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1、建筑鋼的種類、規(guī)格和選用 2008-07-12 14:11:21| 分類： 應(yīng)用 |舉報|字號 訂閱建筑鋼都有什么種類哪，這里我們給大家詳細(xì)講解下。 我國的建筑用鋼主要為碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼兩種，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在冷拔碳素鋼絲和連接用緊固件中也有應(yīng)用。另外，厚度方向性能鋼板、焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼、鑄鋼等在某些情況下也有應(yīng)用。一、碳素結(jié)構(gòu)鋼按國家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700生產(chǎn)的鋼材共有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275種品牌，板材厚度不大于16mm的鋼材的強(qiáng)度適中，塑性、韌性均較好。該牌號鋼材又根據(jù)化學(xué)成分和沖擊韌性的不同劃分為A、B、C、D共4個質(zhì)量等級，按字母順序由A到D2、，表示質(zhì)量等級由低到高。除A級外，其它三個級別的含碳量均在0.20以下，焊接性能也很好。因此，規(guī)范將Q235牌號的鋼材選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。Q235鋼的化學(xué)成分和脫氧方法、拉伸和沖擊試驗以及冷彎試驗結(jié)果均應(yīng)符合表2.6.1、2.6.2和2.6.3的規(guī)定。 代表沸騰鋼，“b”代表半鎮(zhèn)靜鋼，符號“Z”和“TZ”分別代表鎮(zhèn)靜鋼和特種鎮(zhèn)靜鋼。在具體標(biāo)注時“Z”和“TZ”可以省略。例如Q235B代表屈服點(diǎn)為235N/mm2的B級鎮(zhèn)靜鋼。 在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的壓型鋼板設(shè)計中，如由剛度條件而非強(qiáng)度條件起控制作用時，也允許采用Q215牌號的鋼材，可參考本書第9章單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的有關(guān)內(nèi)容。 二、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼按3、國家標(biāo)準(zhǔn)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591生產(chǎn)的鋼材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460等5種牌號，板材厚度主要依靠添加少量幾種合金元素來達(dá)到，合金元素的總量低于5，故稱為低合金高強(qiáng)度鋼。其中Q345、Q390和Q420均按化學(xué)成分和沖擊韌性各劃分為A、B、C、D、E共5個質(zhì)量等級，字母順序越靠后的鋼材質(zhì)量越高。這三種牌號的鋼材均有較高的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性、焊接性能，被規(guī)范選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。這三種低合金高強(qiáng)度鋼的牌號命名與碳素結(jié)構(gòu)鋼的類似，只是前者的A、B級為鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級為特種鎮(zhèn)靜鋼，故可不加脫氧方法的符號。這三種牌號鋼材的化學(xué)成分和拉伸、沖擊、冷彎試驗結(jié)果應(yīng)符合表4、6.2.4、6.2.5的規(guī)定。 三、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（quality carbon structure steel）與碳素結(jié)構(gòu)鋼的主要區(qū)別在于鋼中含雜質(zhì)元素較少，磷、硫等有害元素的含量均不大于0.035，其它缺陷的限制也較嚴(yán)格，具有較好的綜合性能。按照國家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件GB/T699生產(chǎn)的鋼材共有兩大類，一類為普通含錳量的鋼，另一類為較高含錳量的鋼，兩類的鋼號均用兩位數(shù)字表示，它表示鋼中的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，前者數(shù)字后不加Mn，后者數(shù)字后加Mn，如45號鋼，表示平均含碳量為0.45的優(yōu)質(zhì)碳素鋼；45Mn號鋼，則表示同樣含碳量、但錳的含量也較高的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。可按不熱處理和5、熱處理（正火、淬火、回火）狀態(tài)交貨，用做壓力加工用鋼（熱壓力加工、頂鍛及冷拔坯料）和切削加工用鋼。由于價格較高，鋼結(jié)構(gòu)中使用較少，僅用經(jīng)熱處理的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷拔高強(qiáng)鋼絲或制作高強(qiáng)螺栓、自攻螺釘?shù)取Ｋ摹⑵渌ㄖ娩撛谀承┣闆r下，要采用一些有別于上述牌號的鋼材時，其材質(zhì)應(yīng)符合國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如，當(dāng)焊接承重結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用Z向鋼時，應(yīng)符合厚度方向性能鋼板GB/T5313的規(guī)定；處于外露環(huán)境對耐腐蝕有特殊要求或在腐蝕性氣、固態(tài)介質(zhì)作用下的承重結(jié)構(gòu)采用耐候鋼時，應(yīng)滿足焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼GB/T4172的規(guī)定；當(dāng)在鋼結(jié)構(gòu)中采用鑄鋼件時，應(yīng)滿足一般工程用鑄造碳鋼件GB/T11352的規(guī)定等。6、2.6.2 鋼材規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要為熱軋成型的鋼板和型鋼，以及冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼等。為了減少制作工作量和降低造價，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制作者應(yīng)對鋼材的規(guī)格有較全面的了解。一、鋼板鋼板有厚鋼板、薄鋼板、扁鋼（或帶鋼）之分。厚鋼板常用做大型梁、柱等實腹式構(gòu)件的翼緣和腹板，以及節(jié)點(diǎn)板等；薄鋼板主要用來制造冷彎薄壁型鋼；扁鋼可用做焊接組合梁、柱的翼緣板、各種連接板、加勁肋等，鋼板截面的表示方法為在符號“”后加“寬度厚度”，如20020等。鋼板的供應(yīng)規(guī)格如下：厚鋼板：厚度4.560mm，寬度6003000mm，長度412m；薄鋼板：厚度0.354mm，寬度5001500mm，長度0.547、m；扁鋼：厚度460mm，寬度12200mm，長度39m。二、熱軋型鋼常用的有角鋼、工字鋼、槽鋼等，見圖2.6.1af。角鋼分為等邊（也叫等肢）的和不等邊（也叫不等肢）的兩種，主要用來制作桁架等格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件和支撐等連接桿件。角鋼型號的表示方法為在符號“L”后加“長邊寬短邊寬厚度”（對不等邊角鋼，如L125808），或加“邊長厚度”（對等邊角鋼，如L1258）。目前我國生產(chǎn)的角鋼最大邊長為200mm，角鋼的供應(yīng)長度一般為419m。圖2.6.1 熱軋型鋼及冷彎薄壁型鋼工字鋼有普通工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼三種。普通工字鋼和輕型工字鋼的兩個主軸方向的慣性矩相差較大，不宜單獨(dú)用作受壓構(gòu)件，而宜用作8、腹板平面內(nèi)受彎的構(gòu)件，或由工字鋼和其它型鋼組成的組合構(gòu)件或格構(gòu)式構(gòu)件。寬翼緣H型鋼平面內(nèi)外的回轉(zhuǎn)半徑較接近，可單獨(dú)用作受壓構(gòu)件。普通工字鋼的型號用符號“I”后加截面高度的厘米數(shù)來表示，20號以上的工字鋼，又按腹板的厚度不同，分為a、b或a、b、c等類別，例如I20a表示高度為200mm，腹板厚度為a類的工字鋼。輕型工字鋼的翼緣要比普通工字鋼的翼緣寬而薄，回轉(zhuǎn)半徑較大。普通工字鋼的型號為1063號，輕型工字鋼為1070號，供應(yīng)長度均為519m。H型鋼與普通工字鋼相比，其翼緣板的內(nèi)外表面平行，便于與其它構(gòu)件連接。H型鋼的基本類型可分為寬翼緣（HW）、中翼緣（HM）及窄翼緣（HN）三類。還可剖分成T9、型鋼供應(yīng)，代號分別為TW、TM、TN。H型鋼和相應(yīng)的T型鋼的型號分別為代號后加“高度H寬度B腹板厚度t1翼緣厚度t2”，例如HW4004001321和TW2004001321等。寬翼緣和中翼緣H型鋼可用于鋼柱等受壓構(gòu)件，窄翼緣H型鋼則適用于鋼梁等受彎構(gòu)件。目前國內(nèi)生產(chǎn)的最大型號H型鋼為HN7003001324。供貨長度可與生產(chǎn)廠家協(xié)商，長度大于24m的H型鋼不成捆交貨。槽鋼有普通槽鋼和輕型槽鋼二種。適于作檁條等雙向受彎的構(gòu)件，也可用其組成組合或格構(gòu)式構(gòu)件。槽鋼的型號與工字鋼相似，例如32a指截面高度320mm，腹板較薄的槽鋼。目前國內(nèi)生產(chǎn)的最大型號為40c。供貨長度為519m。鋼管有無縫鋼管和10、焊接鋼管兩種。由于回轉(zhuǎn)半徑較大，常用作桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等平面和空間格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件；在鋼管混凝土柱中也有廣泛的應(yīng)用。型號可用代號“D”后加“外徑d壁厚t”表示，如D1808等。國產(chǎn)熱軋無縫鋼管的最大外徑可達(dá)630mm。供貨長度為312m。焊接鋼管的外徑可以做的更大，一般由施工單位卷制。三、冷彎薄壁型鋼采用1.56mm厚的鋼板經(jīng)冷彎和輥壓成型的型材（見圖2.6.1g），和采用0.41.6mm的薄鋼板經(jīng)輥壓成型的壓型鋼板（見圖2.6.1h），其截面形式和尺寸均可按受力特點(diǎn)合理設(shè)計，能充分利用鋼材的強(qiáng)度、節(jié)約鋼材，在國內(nèi)外輕鋼建筑結(jié)構(gòu)中被廣泛地應(yīng)用。近年來，冷彎高頻焊接圓管和方、矩形管的生產(chǎn)和應(yīng)用在11、國內(nèi)有了很大的進(jìn)展，冷彎型鋼的壁厚已達(dá)12.5mm（部分生產(chǎn)廠的可達(dá)22mm，國外為25.4mm）。2.6.3 鋼材的選擇一、鋼材選用原則和建議鋼材的選用既要確保結(jié)構(gòu)物的安全可靠，又要經(jīng)濟(jì)合理，必須慎重對待。為了保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力，防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、連接方法、工作環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)和鋼材厚度等因素綜合考慮，選用合適牌號和質(zhì)量等級的鋼材。一般而言，對于直接承受動力荷載的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)（如吊車梁、工作平臺梁或直接承受車輛荷載的棧橋構(gòu)件等）、重要的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)（如桁架、屋面樓面大梁、框架橫梁及其它受拉力較大的類似結(jié)構(gòu)和構(gòu)件等）、采用焊接連接的結(jié)構(gòu)、以及處于低溫下工12、作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用質(zhì)量較高的鋼材。對承受靜力荷載的受拉及受彎的重要焊接構(gòu)件和結(jié)構(gòu)，宜選用較薄的型鋼和板材構(gòu)成；當(dāng)選用的型材或板材的厚度較大時，宜采用質(zhì)量較高的鋼材，以防鋼材中較大的殘余拉應(yīng)力和缺陷等與外力共同作用形成三向拉應(yīng)力場，引起脆性破壞。承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有含碳量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材，還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗總結(jié)，并適當(dāng)參考了有關(guān)國外規(guī)范的規(guī)定，GB50017具體給出了需要驗算疲勞的鋼結(jié)構(gòu)鋼材應(yīng)具有的沖擊韌性合格保證的建議，如表2.6.6所示。為了簡化訂貨，選13、擇鋼材時要盡量統(tǒng)一規(guī)格，減少鋼材牌號和型材的種類，還要考慮市場的供應(yīng)情況和制造廠的工藝可能性。對于某些拼接組合結(jié)構(gòu)（如焊接組合梁、桁架等）可以選用兩種不同牌號的鋼材，受力大、由強(qiáng)度控制的部分（如組合梁的翼緣、桁架的弦桿等），用強(qiáng)度高的鋼材；受力小、由穩(wěn)定控制的部分（如組合梁的腹板、桁架的腹桿等），用強(qiáng)度低的鋼材，可達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的。二、國外防脆選材的有關(guān)建議歐洲鋼結(jié)構(gòu)試行規(guī)范（EC3）在其正文中對于承受準(zhǔn)靜力荷載（包括自重、樓面荷載、車輛荷載、風(fēng)載、波浪荷載及吊車荷載）的鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)其構(gòu)件是否為受壓和非焊接受拉，區(qū)分為S1和S2兩種使用條件，分別給出了最低使用溫度為0、-10和20時，不必進(jìn)14、行脆性斷裂驗算的各種鋼材的最大板厚限值（見表2.6.7），并在其附錄C中給出了防止脆性破壞的設(shè)計方法。這些方法同時考慮了鋼材的強(qiáng)度等級、材料厚度、加載速率、最低使用溫度、材料韌性和構(gòu)件種類（破壞后果）的影響，規(guī)定比較詳細(xì)，具有可操作性。俄羅斯地處歐洲西北部，冬季氣候寒冷，過去曾發(fā)生過不少鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞事故。經(jīng)過大量的理論和試驗研究，前蘇聯(lián)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（N -23-81）提出了一套考慮脆性破壞的強(qiáng)度計算方法。該規(guī)范規(guī)定，建造在-30至-65氣溫地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)中，都要考慮脆性破壞的抗力，按下式驗算強(qiáng)度： 式中max為構(gòu)件計算截面的最大名義拉應(yīng)力，計算時不考慮動力系數(shù)，按凈截面算出；為計算系數(shù)，考15、慮了使用時的最低計算溫度、鋼材牌號、構(gòu)件的構(gòu)造和連接形式以及構(gòu)件板厚的影響，總的趨勢是計算溫度越低、所用鋼材的屈服強(qiáng)度越高、構(gòu)件的板厚越厚、采用焊接連接形式引起的應(yīng)力集中越嚴(yán)重，就越低，最低時可達(dá)0.6；Ru為鋼材的計算抗拉強(qiáng)度；u為相應(yīng)的抗力系數(shù)，取1.3。美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會建筑鋼結(jié)構(gòu)荷載和抗力系數(shù)設(shè)計規(guī)范（LRFD）在材料一章中單列了重型型材一節(jié)，規(guī)定采用全熔透焊縫相互拼接的重型型鋼（翼緣板厚44mm），當(dāng)主要承受由拉力和彎矩引起的拉應(yīng)力作用時，在鋼材的供貨合同中應(yīng)由供貨商提供CV試驗值，并滿足+70F（+20）的CV平均值不小于20ft?lbs（27J）的要求。同時規(guī)定，由板厚2in（50m16、m）采用全熔透焊縫組成的焊接組合截面鋼構(gòu)件，當(dāng)主要承受由拉力和彎矩引起的拉應(yīng)力作用時，其鋼材也應(yīng)滿足上述要求。規(guī)范的條文說明指出，由于真實結(jié)構(gòu)中鋼材的應(yīng)變速率遠(yuǎn)低于夏比V型缺口沖擊試驗中的應(yīng)變速率，因此規(guī)定的試驗溫度比預(yù)期的材板厚不超過38mm時，按所在地區(qū)最低溫度增加39進(jìn)行夏比試驗，而不是在服役環(huán)境的最低溫度下做沖擊試驗，這和上述的道理是一樣的。與上述文獻(xiàn)相比，我國對需要驗算疲勞的鋼構(gòu)件的沖擊試驗要求沒有考慮板厚因素的影響，即不管板件厚薄，處于某一工作溫度下的鋼構(gòu)件，均要求相同的CV保證值，顯然是不盡合理的。以工作溫度低于-20需要驗算疲勞的Q345鋼制成的焊接鋼構(gòu)件為例，按GB5001717、的規(guī)定，不管板厚是多少，均應(yīng)選擇Q345D級鋼，也就是應(yīng)具有-20沖擊韌性合格保證的Q345鋼。而按歐洲EC3的規(guī)定，當(dāng)板件厚度t6mm時，可選用Fe510B級鋼（大致相當(dāng)于我國Q345B級鋼，以下類似）；當(dāng)6mmt16mm時，應(yīng)選用Fe510C級鋼；當(dāng)16mmt38mm時，應(yīng)選用Fe510D級鋼；當(dāng)38mmt59mm時，應(yīng)選用Fe510DD級鋼（相當(dāng)于我國Q345D級和E級之間質(zhì)量等級的鋼材）。而按美國LRFD的規(guī)定當(dāng)板厚小于50mm時，可不對鋼材提出CV值的要求，當(dāng)板厚50mm時，可只保證+20的沖擊韌性不小于27J即可，比我國規(guī)范寬松得多。當(dāng)然，各國的鋼材牌號和質(zhì)量有很大的差別，上例只能18、定性的比較，不能得出定量的結(jié)論。鋼材的板厚越薄，軋下量越大，鋼材的綜合性能越好，顯然，考慮實際板厚進(jìn)行設(shè)計是合理的。由于我國在這方面的研究不多，原規(guī)范GBJ17-88使用多年，實踐中尚沒遇到考慮板厚選材的問題，故新規(guī)范GB50017僅在提高寒冷地區(qū)抗脆斷能力要求一節(jié)中，提出了在工作溫度等于或低于-30的地區(qū)，焊接構(gòu)件宜采用較薄的板件組成的定性要求，在材料選用一節(jié)中除增加了對Q235和Q345鋼的0時CV保證要求和將Q345鋼的CV試驗溫度提高到和Q235鋼的相同以外，暫沒有考慮按板厚選材的問題。期望我國鋼結(jié)構(gòu)工程界和科技工作者，能開展這方面的研究，以便使我國的鋼材選用建立在更加科學(xué)合理的基礎(chǔ)之上。三、國內(nèi)外鋼材的互換問題 隨著經(jīng)濟(jì)全球化時代的到來，不少國外鋼材進(jìn)入了中國的建筑領(lǐng)域。由于各國的鋼材標(biāo)準(zhǔn)不同，在使用國外鋼材時，必須全面了解不同牌號鋼材的質(zhì)量保證項目，包括化學(xué)成分和機(jī)械性能，檢查廠家提供的質(zhì)保書，并應(yīng)進(jìn)行抽樣復(fù)驗，其復(fù)驗結(jié)果應(yīng)符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求，方可與我國相應(yīng)的鋼材進(jìn)行代換。表2.6.8給出了以強(qiáng)度指標(biāo)為依據(jù)的各國鋼材牌號與我國鋼材牌號的近似對應(yīng)關(guān)系，供代換時參考。