鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材

,鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材,建筑金屬材料的應(yīng)用及發(fā)展,（一）建筑用鋼材的應(yīng)用及發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)用鋼材砼用鋼筋（二）建筑用鋁及鋁合金材料的應(yīng)用及發(fā)展鋁材的工程應(yīng)用鋁合金材料的工程應(yīng)用鋁塑板的工程應(yīng)用,（一）建筑用鋼材的應(yīng)用及發(fā)展,1、鋼結(jié)構(gòu)用鋼材類型及發(fā)展（1）鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展空間（2）鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,（一）建筑用鋼材的應(yīng)用及發(fā)展,（3）鋼結(jié)構(gòu)的類型高層鋼結(jié)構(gòu)：普通鋼結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)：輕鋼結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)（4）鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材型鋼鋼管鋼板,鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材,H型鋼類型：分為熱軋成型及焊接成型兩種寬翼緣(HW系列)中翼緣(HM系列)窄翼緣(HN系列)樁專用型(HP系列)特點：翼緣寬，側(cè)向剛度大。結(jié)構(gòu)強度高。翼緣兩表面相互平行，構(gòu)造方便。便于機械加工、結(jié)構(gòu)連接和安裝,H型鋼,H型鋼常用規(guī)格,鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材,冷彎型鋼建筑業(yè)應(yīng)用結(jié)構(gòu)用冷彎方形管、矩形管立柱采用方矩形管，以增大焊縫的長度，提高抗震性。冷彎方矩形管作立柱、H型鋼作房梁其良好的抗震性能和經(jīng)濟優(yōu)勢國外冷彎方矩形管和熱軋H型鋼在建筑業(yè)中的用量約為1：1的關(guān)系。,冷彎型鋼常用規(guī)格,鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材,冷彎C型鋼、Z型鋼壁薄自重輕，截面性能優(yōu)良，強度高，與傳統(tǒng)槽鋼相比，同等強度可節(jié)約材30%。C型鋼廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)建筑的檁條、墻梁。Z型鋼特別適用于大坡度屋面的檁條。C型鋼高度為80、100、120、140、160五種規(guī)格，長一般不超過12米。,C型鋼、Z型鋼,鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材,其他型鋼工字鋼、槽鋼、圓鋼、角鋼等,鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材,鋼板中厚板：鋼板厚度大于等于5.0mm，但抗腐蝕性好的的鍍鋁鋅鋼板應(yīng)用越來越廣泛。牌號：Q195255產(chǎn)品規(guī)格：640 x15002600 x600012000mm彩鋼板,鋼板,鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材,鋼管用于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)架星形網(wǎng)架,三角形網(wǎng)架,星形網(wǎng)架,建筑鋼材的標準及選用,一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼目前國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)用鋼的品種主要是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼）1、牌號及其表示方法國標碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB70088）中規(guī)定，牌號由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分按順序組成。其中以“Q”代表屈服點；屈服點數(shù)值共分195、215、235、255和275MPa五種；質(zhì)量等級以硫、磷等雜質(zhì)含量由多到少，分別為A、B、C、D符號表示；脫氧方法以F表示沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼、Z、TZ表示鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z和TZ在鋼的牌號中予以省略。例如：Q235AF表示屈服點為235MPa的A級沸騰鋼,2、技術(shù)要求各牌號鋼的鋼材類別應(yīng)符合表7-6鋼材規(guī)格和用途3、選用一方面要根據(jù)鋼材的質(zhì)量、性能及相應(yīng)的標準；另一方面要根據(jù)工程使用條件對鋼材性能的要求。國標將碳素結(jié)構(gòu)鋼分為五個牌號，每個牌號又分為不同的質(zhì)量等級。一般來講，牌號數(shù)值越大，含碳量越高，其強度、硬度越高，但塑性、韌性越低。硫、磷含量低的D、C級鋼的質(zhì)量優(yōu)于B、A級鋼。特殊鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼質(zhì)量優(yōu)于半鎮(zhèn)靜鋼，更優(yōu)于沸騰鋼，當然質(zhì)量好的鋼成本也高。,工程結(jié)構(gòu)的荷載類型、焊接情況及環(huán)境溫度等條件對鋼材性能有不同的要求，選用鋼材時必須滿足。一般情況下，沸騰鋼在下述情況下是限制使用的：（1）在直接承受動荷載的焊接結(jié)構(gòu)。（2）非焊接結(jié)構(gòu)而計算溫度低于或等于20時。（3）受靜荷載及間接動荷載作用，而計算溫度等于或低于30時的焊接結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)中，主要應(yīng)用的是碳素鋼Q235，即用Q235軋成的各種型材、板材和管材。Q235鋼的強度、韌性和塑性以及可加工性能好，且冶煉方便、成本較低。由于Q235D含有足夠的形成細粒結(jié)構(gòu)的元素，同時對硫、磷元素控制較嚴格，其沖擊韌性好，抵抗振動、沖擊荷載能力強，尤其在一定的負溫條件下，較其他牌號更為合理。A級鋼一般僅適用于承受靜荷載作用的結(jié)構(gòu)。,4、選用鋼材的選用一方面要根據(jù)鋼材的質(zhì)量、性能及相應(yīng)的標準；另一方面要根據(jù)工程使用條件對鋼材性能的要求。國標將碳素結(jié)構(gòu)鋼分為五個牌號，每個牌號又分為不同的質(zhì)量等級。一般來講，牌號數(shù)值越大，含碳量越高，其強度、硬度越高，但塑性、韌性越低。硫、磷含量低的D、C級鋼的質(zhì)量優(yōu)于B、A級鋼。特殊鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼質(zhì)量優(yōu)于半鎮(zhèn)靜鋼，更優(yōu)于沸騰鋼，當然質(zhì)量好的鋼成本也高,工程結(jié)構(gòu)的荷載類型、焊接情況及環(huán)境溫度等條件對鋼材性能有不同的要求，選用鋼材時必須滿足。一般情況下，沸騰鋼在下述情況下是限制使用的：（1）在直接承受動荷載的焊接結(jié)構(gòu)。（2）非焊接結(jié)構(gòu)而計算溫度低于或等于20時。（3）受靜荷載及間接動荷載作用，而計算溫度等于或低于30時的焊接結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)中，主要應(yīng)用的是碳素鋼Q235，即用Q235軋成的各種型材、板材和管材。Q235鋼的強度、韌性和塑性以及可加工性能好，且冶煉方便、成本較低。由于Q235D含有足夠的形成細粒結(jié)構(gòu)的元素，同時對硫、磷元素控制較嚴格，其沖擊韌性好，抵抗振動、沖擊荷載能力強，尤其在一定的負溫條件下，較其他牌號更為合理。A級鋼一般僅適用于承受靜荷載作用的結(jié)構(gòu)。,Q215鋼強度低、塑性大、受力產(chǎn)生變形大，經(jīng)冷加工后可代替Q235鋼使用。Q275鋼雖然強度高，但塑性較差，有時軋成帶肋鋼筋用于混凝土中。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是一種在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上添加總量小于5%合金元素的鋼材，具有強度高、塑性和低溫沖擊韌性好、耐腐蝕等特點。,牌號及其表示方法國標低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼（GB159194）規(guī)定，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼以屈服點等級為主，劃分成五個牌號，其表示方法如下：屈服點等級質(zhì)量等級屈服點等級：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460質(zhì)量等級：E、D、C、B、A,性能與應(yīng)用由于合金元素的強化作用，使低合金結(jié)構(gòu)鋼不但具有較高的強度，且具有較好的塑性、韌性和可焊性。Q345鋼的綜合性能較好，是鋼結(jié)構(gòu)的常用牌號，Q390也是推薦使用的牌號。與碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235相比，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q345的強度和承載力更高，并具有良好的承受動荷載和耐疲勞性能，但價格稍高。用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼代替碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235可節(jié)省鋼材15%25%，并減輕結(jié)構(gòu)的自重。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是大型結(jié)構(gòu)、重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、橋梁工程、承受動力荷載合沖擊荷載的結(jié)構(gòu)。,二、混凝土結(jié)構(gòu)用鋼目前混凝土結(jié)構(gòu)用鋼主要有：熱軋鋼筋、冷拉熱軋鋼筋、冷拔低碳鋼絲、冷軋帶肋鋼筋、熱處理鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲及鋼絞線。1、熱軋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用熱軋鋼筋應(yīng)有較高的強度，具有一定的塑性、韌性、冷彎和可焊性。熱軋鋼筋主要有用Q235軋制的光圓鋼筋和用合金鋼軋制的帶肋鋼筋兩類。熱軋鋼筋的標準國標鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋（GB1301391）和鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋（GB149991）規(guī)定，按強度（屈服強度和抗拉強度）將鋼筋分為四級。熱軋直條圓鋼筋為級，強度等級代號為R235；熱軋帶肋鋼筋的級別為、級，其強度等級代號為RL335、RL400、RL540；,2、熱軋鋼筋的選用普通混凝土廢預(yù)應(yīng)力鋼筋可根據(jù)使用條件選用級鋼筋或、級鋼筋；預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)優(yōu)先選用級鋼筋，也可選用級或級鋼筋。熱軋鋼筋除級是光圓鋼筋，其余為月牙肋或等高肋鋼筋，粗糙的表面可提高混凝土與鋼筋之間的握裹力。3、冷拉熱軋鋼筋將級熱軋鋼筋，在常溫下拉伸至超過屈服點的某一應(yīng)力，然后卸荷，即制成了冷拉鋼筋。冷拉可使屈服點提高17%27%，材料變脆、屈服階段變短，伸長率降低，冷拉時效后強度略有提高。生產(chǎn)中可將冷拉、除銹、調(diào)直、切斷合并為一道工序，這樣簡化了流程，提高了效率；冷拉既可以節(jié)約鋼材，有可以制成預(yù)應(yīng)力鋼筋，增加了品種規(guī)格，設(shè)備簡單，易于操作，是鋼筋冷加工的常用方法之一。,4、冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋使用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。國標冷軋帶肋鋼筋（GB1378892）規(guī)定，冷軋帶肋鋼筋代號用LL表示，并按抗拉強度等計劃分為三級：LL550、LL650、LL800，其直徑一般為5、6、7、8、10mm，冷軋帶肋鋼筋克服了冷拉、冷拔鋼筋握裹力低的缺點，同時具有和冷拉、冷拔相近的強度，因此在中、小型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中得到了越來越廣泛的應(yīng)用,5、冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲是將直徑為6.58mm的Q235（或Q215）圓盤條通過截面小于鋼筋截面的鎢合金拔絲模而制成。冷拔鋼絲不僅受拉、同時還將受到擠壓作用，如圖7-7所示。經(jīng)受一次或多次的拔制而得的鋼絲，其屈服強度可提高40%60%，且已失去了低碳鋼的性質(zhì)，變得硬脆，屬硬鋼類鋼絲，國標混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范（GB5020492）規(guī)定，冷拔低碳鋼絲按力學(xué)強度分為兩極：甲級為預(yù)應(yīng)力鋼絲，乙級為非預(yù)應(yīng)力鋼絲?；炷凉S自行冷拔時，應(yīng)對鋼絲的質(zhì)量嚴格控制，對其外觀要求分批抽樣，表面不準銹蝕、油污、傷痕、皂漬、裂紋等，逐盤檢查其力學(xué)、工藝性質(zhì)并符合表9-11的規(guī)定。凡伸長率不合格者，不準用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中。冷拔鋼絲示意圖（圖9-7）,五）熱處理鋼筋熱處理是指將鋼材按一定規(guī)則加熱、保溫和冷卻，以改變其組織，從而獲得需要性能的一種工藝過程。熱處理鋼筋是鋼廠將熱軋的帶肋鋼筋（中碳低合金鋼）經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理而成的。其特點是塑性降低不大，但強度提高很多，綜合性能比較理想。表9-12為國標（GB446384）規(guī)定的力學(xué)指標。熱處理鋼筋主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，代替碳素鋼絲。由于其具有制作方便，質(zhì)量穩(wěn)定、錨固性好、節(jié)省鋼材等優(yōu)點，以開始用于預(yù)應(yīng)力混凝土工程中。,預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲及鋼絞線它們是鋼廠用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)冷加工、再回火、冷軋或絞捻等加工而成的專用產(chǎn)品，也稱為優(yōu)質(zhì)碳素鋼絲及鋼絞線。國標（GB522385）規(guī)定，預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲分為：矯直回火鋼絲、轎直回火刻痕鋼絲和冷拉鋼絲三種。鋼絲直徑有3、4、5mm三種規(guī)格，抗拉強度為14701670MPa，屈服點為11001410Mpa。鋼絞線是由七根鋼絲經(jīng)絞捻熱處理制成的，國標（GB522485）規(guī)定，鋼絞線直徑為915mm，破壞荷載達220KN，屈服荷載可達185KN。鋼絲和鋼絞線均具有強度高、塑性好，使用時不需要接頭等優(yōu)點，尤其適用于需要曲線配筋的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、大跨度或重荷載的屋架等。鋼材的冷加工、時效及焊接,冷加工冷加工是指鋼材在常溫下進行的加工，建筑鋼材常見的冷加工方式有：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。鋼材在常溫下超過彈性范圍后，產(chǎn)生塑性變形，強度和硬度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象稱為冷加工強化。，鋼材的應(yīng)力應(yīng)變曲線為OBKCD如圖鋼材的應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖7-7），若鋼材被拉伸至K點時，放松拉力，則鋼材將恢復(fù)至O點，此時重新受拉后，其應(yīng)力應(yīng)變曲線將為OKCD，新的屈服點將比原屈服點提高，但伸長率降低。在一定范圍內(nèi)，冷加工變形程度越大，屈服強度提高越多，塑性和韌性降低越多。,時效鋼材隨時間的延長，強度、硬度提高，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱為時效。鋼材在自然條件下的時效是非常緩慢的，若經(jīng)過冷加工或使用中經(jīng)常受到振動、沖擊荷載作用時，時效將迅速發(fā)展。鋼材經(jīng)冷加工后在常溫下擱置1520天或加熱至100200保持2h以內(nèi)，鋼材的屈服強度、抗拉強度及硬度都進一步提高，而塑性、韌性繼續(xù)降低完成時效過程，前者稱為自然時效，后者稱為人工時效。如圖9-8所示，經(jīng)冷加工和時效后，其應(yīng)力應(yīng)變曲線為OK1C1D1，此時屈服強度（K1）和抗拉強度（C1）比時效前進一步提高。一般強度較低的鋼材采用自然時效，而強度較高的鋼材采用人工時效。返回鍵,埃菲爾鐵塔返回鍵,（二）鋼材的防銹蝕鋼材表面與周圍環(huán)境接觸，在一定條件下，可發(fā)生作用而使鋼材表面腐蝕。腐蝕不僅造成鋼材受力截面減小，表面不平整導(dǎo)致應(yīng)力集中，降低了鋼材的承載能力；還會使疲勞強度大為降低，尤其是顯著降低鋼材的沖擊韌性，使鋼材脆斷。混凝土中的鋼筋腐蝕后，產(chǎn)生體積膨脹，使混凝土順筋開裂。因此為了確保鋼材不產(chǎn)生腐蝕，必須采取防腐措施。,鋼筋腐蝕的原因根據(jù)鋼材表面與周圍介質(zhì)的不同作用，一般把腐蝕分為下列兩種。1、化學(xué)腐蝕由非電解質(zhì)溶液或各種干燥介質(zhì)（如O2、CO2、SO2、Cl2等）所引起的一種純化學(xué)性質(zhì)的腐蝕，無電流產(chǎn)生。這種腐蝕多數(shù)是氧化作用，在鋼材的表面形成疏松的氧化物，在干燥的環(huán)境下進展很緩慢，但在溫度和濕度較高的條件下，這種腐蝕進展很快。,電化學(xué)腐蝕鋼材與電解質(zhì)溶液相接觸產(chǎn)生電流，形成原電池而發(fā)生的腐蝕稱電化學(xué)腐蝕。鋼材中含有鐵素體、滲碳體、非金屬夾雜物等，這些成分的電極電位不同，即活潑性不同，在電解質(zhì)存在時，很容易形成原電池的兩個極。鋼材與潮濕介質(zhì)空氣、水、土壤接觸時，表面覆蓋一層水膜，水中溶有來至空氣的各種離子，便形成了電解質(zhì)。首先鋼中的鐵素體失去電子即FeFe2+2e成為陽極，滲碳體成為陰極。在酸性電解質(zhì)中H+得到電子變成氫氣跑掉；在中性介質(zhì)中，由于氧的還原作用使水中含有OH，隨之生成不溶于水的Fe（OH）2；進一步氧化成Fe（OH）3及其脫水產(chǎn)物Fe2O3，即紅褐色鐵銹的主要成分。鋼材腐蝕的防止,防止鋼材腐蝕的方法有三種：1、保護膜法用保護模使鋼材與周圍介質(zhì)隔離，從而避免或減緩?fù)饨绺g性介質(zhì)對鋼材的破壞作用。例如在鋼材的表面噴刷涂料、搪瓷、塑料等或以金屬鍍層作為保護膜，如鋅、錫、鉻等。,2、電化學(xué)保護法無電流保護法是在鋼鐵結(jié)構(gòu)上接一塊較鋼鐵更為活潑的金屬如鋅、鎂，因為鋅、鎂比鋼鐵的電位低，所以鋅、鎂成為腐蝕電池的陽極遭到破壞（犧牲陽極），而鋼鐵結(jié)構(gòu)得到保護。這種方法對于那些不容易或不能覆蓋保護層的地方，如蒸汽鍋爐、輪船外殼、地下管道、港口結(jié)構(gòu)、道橋建筑等。,外加電流保護法是在鋼鐵結(jié)構(gòu)附近，安放一些廢鋼鐵或其他難熔金屬，如高硅鐵及鉛銀合金等，將外加直流電源的負極接在被保護的鋼鐵結(jié)構(gòu)上，正極接在難熔的金屬上，通電后者難熔金屬成為陽極而被腐蝕，鋼鐵結(jié)構(gòu)成為陰極得到保護。,3、合金化在碳鋼中加入能提高抗腐蝕能力的合金元素，如鎳、鉻、鈦、銅等制成不同的合金鋼。防止混凝土中鋼筋的腐蝕可以采用上述的方法，但最經(jīng)濟有效的方法使提高混凝土的密實度和堿度。并保證鋼筋有足夠的保護層厚度。,在水泥水化的產(chǎn)物中，由1/5左右的氫氧化鈣產(chǎn)生，介質(zhì)的PH值達到13左右，使鋼筋的表面產(chǎn)生鈍化膜，因此混凝土中的鋼筋是不易生銹的。但大氣中的CO2以擴散方式進入混凝土中，與氫氧化鈣作用而使混凝土中性化。當PH值降低到11.5以下時鈍化膜可能破壞，使鋼材表面成活化狀態(tài)，此時若具備潮濕和供氧條件，鋼筋表面積開始發(fā)生電化學(xué)腐蝕作用，由于鐵銹的體積比鋼大24倍，這可導(dǎo)致混凝土順筋開裂。由于二氧化碳是以擴散方式進入混凝土內(nèi)部進行碳化的，所以提高混凝土的密實度就十分有效地減緩了碳化過程。因為Cl有破壞鈍化膜的作用，因此在配制鋼筋混凝土?xí)r還應(yīng)限制氯鹽的使用量。返回鍵,鋁合金型材和制品,目前，世界各地工業(yè)發(fā)達國家在建筑裝飾工程中，大量采用了鋁合金門窗，鋁合金柜臺、貨架，鋁合金裝飾板，鋁合金吊頂?shù)取，F(xiàn)在，我國除門窗大量采用鋁合金外，在建筑外墻貼面、外墻裝飾、城市大型隔音壁、橋梁和街道廣場的花圃柵欄、建筑回廊、輕便小型固定式移動式房屋、亭閣、特殊鋁合金結(jié)構(gòu)物、室內(nèi)家具設(shè)備及各種內(nèi)部裝飾和配件等也都大量應(yīng)用鋁合金型材及其制品。,一、鋁合金型材鋁合金型材具有良好的耐蝕性能，在工業(yè)氣憤和海洋性氣氛下，未經(jīng)表面處理的鋁合金的耐腐蝕能力優(yōu)于其他合金材料，經(jīng)涂漆和氧化著色后，鋁合金的耐蝕性更高。鋁合金型材可進行熱處理（一般為淬火和人工時效）強化。鋁合金具有良好的機械加工性能，可用氬弧焊進行焊接，合金制品經(jīng)陽極氧化著色處理后，可制成各種裝飾顏色。,二、鋁合金門窗及其他鋁合金制品1、鋁合金門窗鋁合金門窗是將經(jīng)表面處理的鋁合金型材，經(jīng)加工