第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析

1、第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 1 1 建筑結(jié)構(gòu)鋼材選用建筑結(jié)構(gòu)鋼材選用 一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) (1) (2)材質(zhì)均勻、工作可靠性高。鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作情 況與力學(xué)計(jì)算的基本假定較為符合，故計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確、 可靠。 (3)施工、拆裝方便。鋼結(jié)構(gòu)采用焊接、螺栓連接等 簡單的施工工藝，適用于工廠制造、現(xiàn)場(chǎng)拼接吊裝， 故生產(chǎn)效率高，是工業(yè)化生產(chǎn)程度最高的一種結(jié)構(gòu)。 (4)有很好的塑性和韌性，一般不會(huì)突然斷裂，故對(duì) 動(dòng)力荷載適應(yīng)性比較強(qiáng)。 模塊模塊4 4 鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 (5)耐火性較差，維護(hù)費(fèi)用較高。鋼材不耐腐蝕，需 要經(jīng)常油漆維護(hù)以及耐火性較差(當(dāng)溫度達(dá)到500 600C0時(shí)會(huì)完全喪失抵抗外力作用的

2、能力)等缺點(diǎn)。 二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中除了廣泛應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)， 高層建筑，高聳結(jié)構(gòu)，可動(dòng)、可拆卸結(jié)構(gòu)之外。還可 用于外墻、屋面及建筑裝飾工程。如外挑架支撐，遮 陽罩骨架，店面門頭骨架，防盜門、窗，樓梯欄桿、 格柵等，大多用圓鋼，小角鋼，冷彎薄壁型鋼，薄鋼 板制成。其自重輕、用鋼省、便于施工安裝。（圖12- 1圖12-7為美國冷彎型鋼的應(yīng)用） 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 圖12-1 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 圖12-2 鋼構(gòu)架 圖12-3 住宅 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析圖12-4 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 12-5 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析圖12-7 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 建筑用鋼應(yīng)符合的條件：建筑用鋼應(yīng)符合

3、的條件： 1 1、具有較高強(qiáng)度、具有較高強(qiáng)度 2 2、具有較高的塑性、韌性、耐疲勞性能、具有較高的塑性、韌性、耐疲勞性能 3 3、具有良好的工藝性、具有良好的工藝性 主要力學(xué)性能有：主要力學(xué)性能有： 強(qiáng)度、塑性、韌性、可焊性、強(qiáng)度、塑性、韌性、可焊性、 冷彎性能、耐久性等。冷彎性能、耐久性等。 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 冷彎性能：冷彎性能： 由冷彎試驗(yàn)來確定，是評(píng)價(jià)鋼材力學(xué)性能和工藝性能，由冷彎試驗(yàn)來確定，是評(píng)價(jià)鋼材力學(xué)性能和工藝性能， 鋼材質(zhì)量的一項(xiàng)綜合性指標(biāo)。鋼材質(zhì)量的一項(xiàng)綜合性指標(biāo)。 塑性：塑性： 主要指標(biāo)有伸長率主要指標(biāo)有伸長率 沖擊韌性：沖擊韌性： 韌性是鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量

4、的能力，韌性是鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力， 亦即鋼材抵抗沖擊荷載的能力。亦即鋼材抵抗沖擊荷載的能力。 強(qiáng)度：強(qiáng)度： 有屈服強(qiáng)度有屈服強(qiáng)度fy fy和抗拉強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度fufu兩個(gè)指標(biāo)兩個(gè)指標(biāo) fy fy作為鋼材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的取值依據(jù)；作為鋼材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的取值依據(jù)； fufu作為一種安全儲(chǔ)備，使構(gòu)件在彈塑性工作階段具有較大的承載力。作為一種安全儲(chǔ)備，使構(gòu)件在彈塑性工作階段具有較大的承載力。 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 耐久性耐久性-影響鋼結(jié)構(gòu)壽命的因素有：影響鋼結(jié)構(gòu)壽命的因素有： （1 1）鋼材的腐蝕，通過油漆和定期維護(hù)措施，）鋼材的腐蝕，通過油漆和定期維護(hù)措施， 控制硅和錳的含量；控制硅和

5、錳的含量； （2 2）防止過大的實(shí)效硬化；）防止過大的實(shí)效硬化； （3 3）必要時(shí)測(cè)定高溫和長荷載下的持久強(qiáng)度；）必要時(shí)測(cè)定高溫和長荷載下的持久強(qiáng)度； （4 4）防止長期連續(xù)重復(fù)荷載或交變荷載下的疲勞斷裂。）防止長期連續(xù)重復(fù)荷載或交變荷載下的疲勞斷裂。 可焊性：可焊性： 可焊性是指鋼材對(duì)焊接工藝的適應(yīng)能力，要求鋼材施可焊性是指鋼材對(duì)焊接工藝的適應(yīng)能力，要求鋼材施 焊后能獲得良好的焊接接頭性能。焊后能獲得良好的焊接接頭性能。 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 碳素鋼：碳素

6、鋼： 按質(zhì)量等級(jí)將鋼分為按質(zhì)量等級(jí)將鋼分為A A、B B、C C、D D四級(jí)四級(jí) A A級(jí)鋼最差，只保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長率，級(jí)鋼最差，只保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長率， 必要時(shí)也可附加冷彎試驗(yàn)的要求。必要時(shí)也可附加冷彎試驗(yàn)的要求。 B B、C C、D D級(jí)鋼均保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長率、級(jí)鋼均保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長率、 冷彎和沖擊韌性冷彎和沖擊韌性( (分別為分別為+20+20，00，-20)-20)等力學(xué)等力學(xué) 性能。性能。 鋼結(jié)構(gòu)中常用普通低碳鋼和普通低合金鋼：鋼結(jié)構(gòu)中常用普通低碳鋼和普通低合金鋼： 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 如：如：Q235A Q235A 表示屈服強(qiáng)度為表示屈服強(qiáng)度為

7、235 N/mm235 N/mm2 2的的A A級(jí)鎮(zhèn)級(jí)鎮(zhèn) 靜碳素結(jié)構(gòu)鋼；靜碳素結(jié)構(gòu)鋼； Q235D Q235D 表示屈服強(qiáng)度為表示屈服強(qiáng)度為235 N/mm235 N/mm2 2的的D D級(jí)特級(jí)特 殊鎮(zhèn)靜碳素結(jié)構(gòu)鋼。殊鎮(zhèn)靜碳素結(jié)構(gòu)鋼。 鋼的牌號(hào)由屈服點(diǎn)中屈字漢語拼音的字首鋼的牌號(hào)由屈服點(diǎn)中屈字漢語拼音的字首Q Q， 屈服點(diǎn)數(shù)值（屈服點(diǎn)數(shù)值（N/mmN/mm2 2） 質(zhì)量等級(jí)代號(hào)（質(zhì)量等級(jí)代號(hào)（A A、B B、C C、D D） 脫氧方法代號(hào)（脫氧方法代號(hào)（F F、b b、Z Z、TZTZ） 沸騰、半鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)靜、特殊鎮(zhèn)靜鋼；沸騰、半鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)靜、特殊鎮(zhèn)靜鋼； 等四個(gè)部分按順序組成。等四個(gè)部分按順序組

8、成。 鎮(zhèn)靜鋼（鎮(zhèn)靜鋼（Z Z）特殊鎮(zhèn)靜鋼（）特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZTZ）代號(hào)）代號(hào)Z Z、TZTZ可以省可以省 略，略，C C 級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼，級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼，D D級(jí)為特殊鎮(zhèn)靜鋼。級(jí)為特殊鎮(zhèn)靜鋼。 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 沸騰鋼沸騰鋼為脫氧不完全的鋼。冶煉后期不加脫氧劑為脫氧不完全的鋼。冶煉后期不加脫氧劑 （如硅、鋁等），澆注時(shí)鋼液在鋼錠模內(nèi)產(chǎn)生沸（如硅、鋁等），澆注時(shí)鋼液在鋼錠模內(nèi)產(chǎn)生沸 騰現(xiàn)象（氣體逸出）。騰現(xiàn)象（氣體逸出）。 鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼為完全脫氧的鋼。澆注時(shí)鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰。為完全脫氧的鋼。澆注時(shí)鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰。 組織致密，偏析小，質(zhì)量均勻。優(yōu)質(zhì)鋼和合金一組織致密，偏析小，質(zhì)量均勻。優(yōu)質(zhì)鋼和合金一 般都

9、是鎮(zhèn)靜鋼。般都是鎮(zhèn)靜鋼。 半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼為脫氧較完全的鋼。脫氧程度介于沸為脫氧較完全的鋼。脫氧程度介于沸 騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，澆注時(shí)有沸騰現(xiàn)象，但較沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，澆注時(shí)有沸騰現(xiàn)象，但較沸 騰鋼弱。這類鋼具有沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼的某些優(yōu)點(diǎn)，騰鋼弱。這類鋼具有沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼的某些優(yōu)點(diǎn)， 碳素鋼中此類鋼是值得提倡和發(fā)展的。碳素鋼中此類鋼是值得提倡和發(fā)展的。 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 A A、B B、C C、D D、E E五個(gè)等級(jí)五個(gè)等級(jí) A A級(jí)無需沖擊韌性試驗(yàn)級(jí)無需沖擊韌性試驗(yàn) B B級(jí)級(jí)20 20 的沖擊韌性的沖擊韌性 C C級(jí)級(jí)0 0 的沖擊韌性的沖擊韌性 D D級(jí)級(jí)-20 -20 的沖擊韌性的沖擊

10、韌性 E E級(jí)級(jí)-40 -40 的沖擊韌性的沖擊韌性 低合金鋼低合金鋼 分為分為Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460。 Q345BQ345B屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為345 N/mm345 N/mm2 2，B B級(jí)鎮(zhèn)靜鋼；級(jí)鎮(zhèn)靜鋼； Q390DQ390D屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為390 N/mm390 N/mm2 2，D D級(jí)特殊鎮(zhèn)靜鋼。級(jí)特殊鎮(zhèn)靜鋼。 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 1. 1.鋼板鋼板 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 2. 2.熱軋型材熱軋型材 （工、槽、角鋼）（工、槽、角鋼） 2020號(hào)以上的工字鋼分號(hào)以上的工字鋼分a a、b b 或或a

11、 a、b b、c c三類，其中三類，其中a a類類 腹板最薄、翼緣最窄，腹板最薄、翼緣最窄， c c類最厚最寬類最厚最寬 如如I32aI32a、I32bI32b、I32c I32c 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 從從1414開始，亦有開始，亦有a a、b b 或或a a、b b、c c規(guī)格的區(qū)分規(guī)格的區(qū)分 不等邊角鋼不等邊角鋼 “長肢寬長肢寬短肢寬短肢寬厚度厚度” 如如10010063638 8 等邊角鋼等邊角鋼“肢寬肢寬厚度厚度” 如如1001008 8 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 3.H3.H型鋼和型鋼和T T型鋼型鋼 H H型鋼與普通工字鋼的區(qū)別型鋼與普通工字鋼的區(qū)別: : 翼緣寬，故早期有寬翼緣工字鋼一

12、說；翼緣寬，故早期有寬翼緣工字鋼一說； 翼緣內(nèi)表面無斜度、上下表面平行，便于與其它構(gòu)件連接；翼緣內(nèi)表面無斜度、上下表面平行，便于與其它構(gòu)件連接； 1. 1. 從材料分布形式來看，工字鋼材料主要集中在腹板附近，愈向從材料分布形式來看，工字鋼材料主要集中在腹板附近，愈向 兩側(cè)延伸，鋼材愈少，而在軋制兩側(cè)延伸，鋼材愈少，而在軋制H H型鋼中，材料分布側(cè)重在翼型鋼中，材料分布側(cè)重在翼 緣部分。緣部分。 H H型鋼和型鋼和T T型鋼均分為三類：型鋼均分為三類： 寬翼緣：寬翼緣：HW TWHW TW； 中翼緣：中翼緣：HM TMHM TM； 窄翼緣：窄翼緣：HN TNHN TN。 如如HW300HW300

13、300300101015 15 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 熱軋型鋼截面 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 4. 4.冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼 其截面形式有等邊角鋼、卷邊等邊角鋼、其截面形式有等邊角鋼、卷邊等邊角鋼、Z Z型鋼、卷邊型鋼、卷邊Z Z型型 鋼、槽鋼、卷邊槽鋼等開口截面以及方形和矩形閉口截面鋼、槽鋼、卷邊槽鋼等開口截面以及方形和矩形閉口截面 的管材。的管材。 5. 5.鋼管鋼管 有熱軋無縫鋼管和焊接有熱軋無縫鋼管和焊接 鋼管兩大類，焊接鋼管鋼管兩大類，焊接鋼管 分為直縫焊、螺旋焊兩分為直縫焊、螺旋焊兩 種，用符號(hào)種，用符號(hào)“”后加后加 “外徑外徑厚度厚度” ” 如如1021025 5 螺旋焊管螺旋焊管

14、第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 冷彎薄壁型材的截面形式 （a）(i)冷彎薄壁型鋼；（j）壓型鋼板 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 連接方法有焊接、螺栓和鉚釘連接三種連接方法有焊接、螺栓和鉚釘連接三種 一、焊縫連接一、焊縫連接 Welding connectionWelding connection 焊接連接是通過電弧產(chǎn)生熱量，使焊接連接是通過電弧產(chǎn)生熱量，使 焊條和焊件局部熔化，經(jīng)冷卻凝結(jié)焊條和焊件局部熔化，經(jīng)冷卻凝結(jié) 成焊縫，從而將焊件連接成一體。成焊縫，從而將焊件連接成一體。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：任何形式的構(gòu)件一般都可直接相連，不削弱構(gòu)件截任何形式的構(gòu)件一般都可直接相連，不削弱構(gòu)件截 面，用料經(jīng)濟(jì)，構(gòu)

15、造簡單，加工方便，連接剛度大，密封性面，用料經(jīng)濟(jì)，構(gòu)造簡單，加工方便，連接剛度大，密封性 能好，可采用全自動(dòng)或半自動(dòng)作業(yè)，生產(chǎn)效率高。能好，可采用全自動(dòng)或半自動(dòng)作業(yè)，生產(chǎn)效率高。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：焊縫附近鋼材，在高溫作用下形成熱影響區(qū)，其金焊縫附近鋼材，在高溫作用下形成熱影響區(qū)，其金 相組織和力學(xué)性能發(fā)生變化，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；焊接過程相組織和力學(xué)性能發(fā)生變化，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；焊接過程 中鋼材受到不均勻的加溫和冷卻，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力中鋼材受到不均勻的加溫和冷卻，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力 和殘余變形，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能有一定的影和殘余變形，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能有一定的影

16、響。響。 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 1. 1. 焊接原理焊接原理 鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法是電弧鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法是電弧 焊焊, ,包括手工電弧焊、自動(dòng)或半包括手工電弧焊、自動(dòng)或半 自動(dòng)埋弧焊及氣體保護(hù)焊等。自動(dòng)埋弧焊及氣體保護(hù)焊等。 手工電弧焊電路由焊條、焊鉗、焊件、電焊機(jī)與導(dǎo)線組成。手工電弧焊電路由焊條、焊鉗、焊件、電焊機(jī)與導(dǎo)線組成。 通電引弧后，在涂有焊藥的焊條端與焊件間產(chǎn)生電弧，使焊通電引弧后，在涂有焊藥的焊條端與焊件間產(chǎn)生電弧，使焊 條熔化，熔滴滴入被電弧吹成的焊接溶池中，焊藥燃燒在熔條熔化，熔滴滴入被電弧吹成的焊接溶池中，焊藥燃燒在熔 池周圍形成保護(hù)氣體，稍冷后在焊縫熔化金屬表面形成熔渣，

17、池周圍形成保護(hù)氣體，稍冷后在焊縫熔化金屬表面形成熔渣， 以隔絕熔池中液體金屬與氧、氮等氣體的接觸，避免形成脆以隔絕熔池中液體金屬與氧、氮等氣體的接觸，避免形成脆 性易裂化合物，焊縫金屬冷卻后與焊件熔成一體。性易裂化合物，焊縫金屬冷卻后與焊件熔成一體。 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 直流手工電弧焊直流手工電弧焊- -氬弧焊氬弧焊 多功能焊機(jī)多功能焊機(jī) 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 焊條有碳鋼焊條和低合金鋼焊條。焊條有碳鋼焊條和低合金鋼焊條。 其牌號(hào)為其牌號(hào)為E43E43、E50E50和和E55E55型等，型等，E E表示焊條，數(shù)字表示熔敷金表示焊條，數(shù)字表示熔敷金 屬抗拉強(qiáng)度的最小值（單位為屬抗拉強(qiáng)度的最小值（單位

18、為Kgf/mmKgf/mm2 2）。）。 上圖為上圖為XWJ422XWJ422是鈦鈣型藥皮的優(yōu)質(zhì)低碳鋼電焊條。是鈦鈣型藥皮的優(yōu)質(zhì)低碳鋼電焊條。 一般情況下，焊條與母材的一般情況下，焊條與母材的 對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： Q235Q235鋼材，采用鋼材，采用E43E43焊條；焊條； Q345Q345鋼材，采用鋼材，采用E50E50焊條；焊條； Q390Q390、Q420Q420鋼材，采用鋼材，采用E55E55 焊條。焊條。 第15講鋼結(jié)構(gòu)剖析 自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊主要設(shè)備是自動(dòng)電焊機(jī)，沿軌道按設(shè)定自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊主要設(shè)備是自動(dòng)電焊機(jī)，沿軌道按設(shè)定 速度移動(dòng)，通電引弧后，使埋于焊劑下的焊絲和附近的焊劑速度移動(dòng)，通電引弧后，使埋于焊劑下的焊絲和附近的焊劑 熔化，熔渣浮在熔化的焊縫金屬上面，使融化金屬不與空氣熔化，熔渣浮在熔化的焊縫金屬上面，使融化金屬不與空氣 接觸，并供給焊縫金屬以必要的合金元素，隨焊機(jī)的移動(dòng)，接觸，并供給焊縫金屬以必要的合金元素，隨焊機(jī)的移動(dòng)， 顆粒狀焊劑不斷從料斗漏下