《建筑材料》課件-建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用

建筑材料建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用1、建筑鋼材的主要鋼種2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼3、鋼結(jié)構(gòu)用鋼4、建筑鋼材的選用原則

1、建筑鋼材的主要鋼種建筑鋼材可分為鋼結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼兩大類。鋼結(jié)構(gòu)用鋼：型鋼、鋼板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼：鋼筋、鋼絲、鋼絞線

工程中常用鋼種主要有碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼兩大類，其中合金鋼中使用較多的是普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號及其表示方法GB/T700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定，鋼的牌號由代表屈服強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號四個部分按順序組成。

其中，以“Q”代表屈服強(qiáng)度；屈服強(qiáng)度數(shù)值共分195MPa、215MPa、235MPa和275MPa四種；質(zhì)量等級以硫、磷等雜質(zhì)含量由多到少，分別由A、B、C，D符號表示；脫氧方法以F代表沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼、Z和TZ分別表示鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號組成中，表示鎮(zhèn)靜鋼的“Z”和表示特殊鎮(zhèn)靜鋼的“TZ”可以省略。

例如，Q235-A.F表示屈服點為235MPa的A級沸騰鋼；Q215-B表示屈服點為215MPa的B級鎮(zhèn)靜鋼。2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能及選用

鋼材的選用一方面要根據(jù)鋼材的質(zhì)量、性能及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，另一方面要根據(jù)工程使用條件對鋼材性能的要求。①Q(mào)195號、Q215號鋼強(qiáng)度低，但具有較好的塑性和韌性，冷彎性能較好，易于冷彎加工，常用作鋼釘、鉚釘、螺栓及鐵絲等。Q215號鋼經(jīng)冷加工后可代替Q235號鋼使用。②Q235號鋼既具有較高的強(qiáng)度，又具有較好的塑性和韌性，可焊性也較好，且經(jīng)焊接和氣割后力學(xué)性能亦仍穩(wěn)定，有利于冷加工，故廣泛地用于橋梁構(gòu)件及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋等，是目前應(yīng)用最廣泛的鋼種。③Q255號、Q275號鋼強(qiáng)度較高，硬而脆，塑性、韌性和可焊性較差，不易焊接和冷加工，適于制作耐磨構(gòu)件、機(jī)械零件和工具。也可以用于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。（2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

是一種在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加總量小于5%的一種或多種合金元素的鋼材。具有強(qiáng)度高、塑性和低溫沖擊韌性好、耐腐蝕性好等特點。所加入合金元素主要有錳、硅、鋇、鈦、鉻、鎳等及稀土元素等。1)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號及其表示方法

國標(biāo)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T1591-1994)規(guī)定，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼共有五個牌號：Q295、Q345、Q390、Q420和Q460。其牌號的表示方法是由屈服點字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級(分A、B、C、D，E五級)三個部分組成。2）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的性能及應(yīng)用

鋼材的選用一方面要根據(jù)鋼材的質(zhì)量、性能及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，另一方面要根據(jù)工程使用條件對鋼材性能的要求。

低合金高強(qiáng)度鋼的含碳量一般都較低，以便于鋼材的加工和焊接要求。其強(qiáng)度的提高主要是靠加入的合金元素結(jié)晶強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化來達(dá)到。采用低合金高強(qiáng)度鋼的主要目的是減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，延長使用壽命。這類鋼具有較高的屈服點和抗拉強(qiáng)度、良好的可焊性、塑性和沖擊韌性，具有耐銹蝕、耐磨、耐低溫性能，綜合性能好。所以在相同的使用條件下，可比碳素結(jié)構(gòu)鋼節(jié)省用鋼20%～30%，對減輕結(jié)構(gòu)自重有利。

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼主要用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，廣泛用于結(jié)構(gòu)鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別適用于各種重型結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)及橋梁工程等。2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼

工程中常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼，主要由碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，根據(jù)生產(chǎn)工藝、性能和用途的不同，主要有熱軋鋼筋、冷加工鋼筋（冷拉熱軋鋼筋、冷軋帶肋鋼筋）、熱處理鋼筋、冷拔低碳鋼絲、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線等，按直條或盤條（也稱盤圓）供貨。直徑為5mm以上的稱為鋼筋，直徑為5m及5mm以下的稱為鋼絲。（1）熱軋鋼筋

經(jīng)過熱軋成型并自然冷卻的成品鋼筋。1）熱軋光圓鋼筋

國標(biāo)《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》規(guī)定，熱軋光圓鋼筋級別為I級，強(qiáng)度等級代號為HPB235，“235”表示屈服強(qiáng)度要求值（MPa）。

光圓鋼筋是用Q235或Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成的鋼筋，其強(qiáng)度較低，但具有塑性好、伸長率高、便于彎曲成型和進(jìn)行各種冷加工、容易焊接等特點，廣泛用于普通鋼筋混凝土構(gòu)件中，作為中小型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要受力鋼筋、構(gòu)造筋和各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的箍筋等。2）熱軋帶肋鋼筋

熱軋帶肋鋼筋是采用低合金鋼熱軋而成，橫截面通常為圓形，表面有兩條縱肋，并沿長度方向均勻分布。其含碳量為0.1%～0.25%。帶肋鋼筋有月牙肋鋼筋和等高肋鋼筋等，如圖所示。國標(biāo)《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》規(guī)定，熱軋帶肋鋼筋分為HRB335、HRB400、HRB500三個牌號。HRB335，HRB400是采用普通質(zhì)量低合金鎮(zhèn)靜鋼軋制而成的，鋼筋的強(qiáng)度較高，塑性和焊接性能較好，廣泛用于大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力筋；HRB500是采用優(yōu)質(zhì)低合金鎮(zhèn)靜鋼軋制而成的，鋼筋強(qiáng)度高，但塑性和焊接性能較差，可用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。

熱軋帶肋鋼筋因表面帶肋，加強(qiáng)了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，廣泛用于大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋，經(jīng)過冷拉后可用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。（a）月牙肋鋼筋（b）等高肋鋼筋（2）冷拉熱軋鋼筋

冷拉可使屈服點提高20%～30%，材料變脆、屈服階段縮短，伸長率降低，冷拉時效后強(qiáng)度提高。實際操作中可將冷拉、除銹、調(diào)直、切斷合并為一道工序，這樣簡化了流程，提高了效率。冷拉既可以節(jié)約鋼材，又可以制作預(yù)應(yīng)力鋼筋，是鋼筋加工的常用方法之一。

(3)冷軋帶肋鋼筋

冷軋帶肋鋼筋采用熱軋圓盤條經(jīng)冷軋而成，表面帶有沿長度方向均勻分布的三面或兩面的月牙肋。國標(biāo)《冷軋帶肋鋼筋》(GB13780-2008)規(guī)定，冷軋帶肋鋼筋有CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五個牌號。（4）冷拔低碳鋼絲

冷拔低碳鋼絲是用直徑6～8mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235或Q215熱軋圓盤條經(jīng)冷拔而成。通過多次強(qiáng)力拔制而得到直徑為3mm、4mm、5mm的鋼絲。其屈服強(qiáng)度可提高40%～60%，同時塑性降低。因此冷拔低碳鋼絲失去了低碳鋼的性能，變得硬脆，屬硬鋼類鋼絲。冷拔低合金鋼絲的抗拉強(qiáng)度比冷拔低碳鋼絲更高，可用于中、小型混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力筋。（5）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋

預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋是用熱軋帶肋鋼筋（即普通熱軋中碳低合金鋼筋）經(jīng)淬火、回火等調(diào)質(zhì)處理制成的螺紋鋼筋。通常有直徑為6mm、8.2mm，10mm三種規(guī)格。鋼筋經(jīng)熱處理后應(yīng)卷成盤，每盤應(yīng)由一整根鋼筋盤成，且每盤鋼筋的重量應(yīng)不小于60kg。

熱處理鋼筋具有較高的綜合力學(xué)性能，除具有很高的強(qiáng)度和穩(wěn)定的預(yù)應(yīng)力值外，還具有高韌性和高握裹力等優(yōu)點，主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁軌枕，還用于預(yù)應(yīng)力梁、板結(jié)構(gòu)及吊車梁等。鋼筋成盤供應(yīng)，開盤后能自行伸直，可省去冷拉，不需調(diào)直和焊接，施工方便，且節(jié)約鋼材。但應(yīng)防止產(chǎn)生銹蝕及刻痕等現(xiàn)象。（6）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線

預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線簡稱預(yù)應(yīng)力鋼絞線，是由多根直徑為2.5mm～5.0mm的高強(qiáng)度鋼絲捻制而成。

國標(biāo)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224-2003)規(guī)定，鋼絞線按應(yīng)力松弛性能分為兩級：Ⅰ級松弛、Ⅱ級松弛。

根據(jù)鋼絲的股數(shù)分為三種結(jié)構(gòu)類型：1×2、1×3和1×7。1×7結(jié)構(gòu)鋼絞線以一根鋼絲為芯，六根鋼絲圍繞其周圍捻制而成。每盤成品鋼絞線應(yīng)由一整根鋼絞線盤成，鋼絞線盤的內(nèi)徑不小于1000mm。如無特殊要求，每盤鋼絞線的長度不小于200m。

鋼絞線與其他配筋材料相比，具有強(qiáng)度高、柔性好、松弛率低、抗腐蝕性強(qiáng)、無接頭、質(zhì)量穩(wěn)定、成盤供應(yīng)不需接頭等優(yōu)點。適用于做大型建筑、公路或鐵路橋梁、大跨度吊車梁等大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋，廣泛地應(yīng)用于大跨度、重荷載的結(jié)構(gòu)工程中。3、鋼結(jié)構(gòu)用鋼鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要應(yīng)用型鋼、鋼板、鋼管等。（1）型鋼

在鋼結(jié)構(gòu)用鋼中一般可直接選用各種規(guī)格與型號的型鋼。構(gòu)件之間可直接連接或附加連接鋼板進(jìn)行連接。連接方式有鉚接、螺栓連接或焊接。

我國建筑用熱軋型鋼主要采用碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼，其中應(yīng)用最多的是碳素鋼Q235A，低合金鋼Q345（16Mn）及Q390（15MnV），碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235A制成的熱軋型鋼，強(qiáng)度適中、塑性和可焊性較好、冶煉容易、成本低，適用于土木工程中的各種鋼結(jié)構(gòu)。低合金鋼制成的熱軋型鋼，強(qiáng)度高，可用于大跨度、承受動荷載的鋼結(jié)構(gòu)工程。（2）壓型鋼板

壓型鋼板是由厚度為0.4～2mm的鋼板壓制而成。鋼板表面涂漆、鍍鋅、涂有機(jī)層（又稱彩色壓型鋼板），以防止銹蝕。其優(yōu)點是輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久性好、美觀、施工快，常用作屋面板、墻板及樓板等。（3）圓鋼和方鋼

圓鋼的規(guī)格以“直徑”（mm）表示，規(guī)格范圍為5.5～250mm；方鋼的規(guī)格以“邊長”（mm）表示，規(guī)格范圍為5.5～200mm。圓鋼和方鋼在普通鋼結(jié)構(gòu)中很少采用，可用于輕型鋼結(jié)構(gòu)，用做一般桿件和連接件。（4）鋼管

鋼管的品種很多，按制造方法不同，鋼結(jié)構(gòu)所用鋼管分為熱軋無縫鋼管和焊接鋼管兩大類。1）無縫鋼管：熱軋無縫鋼管以優(yōu)質(zhì)碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼為原材料，多采用熱軋－冷拔聯(lián)合工藝生產(chǎn)，也可用冷軋方式生產(chǎn)，但后者成本較高。無縫鋼管主要用于壓力管道和一些特定的鋼結(jié)構(gòu)。2）焊接鋼管：采用優(yōu)質(zhì)或普通碳素鋼鋼板卷焊而成，按其焊縫形式有直縫電焊鋼管和螺旋焊鋼管。價格較低，適用于各種結(jié)構(gòu)、輸送管道等用途。焊接鋼管成本較低，容易加工，但多數(shù)情況下抗壓性能較差。

鋼管在相同截面積下，剛度較大，因而是中心受壓構(gòu)件的理想截面；在建筑鋼結(jié)構(gòu)上，鋼管多用于制作桁架、塔桅、鋼管混凝土等，廣泛應(yīng)用于高層建筑、廠房柱、塔柱、壓力管道等工程中。4、建筑鋼材的選用原則（1）荷載性質(zhì)。對于經(jīng)常承受動力或振動荷載的結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引起疲勞破壞，需要選用材質(zhì)高的鋼材。（2）使用溫度。對于經(jīng)常處于低溫狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，鋼材容易發(fā)生冷脆斷裂，特別是焊接結(jié)構(gòu)更甚，因而要求鋼材具有良好的塑性和低溫沖擊韌性。（3）連接方式。對于焊接結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度變化和受力性質(zhì)改變時，焊縫附近的母體金屬容易出現(xiàn)冷、熱裂紋，促使結(jié)構(gòu)早期破壞。所以焊接結(jié)構(gòu)對鋼材化學(xué)成分和機(jī)械性能要求比較嚴(yán)格。（4）鋼材厚度。鋼材力學(xué)性能一般隨厚度增大而降低，鋼材經(jīng)多次壓制后，鋼的內(nèi)部結(jié)晶組織更為緊密，強(qiáng)度更高，質(zhì)量更好。故一般結(jié)構(gòu)用的鋼材厚度不宜超過40mm。（5）結(jié)構(gòu)重要性。選擇鋼材要考慮結(jié)構(gòu)使用的重要性，如大跨度結(jié)構(gòu)、重要的建筑物結(jié)構(gòu)，須相應(yīng)選用質(zhì)量更好的鋼材。建筑鋼材常用的氧氣轉(zhuǎn)爐鋼或平爐鋼，最少應(yīng)保證具有屈服點、抗拉強(qiáng)度、伸長率三項機(jī)械性能指標(biāo)和硫、磷含量兩項化學(xué)成分的合格保證。對于較大型構(gòu)件、直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證；對于大、重