高層建筑鋼結(jié)構-第二章高層鋼結(jié)構用鋼

1、1) 鋼材分類v按用途分： 結(jié)構用鋼 船體用結(jié)構鋼 焊接結(jié)構用耐候鋼 鋼其它少量元素冶煉CFe低碳鋼 C0.25中碳鋼 0.260.6高碳鋼 0.62.11低合金鋼 合金元素總量10v按化學成分：碳素鋼 (Carbon) 合金鋼 (Alloy)v按有害成分：普通鋼 S0.05 P0.045 優(yōu)質(zhì)鋼 S0.045 P0.04 高級優(yōu)質(zhì)鋼 S0.035 P0.03v按脫氧程度分： 沸騰鋼 F 僅用錳脫氧 鎮(zhèn)靜鋼 Z 采用硅或鋁脫氧 半鎮(zhèn)靜鋼 b 介入上述二者之間 特鎮(zhèn)靜鋼 Tz 采用鋁、硅脫氧v按爐種分：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼 平爐鋼 電爐鋼2) 鋼材的主要力學性能vfy 屈服點 yield stress

2、 (yield strength)vfu 抗拉強度 ultimate stress (tensile strength)vE 彈性模量v伸長率 percent elongation%1000ll)65. 5(5:00005Aldl)30.11(10:000010Aldl伸長率的大小，代表延性的好壞。延性伸長率的大小，代表延性的好壞。延性(ductility)是鋼是鋼材抵抗塑性變形能力大小的量度。材抵抗塑性變形能力大小的量度。v冷彎性能 cold bending behavior%1000AAv 沖擊韌性 impact toughness 沖擊功 impact energy 夏比缺口韌性 Cha

3、rpy V-Notch toughness(CVN toughness)沖擊功大小，代表韌性好壞。韌性沖擊功大小，代表韌性好壞。韌性(toughness)是鋼材是鋼材抵抗沖擊能力大小的量度。抵抗沖擊能力大小的量度。v斷面收縮率 percent reduction in areaZ 稱為沿厚度方向拉伸試驗的斷面收縮率。P P d a 3) 鋼材的化學成分v 碳C 強度提高，但塑性、冷彎、沖擊、疲勞、 焊接性能下降。v錳Mn 是強度增強劑和弱脫氧劑，但對焊接不利， 不宜過多v硅Si 是強脫氧劑，可細化精粒，提高強度，且不影 響其它性能，但過量會惡化焊接性和抗銹性。v硫S(氧O) 有害元素，引起熱脆

4、和分層。v磷P(氮N) 有害元素，引起冷脆。v其他合金(釩、鈮、鈦、鋁、銅、鉻、鎳、鉬等) 細化晶粒、提高強度、可焊性、耐候性等1) 基本要求和選材 對主要受力構件用鋼的基本要求v應根據(jù)結(jié)構的重要性、荷載特征、連接方法、工作環(huán)境、鋼板的厚度等因素綜合考慮，選用合適的鋼材牌號和質(zhì)量等級。國內(nèi)推薦采用B級和優(yōu)于B級的Q235和Q345鋼材。表2.1 Q235鋼的化學成分和脫氧方法（GB/T700） 化學成分， Si S P 牌號 等級 C Mn 不大于 脫氧方法 A 0.140.22 0.300.55 0.050 B 0.120.20 0.300.70 0.045 0.045 F、b、Z C 0.

5、18 0.040 0.040 Z Q235 D 0.17 0.350.80 0.30 0.035 0.035 TZ 拉伸試驗 沖擊試驗 屈服點s，N/mm2 伸長率s， 鋼板厚度（直徑） ，mm 鋼板厚度（直徑） ，mm 16 16 40 40 60 60 100 100 150 150 16 16 40 40 60 60 100 100 150 150 V 型 沖擊功(縱向) J 牌號 等級 不小于 抗拉強度 b N/mm2 不小于 溫度 不小于 A B 20 C 0 Q235 D 235 225 215 205 195 185 375460 26 25 24 23 22 21 -20 27

6、 表2.2 Q235的拉伸試驗和沖擊試驗結(jié)果要求（GB/T700） 為什么會逐漸降低？為什么會逐漸降低？表2.3 Q235鋼的冷彎試驗結(jié)果要求（GB/T700） 冷彎試驗 B=2a 180 a，鋼材厚度（直徑） ，mm 60 60100 100200 牌號 試樣方向 彎心直徑 d 縱向 a 2a 2.5a Q235 橫向 1.5a 2.5a 3a 表2.4 部分低合金高強度鋼的化學成分規(guī)定（GB/T1591） 化 學 成 分， 牌號 質(zhì)量 等級 C Mn Si P S V Nb Ti Al Cr Ni Q345 A B C D E 0.20 0.20 0.20 0.18 0.18 1.001.

7、60 1.001.60 1.001.60 1.001.60 1.001.60 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.045 0.040 0.035 0.030 0.025 0.045 0.040 0.035 0.030 0.025 0.020.15 0.020.15 0.020.15 0.020.15 0.020.15 0.0150.060 0.0150.060 0.0150.060 0.0150.060 0.0150.060 0.020.20 0.020.20 0.020.20 0.020.20 0.020.20 0.015 0.015 0.015 表2.5 部分低合金高強度

8、鋼的力學性能要求（GB/T1591） 屈服點s，N/mm2 沖擊功，AkV，(縱向)，J 鋼板厚度（直徑） ，mm 伸長率 s， +20 0 -20 -40 180 彎曲試驗 d=彎心直徑； a=試樣厚度(直徑) 16 1635 3550 50100 鋼材厚度(直徑)，mm 牌號 質(zhì)量 等級 不小于 抗拉強度 b N/mm2 不小于 16 16100 Q345 A B C D E 345 345 345 345 345 325 325 325 325 325 295 295 295 295 295 275 275 275 275 275 470630 470630 470630 470630

9、470630 21 21 22 22 22 34 34 34 27 d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a v采用焊接連接的節(jié)點，當采用焊接連接的節(jié)點，當板厚板厚40mm，且承受沿厚，且承受沿厚度方向的拉力作用時，應附加板厚方向斷面收縮率度方向的拉力作用時，應附加板厚方向斷面收縮率的要求，其值不得小于國家標準的要求，其值不得小于國家標準厚度方向性能鋼厚度方向性能鋼板板(GB5313)Z15級規(guī)定的允許值。以防止發(fā)生級規(guī)定的允許值。以防止發(fā)生層狀層狀撕裂撕裂破壞。破壞。 Z向鋼性能試驗方法向鋼性能試驗方法(a為板厚為板厚, l1.5d)

10、v厚度方向性能鋼板厚度方向性能鋼板(也稱也稱Z向鋼板向鋼板)分三級：分三級： Z15 Z25 Z35 z 15 25 35 S0.01% 0.007% 0.005% 厚度方向性能鋼板拉伸試件制備圖如下厚度方向性能鋼板拉伸試件制備圖如下v用于抗震結(jié)構的鋼材應滿足：用于抗震結(jié)構的鋼材應滿足：fu / fy1.2； 20，且應有明顯的屈服臺階；，且應有明顯的屈服臺階；具有良好的焊接性能和合格的沖擊韌性。具有良好的焊接性能和合格的沖擊韌性。v對要求屈服耗能的構件，其鋼材的實際屈服強度不對要求屈服耗能的構件，其鋼材的實際屈服強度不應大于標準屈服強度太多。目前國內(nèi)尚無明確規(guī)定。應大于標準屈服強度太多。目前

11、國內(nèi)尚無明確規(guī)定。v對于外露、非保溫建筑中的鋼結(jié)構宜采用耐大氣腐對于外露、非保溫建筑中的鋼結(jié)構宜采用耐大氣腐蝕和抗冷脆的鋼材。蝕和抗冷脆的鋼材。 2) 高層建筑用鋼的發(fā)展v高層建筑結(jié)構用鋼板高層建筑結(jié)構用鋼板(YB4104-2000)在在Q235和和Q345的基礎上，經(jīng)改進生產(chǎn)工藝而制成的的基礎上，經(jīng)改進生產(chǎn)工藝而制成的用于高層建筑鋼結(jié)構的高性能鋼板，每個牌號分三個用于高層建筑鋼結(jié)構的高性能鋼板，每個牌號分三個質(zhì)量等級質(zhì)量等級(C,D,E)，分別規(guī)定了，分別規(guī)定了0，20 和和40 的沖擊功指標。每個牌號又分為的沖擊功指標。每個牌號又分為Z向鋼和非向鋼和非Z向鋼。向鋼。其命名如下其命名如下其中

12、其中x為為C、D、E質(zhì)量等級，質(zhì)量等級，y為為Z向鋼性向鋼性能級別能級別15、25、35 Q235GJx/(Zy) Q345GJx/(Zy)例如常用的強度等級為例如常用的強度等級為345MPa的鋼，要求的鋼，要求20 的沖擊功保的沖擊功保證且要求滿足證且要求滿足Z15的的Z向要求，則應采用向要求，則應采用Q345GJD/Z15高性能高性能鋼。鋼。Q345系列的高性能鋼與普通系列的高性能鋼與普通Q345鋼和日本鋼和日本SN490鋼材的鋼材的化學成分和強度設計值的取值對比見下表?；瘜W成分和強度設計值的取值對比見下表?；瘜W成分化學成分力學性能力學性能強度設計值強度設計值厚板時優(yōu)勢明顯厚板時優(yōu)勢明顯v

13、耐火耐候鋼耐火耐候鋼國內(nèi)的耐火耐候鋼尚無部標，國內(nèi)的耐火耐候鋼尚無部標，只有企業(yè)標準只有企業(yè)標準鋼材耐火性能對比多數(shù)參照日本耐火鋼標準研制多數(shù)參照日本耐火鋼標準研制與非耐火鋼板的區(qū)別為在與非耐火鋼板的區(qū)別為在600高溫時其屈服強度不低高溫時其屈服強度不低于標準屈服強度最低值的于標準屈服強度最低值的2/3。國內(nèi)的耐火鋼的牌號有：國內(nèi)的耐火鋼的牌號有：上海寶鋼：上海寶鋼： B400RNQ(Q235級級)、B490RNQ (Q325級級)。其耐腐蝕性能為普通鋼材的其耐腐蝕性能為普通鋼材的28倍。倍。武鋼：武鋼： WGJ510C2(Q325級級)、WGJ590C2(Q410級級)。鞍鋼也生產(chǎn)類似的耐火

14、耐候鋼，強度等級為鞍鋼也生產(chǎn)類似的耐火耐候鋼，強度等級為Q235級和級和Q345級。級。3) 國內(nèi)外鋼材牌號的對應關系國別國別 中國中國 美國美國 日本日本 歐盟歐盟 英國英國 俄羅俄羅斯斯 澳大利亞澳大利亞 Q235 A36 SS400 SM400 SN400 Fe360 40 C235 250 C250 Q345 A242,A441, A572-50, A588 SM490 SN490 Fe510 FeE355 50B,C,D C345 350 C350 Q390 50F C390 400 Hd400 鋼材鋼材牌號牌號 Q420 A572-60 SA440B SA440C C440 4)

15、日本研制的若干新鋼種日本研制的若干新鋼種v高強高性能鋼材高強高性能鋼材TMCP490N/mm2鋼，高性能鋼，高性能590N/mm2 (SA440)鋼和鋼和780N/mm2級鋼。級鋼。v耐火鋼耐火鋼(Fire-Resistent Steel)。v日本研制了低屈服點鋼日本研制了低屈服點鋼Ly100和和Ly225?；瘜W成分化學成分焊接性能中的碳當量焊接性能中的碳當量(Carbon Equivalents)由下式計算：由下式計算：144540624VMoCrNiMnSiCCeqBVMoNiCrCuMnSiCPCM510156020202030焊接裂縫敏感性焊接裂縫敏感性(Weld-cracking S

16、ensitivity Composition)由下式計算：由下式計算：低屈服點鋼的機械性能和一般結(jié)構鋼的對比低屈服點鋼的機械性能和一般結(jié)構鋼的對比低屈服點鋼材具有良好的滯回性能低屈服點鋼材具有良好的滯回性能(Hysteretic Behavior)5) 高層鋼結(jié)構構件的常用型材和板材梁截面梁截面柱截面柱截面支撐截面支撐截面壓型鋼板壓型鋼板組合板的連接形式組合板的連接形式1) 焊接材料v手工焊接用焊條手工焊接用焊條藥皮類型，電流形式藥皮類型，電流形式焊接方位焊接方位熔敷金屬化學熔敷金屬化學成分分類號成分分類號 E43xx， E50 xxxxv自動及半自動埋弧焊用焊絲及焊劑，應符合國家相自動及半自動埋弧焊用焊絲及焊劑，應符合國家相應標準。應標準。v電渣焊用于焊接隱蔽焊縫電渣焊用于焊接隱蔽焊縫高層建筑鋼結(jié)構高層建筑鋼結(jié)構2) 緊固件v普通螺栓普通螺栓 4.6級、級、4.8級為級為C級螺栓，對孔的要求較松。級螺栓，對孔的要求較松。 5.6級、級、8.8級為級為A、B級螺栓，對孔的精度要求較高。級螺栓，對孔的精度要求較高。 上述第上述第1個數(shù)字代表螺栓材料的抗拉強度個數(shù)字代表螺栓材料的抗拉強度fu，為百分數(shù)；，為百分數(shù)； 第第2個數(shù)