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建筑钢结构基本材料选用要点

发布时间:2015-07-06浏览550

 一、钢材的主要性能
  钢材的主要性能主要包括钢材的三个重要力学性能指标,即屈服点、抗拉强度和伸长率,同时还应包括冷弯性能和冲击韧性。此外,钢材的工艺性能和化学成分也是反映钢材性能的重要内容。用作钢结构的钢材必须具有下列性能:
  1.较高的强度,即抗拉强度fu和屈服点fy比较高。
  2.足够的变形能力,即塑性和韧性性能好。塑性好则结构破坏前变形比较明显从而可减少脆性破坏的危险性;韧性好表示在动荷载作用下破坏时要吸收比较多的能量,同样也降低脆性破坏的危险程度。
  3.良好的加工性能,既适合冷、热加工,同时又具有良好的可焊性,不因这些加工而对强度、塑性及韧性带来较大的有害影响。
  二、钢材的选择要点
  选择钢材要做到结构安全可靠、经济合理,为此在选择钢材时应考虑下列因素:
  (1)结构或构件的重要性;
  (2)荷载性质(静载或动载);
  (3)连接方法(焊接、铆接或螺栓连接);
  (4)工作条件(温度及腐蚀介质)。
  钢结构常用钢材类型有:碳素结构钢、低合金结构钢、高强度钢、耐火耐候钢等。其中,轻型钢结构一般采用碳素结构钢和低合金结构钢。
  (1)碳素结构钢
  按含碳量的多少,碳素结构钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。一般而言,含碳量为0.03%~0.25%的称为低碳钢;含碳量在0.26%~0.60%之间的称为中碳钢;含碳量在0.60%~2.00%的称为高碳钢。含碳量越高钢材强度越高,建筑结构中主要使用低碳钢。按钢材质量,碳素结构钢可分为A、B、C、D四个等级,由A到D表示质量由低到高。不同质量等级对冲击韧性(夏比V形缺I=I试验)的要求有区别。A级无冲击功的规定;B级要求提供20℃时冲击功Ak≥27J(纵向);C级要求提供0℃时冲击功Ak≥27J(纵向);D级要求提供―20℃时冲击功k≥27J(纵向)。按冶炼中的脱氧方法,钢材可分为沸腾钢(F)、镇静钢(Z)和特殊镇静钢(TZ)三类。
  (2)低合金结构钢
  低合金钢是在碳素结构钢中添加一种或几种少量的合金元素(钢内各合金元素的总含量小于5%),从而提高其强度、耐腐蚀性、耐磨性或低温冲击韧性。低合金结构钢的含碳量一般较低(小于0.20%),以便于钢材的加工和焊接。低合金结构钢质量等级分为A、B、C、D、E五级,由A到E表示质量由低到高。不同质量等级对冲击韧性(夏比V形缺口试验)的要求有区别。A级无冲击功要求;B级要求提供20℃时冲击功Ak≥34J(纵向);C级要求提供0℃时冲击功Ak≥34J(纵向);D级要求提供一20℃时冲击功Ak≥34J(纵向);E级要求提供―40℃时冲击功Ak≥34J(纵向)。不同质量等级对碳、硫、磷、铝的含量的要求也有区别。低合金钢的脱氧方法为镇静钢(Z)或特殊镇静钢(TZ)。
  通常,Q235A钢只宜用于不直接承受动力作用的结构中。当用于焊接结构时,其质量证明书中应注明碳含量不超过0.2%。对于需要验算疲劳的焊接结构,应采用具有常温冲击韧性合格保证的B级钢。当这类结构冬季处于温度较低的环境,若工作温度在0~一20℃之间,Q235和Q345应选用C级钢,Q390和Q420则应选用一20℃冲击韧性合格的D级钢。若工作温度≤一20℃,则钢材的质量级别还要提高一级,Q235和Q345选用D级钢而Q390和Q420选用E级钢。非焊接的构件发生脆性断裂的危险性比焊接结构小些,对材质的要求可比焊接结构适当放宽,但需要验算疲劳的构件仍应选用有常温冲击韧性保证的B级钢。当工作温度≤一20℃时,Q235和Q345应选用C级钢,Q390和Q420则应选用D级钢。
  钢结构所用的钢材主要为热轧成型的钢板和型钢、冷弯成型的薄壁型钢等。
  (1)钢板
  钢板主要有厚钢板、薄钢板和扁钢(带钢)。
  厚钢板:厚度4.5~60mm,宽度600~3000mm,长度4~12m;
  薄钢板:厚度1~4mm,宽度500~1500mm,长度0.5~4m;
  扁钢:厚度3~60mm,宽度10~200mm,长度3~9m。
  厚钢板主要用于焊接梁柱构件的腹板和翼缘及节点板,薄钢板主要用于制造冷弯薄壁型钢,扁钢可作为节点板和连接板等。
  (2)热轧型钢
  钢结构常用热轧型钢为角钢、槽钢、圆管、工字钢和宽翼缘工字形截面型钢等。宽翼缘工字钢可用于轻型钢结构中的受压和压弯构件,其他型钢截面在轻型钢结构中一般用于辅助结构或支撑结构构件。
  (3)薄壁型钢
  薄壁型钢的截面尺寸可按合理方案设计,能充分发挥和利用钢材的强度、节约钢材。薄壁型钢的壁厚一般为1.5~5mm,但承重构件的壁厚不宜小于2mm。常用薄壁型钢截面有槽形、卷边槽形(C形)、Z形等。轻型钢结构中的次结构构件如檩条等一般采用薄壁型钢。