1、建筑鋼的種類、規格和選用 2008-07-12 14:11:21| 分類： 應用 |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講解下。 我國的建筑用鋼主要為碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼兩種，優質碳素結構鋼在冷拔碳素鋼絲和連接用緊固件中也有應用。另外，厚度方向性能鋼板、焊接結構用耐候鋼、鑄鋼等在某些情況下也有應用。一、碳素結構鋼按國家標準碳素結構鋼GB/T700生產的鋼材共有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275種品牌，板材厚度不大于16mm的鋼材的強度適中，塑性、韌性均較好。該牌號鋼材又根據化學成分和沖擊韌性的不同劃分為A、B、C、D共4個質量等級，按字母順序由A到D
2、，表示質量等級由低到高。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，規范將Q235牌號的鋼材選為承重結構用鋼。Q235鋼的化學成分和脫氧方法、拉伸和沖擊試驗以及冷彎試驗結果均應符合表2.6.1、2.6.2和2.6.3的規定。 代表沸騰鋼，“b”代表半鎮靜鋼，符號“Z”和“TZ”分別代表鎮靜鋼和特種鎮靜鋼。在具體標注時“Z”和“TZ”可以省略。例如Q235B代表屈服點為235N/mm2的B級鎮靜鋼。 在冷彎薄壁型鋼結構的壓型鋼板設計中，如由剛度條件而非強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章單層廠房鋼結構的有關內容。 二、低合金高強度結構鋼按
3、國家標準低合金高強度結構鋼GB/T1591生產的鋼材共有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到，合金元素的總量低于5，故稱為低合金高強度鋼。其中Q345、Q390和Q420均按化學成分和沖擊韌性各劃分為A、B、C、D、E共5個質量等級，字母順序越靠后的鋼材質量越高。這三種牌號的鋼材均有較高的強度和較好的塑性、韌性、焊接性能，被規范選為承重結構用鋼。這三種低合金高強度鋼的牌號命名與碳素結構鋼的類似，只是前者的A、B級為鎮靜鋼，C、D、E級為特種鎮靜鋼，故可不加脫氧方法的符號。這三種牌號鋼材的化學成分和拉伸、沖擊、冷彎試驗結果應符合表
4、6.2.4、6.2.5的規定。 三、優質碳素結構鋼優質碳素結構鋼（quality carbon structure steel）與碳素結構鋼的主要區別在于鋼中含雜質元素較少，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格，具有較好的綜合性能。按照國家標準優質碳素結構鋼技術條件GB/T699生產的鋼材共有兩大類，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字表示，它表示鋼中的平均含碳量的萬分數，前者數字后不加Mn，后者數字后加Mn，如45號鋼，表示平均含碳量為0.45的優質碳素鋼；45Mn號鋼，則表示同樣含碳量、但錳的含量也較高的優質碳素鋼。可按不熱處理和
5、熱處理（正火、淬火、回火）狀態交貨，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，鋼結構中使用較少，僅用經熱處理的優質碳素結構鋼冷拔高強鋼絲或制作高強螺栓、自攻螺釘等。四、其它建筑用鋼在某些情況下，要采用一些有別于上述牌號的鋼材時，其材質應符合國家的相關標準。例如，當焊接承重結構為防止鋼材的層狀撕裂而采用Z向鋼時，應符合厚度方向性能鋼板GB/T5313的規定；處于外露環境對耐腐蝕有特殊要求或在腐蝕性氣、固態介質作用下的承重結構采用耐候鋼時，應滿足焊接結構用耐候鋼GB/T4172的規定；當在鋼結構中采用鑄鋼件時，應滿足一般工程用鑄造碳鋼件GB/T11352的規定等。
6、2.6.2 鋼材規格鋼結構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，鋼結構的設計和制作者應對鋼材的規格有較全面的了解。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、柱等實腹式構件的翼緣和腹板，以及節點板等；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。鋼板的供應規格如下：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0.54
7、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式結構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）。目前我國生產的角鋼最大邊長為200mm，角鋼的供應長度一般為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，不宜單獨用作受壓構件，而宜用作
8、腹板平面內受彎的構件，或由工字鋼和其它型鋼組成的組合構件或格構式構件。寬翼緣H型鋼平面內外的回轉半徑較接近，可單獨用作受壓構件。普通工字鋼的型號用符號“I”后加截面高度的厘米數來表示，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，供應長度均為519m。H型鋼與普通工字鋼相比，其翼緣板的內外表面平行，便于與其它構件連接。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T
9、型鋼供應，代號分別為TW、TM、TN。H型鋼和相應的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件，窄翼緣H型鋼則適用于鋼梁等受彎構件。目前國內生產的最大型號H型鋼為HN7003001324。供貨長度可與生產廠家協商，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件，也可用其組成組合或格構式構件。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。目前國內生產的最大型號為40c。供貨長度為519m。鋼管有無縫鋼管和
10、焊接鋼管兩種。由于回轉半徑較大，常用作桁架、網架、網殼等平面和空間格構式結構的桿件；在鋼管混凝土柱中也有廣泛的應用。型號可用代號“D”后加“外徑d壁厚t”表示，如D1808等。國產熱軋無縫鋼管的最大外徑可達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合理設計，能充分利用鋼材的強度、節約鋼材，在國內外輕鋼建筑結構中被廣泛地應用。近年來，冷彎高頻焊接圓管和方、矩形管的生產和應用在
11、國內有了很大的進展，冷彎型鋼的壁厚已達12.5mm（部分生產廠的可達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構物的安全可靠，又要經濟合理，必須慎重對待。為了保證承重結構的承載能力，防止在一定條件下出現脆性破壞，應根據結構的重要性、荷載特征、連接方法、工作環境、應力狀態和鋼材厚度等因素綜合考慮，選用合適牌號和質量等級的鋼材。一般而言，對于直接承受動力荷載的構件和結構（如吊車梁、工作平臺梁或直接承受車輛荷載的棧橋構件等）、重要的構件或結構（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構和構件等）、采用焊接連接的結構、以及處于低溫下工
12、作的結構，應采用質量較高的鋼材。對承受靜力荷載的受拉及受彎的重要焊接構件和結構，宜選用較薄的型鋼和板材構成；當選用的型材或板材的厚度較大時，宜采用質量較高的鋼材，以防鋼材中較大的殘余拉應力和缺陷等與外力共同作用形成三向拉應力場，引起脆性破壞。承重結構采用的鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結構尚應具有含碳量的合格保證。焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材，還應具有冷彎試驗的合格保證。根據多年的實踐經驗總結，并適當參考了有關國外規范的規定，GB50017具體給出了需要驗算疲勞的鋼結構鋼材應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、擇鋼材時要盡量統一規格，減少鋼材牌號和型材的種類，還要考慮市場的供應情況和制造廠的工藝可能性。對于某些拼接組合結構（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、由強度控制的部分（如組合梁的翼緣、桁架的弦桿等），用強度高的鋼材；受力小、由穩定控制的部分（如組合梁的腹板、桁架的腹桿等），用強度低的鋼材，可達到經濟合理的目的。二、國外防脆選材的有關建議歐洲鋼結構試行規范（EC3）在其正文中對于承受準靜力荷載（包括自重、樓面荷載、車輛荷載、風載、波浪荷載及吊車荷載）的鋼結構，根據其構件是否為受壓和非焊接受拉，區分為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
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計方法。這些方法同時考慮了鋼材的強度等級、材料厚度、加載速率、最低使用溫度、材料韌性和構件種類（破壞后果）的影響，規定比較詳細，具有可操作性。俄羅斯地處歐洲西北部，冬季氣候寒冷，過去曾發生過不少鋼結構的脆性破壞事故。經過大量的理論和試驗研究，前蘇聯鋼結構設計規范（N -23-81）提出了一套考慮脆性破壞的強度計算方法。該規范規定，建造在-30至-65氣溫地區的鋼結構中，都要考慮脆性破壞的抗力，按下式驗算強度： 式中max為構件計算截面的最大名義拉應力，計算時不考慮動力系數，按凈截面算出；為計算系數，考
15、慮了使用時的最低計算溫度、鋼材牌號、構件的構造和連接形式以及構件板厚的影響，總的趨勢是計算溫度越低、所用鋼材的屈服強度越高、構件的板厚越厚、采用焊接連接形式引起的應力集中越嚴重，就越低，最低時可達0.6；Ru為鋼材的計算抗拉強度；u為相應的抗力系數，取1.3。美國鋼結構協會建筑鋼結構荷載和抗力系數設計規范（LRFD）在材料一章中單列了重型型材一節，規定采用全熔透焊縫相互拼接的重型型鋼（翼緣板厚44mm），當主要承受由拉力和彎矩引起的拉應力作用時，在鋼材的供貨合同中應由供貨商提供CV試驗值，并滿足+70F（+20）的CV平均值不小于20ft?lbs（27J）的要求。同時規定，由板厚2in（50m
16、m）采用全熔透焊縫組成的焊接組合截面鋼構件，當主要承受由拉力和彎矩引起的拉應力作用時，其鋼材也應滿足上述要求。規范的條文說明指出，由于真實結構中鋼材的應變速率遠低于夏比V型缺口沖擊試驗中的應變速率，因此規定的試驗溫度比預期的材板厚不超過38mm時，按所在地區最低溫度增加39進行夏比試驗，而不是在服役環境的最低溫度下做沖擊試驗，這和上述的道理是一樣的。與上述文獻相比，我國對需要驗算疲勞的鋼構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鋼制成的焊接鋼構件為例，按GB50017
17、的規定，不管板厚是多少，均應選擇Q345D級鋼，也就是應具有-20沖擊韌性合格保證的Q345鋼。而按歐洲EC3的規定，當板件厚度t6mm時，可選用Fe510B級鋼（大致相當于我國Q345B級鋼，以下類似）；當6mmt16mm時，應選用Fe510C級鋼；當16mmt38mm時，應選用Fe510D級鋼；當38mmt59mm時，應選用Fe510DD級鋼（相當于我國Q345D級和E級之間質量等級的鋼材）。而按美國LRFD的規定當板厚小于50mm時，可不對鋼材提出CV值的要求，當板厚50mm時，可只保證+20的沖擊韌性不小于27J即可，比我國規范寬松得多。當然，各國的鋼材牌號和質量有很大的差別，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，考慮實際板厚進行設計是合理的。由于我國在這方面的研究不多，原規范GBJ17-88使用多年，實踐中尚沒遇到考慮板厚選材的問題，故新規范GB50017僅在提高寒冷地區抗脆斷能力要求一節中，提出了在工作溫度等于或低于-30的地區，焊接構件宜采用較薄的板件組成的定性要求，在材料選用一節中除增加了對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。期望我國鋼結構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合理的基礎之上。三、國內外鋼材的互換問題 隨著經濟全球化時代的到來，不少國外鋼材進入了中國的建筑領域。由于各國的鋼材標準不同，在使用國外鋼材時，必須全面了解不同牌號鋼材的質量保證項目，包括化學成分和機械性能，檢查廠家提供的質保書，并應進行抽樣復驗，其復驗結果應符合現行國家產品標準和設計要求，方可與我國相應的鋼材進行代換。表2.6.8給出了以強度指標為依據的各國鋼材牌號與我國鋼材牌號的近似對應關系，供代換時參考。
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