低合金结构钢品种太少，应用比重较低。生，应用比重较低。生产耐火钢。产耐火钢。第六节第六节 国外钢材品种和钢号简介国外钢材品种和钢号简介 各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为：各国的钢号基本上是以强度等级来划分，表示方式为：字首符号钢材的强度值钢材质量等级字首符号钢材的强度值钢材质量等级 字首符号：字首符号：美国采用美

48、国采用A(Alloy)A(Alloy)；日本采用；日本采用SSSS（一般结构用轧制钢（一般结构用轧制钢材，第一个材，第一个S S为为SteelSteel的第一个字母）、的第一个字母）、SMSM（焊接结构用轧制钢材）、（焊接结构用轧制钢材）、SMASMA（焊接结构用耐候性轧制钢材）等；德国采用（焊接结构用耐候性轧制钢材）等；德国采用St St（德文钢（德文钢StahlStahl）；意大利采用）；意大利采用FeFe；法国采用；法国采用A A、E E等；独联体各国采用等；独联体各国采用C C（俄文钢的第一个字母）；英国无字首符号。（俄文钢的第一个字母）；英国无字首符号。钢材的强度值：钢材的强度值：单

49、位一般为单位一般为N/mm N/mm 2 2 ，但美国为，但美国为Ksi(Ksi(千磅英寸千磅英寸2 2 )。强度值有的采用。强度值有的采用f fu u，有的采用，有的采用f fy y 。ISOISO国际标准、欧共体各国、国际标准、欧共体各国、日本等采用日本等采用f fu u，美国、独联体各国等采用，美国、独联体各国等采用f fy y。钢材质量等级：钢材质量等级：分为分为A A、B B、C C、D D、E E等。等。各国的钢号各国的钢号 各国钢材品种与我国钢材品种对应表各国钢材品种与我国钢材品种对应表中国中国美美 国国日日 本本英英 国国法法 国国德德 国国俄罗斯俄罗斯 Q235 Q235A3

50、6A36 SS400 SS400 SM400 SM400 SMA400 SMA400 40 40E24E24St37St37C235C235Q345Q345A572-50A572-50SM490YA SM490YA SM490YBSM490YBSM520 SM520 50D 50DE36E36St44St44C345C345Q390Q390A572-60A572-60 SM570 SM57050F50FA50A50St50St50C390C390Q420Q420A572-65A572-65 A60 A60St60St60C440C440 各国钢材标准不同，很难明确地找出与我国钢材品种之间的相各