建筑材料50課件

建筑材料節(jié)點二鋼材的主要技術(shù)性能節(jié)點三

建筑工程中常用鋼材節(jié)點四

鋼材的銹蝕、防銹與防火節(jié)點五

鋼材的性能試驗節(jié)點一鋼材的冶煉和分類單

元

一鋼

材節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能1.抗拉性能拉伸是建筑鋼材的主要受力形式，所以拉伸性能是表示鋼材性能和選用鋼材的重要指標(biāo)。將低碳鋼（軟鋼）制成一定規(guī)格的試件，放在材料試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗，可以繪出如圖所示的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。從圖中可以看出，低碳鋼受拉至拉斷，經(jīng)歷了四個階段：彈性階段（O-A）、屈服階段（A-B）、強(qiáng)化階段（B-C）和縮頸階段（C-D）。一、力學(xué)性能低碳鋼的應(yīng)力——應(yīng)變圖節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能（1）彈性階段曲線中OA段是一條直線，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。如卸去外力，試件能恢復(fù)原來的形狀，這種性質(zhì)即為彈性，此階段的變形為彈性變形。與A點對應(yīng)的應(yīng)力稱為彈性極限，以σp表示。在彈性受力范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù)，即彈性模量E=σ/ε。E的單位為MPa，例如Q235鋼的E=0.21×106MPa，25MnSi鋼的E=0.2×106MPa。彈性模量反映鋼材抵抗彈性變形的能力，是鋼材在受力條件下計算結(jié)構(gòu)變形的重要指標(biāo)。一、力學(xué)性能節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能（2）屈服階段應(yīng)力超過A點后，應(yīng)力、應(yīng)變不再成正比關(guān)系，開始出現(xiàn)塑性變形。應(yīng)力的增長滯后于應(yīng)變的增長，當(dāng)應(yīng)力達(dá)B上點后（屈服上限），瞬時下降至B下點（屈服下限），變形迅速增加，而此時外力則大致在恒定的位置上波動，直到B點，這就是所謂的“屈服現(xiàn)象”，似乎鋼材不能承受外力而屈服，所以AB段稱為屈服階段。與B下點（此點較穩(wěn)定、易測定）對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服點（屈服強(qiáng)度），用σs表示。常用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的屈服極限σs不應(yīng)低于235MPa。一、力學(xué)性能節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能中碳鋼與高碳鋼（硬鋼）的拉伸曲線與低碳鋼不同，屈服現(xiàn)象不明顯，難以測定屈服點，則規(guī)定產(chǎn)生殘余變形為原標(biāo)距長度的0.2％時所對應(yīng)的應(yīng)力值，作為硬鋼的屈服強(qiáng)度，也稱條件屈服強(qiáng)度，用σ0.2表示，如圖所示。一、力學(xué)性能中、高碳鋼的應(yīng)力——應(yīng)變圖節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能（3）強(qiáng)化階段應(yīng)力超過屈服點后，由于鋼材內(nèi)部組織中的晶格發(fā)生了畸變，阻止了晶格進(jìn)一步滑移，鋼材得到強(qiáng)化，所以鋼材抵抗塑性變形的能力又重新提高，B-C段呈上升曲線，稱為強(qiáng)化階段。對應(yīng)于最高點C的應(yīng)力值（σb）稱為極限抗拉強(qiáng)度，簡稱抗拉強(qiáng)度。顯然，σb是鋼材受拉時所能承受的最大應(yīng)力值，Q235鋼約為380MPa。鋼材受力大于屈服點后，會出現(xiàn)較大的塑性變形，已不能滿足使用要求，因此屈服強(qiáng)度是設(shè)計上鋼材強(qiáng)度取值的依據(jù)，是工程結(jié)構(gòu)計算中非常重要的一個參數(shù)。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度之比（即屈強(qiáng)比＝σs/σb）能反映鋼材的利用率和結(jié)構(gòu)安全可靠程度。屈強(qiáng)比越小，其結(jié)構(gòu)的安全可靠程度越高，但屈強(qiáng)比過小，又說明鋼材強(qiáng)度的利用率偏低，造成鋼材浪費。建筑結(jié)構(gòu)鋼合理的屈強(qiáng)比一般為0.60～0.75。一、力學(xué)性能節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能（4）頸縮階段試件受力達(dá)到最高點C點后，其抵抗變形的能力明顯降低，變形迅速發(fā)展，應(yīng)力逐漸下降，試件被拉長，在有雜質(zhì)或缺陷處，斷面急劇縮小，直到斷裂。故C-D段稱為縮頸階段。建筑鋼材應(yīng)具有很好的塑性。鋼材的塑性通常用斷后伸長率和斷面收縮率表示。將拉斷后的試件拼合起來，測定出標(biāo)距范圍內(nèi)的長度L1（mm），其與試件原標(biāo)距L0（mm）之差為塑性變形值，塑性變形值與L0之比稱為斷后伸長率（δ）。試件斷面處面積收縮量與原面積之比，稱為斷面收縮率（Ψ）。斷后伸長率是衡量鋼材塑性的一個重要指標(biāo)，δ越大說明鋼材的塑性越好。而一定的塑性變形能力，可保證應(yīng)力重新分布，避免應(yīng)力集中，從而鋼材用于結(jié)構(gòu)的安全性越大。塑性變形在試件標(biāo)距內(nèi)的分布是不均勻的，縮頸處的變形最大，離縮頸部位越遠(yuǎn)其變形越小。所以原標(biāo)距與直徑之比越小，則縮頸處伸長值在整個伸長值中的比重越大，計算出來的δ值就大。通常以δ5和δ10分別表示L0＝5d0和L0＝10d0時的伸長率。對于同一種鋼材，其δ5>δ10。δ和Ψ都是表示鋼材塑性大小的指標(biāo)。鋼材在拉伸試驗中得到的屈服點強(qiáng)度бs、抗拉強(qiáng)度бb、伸長率δ是確定鋼材牌號或等級的主要技術(shù)指標(biāo)。一、力學(xué)性能節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能2.沖擊韌性與抵抗沖擊作用有關(guān)的鋼材的性能是韌性。韌性是鋼材斷裂時吸收機(jī)械能能力的量度。吸收較多能量才斷裂的鋼材，是韌性好的鋼材。在實際工作中，用沖擊韌度衡量鋼材抗脆斷的性能。沖擊韌度是以試件沖斷時缺口處單位面積上所消耗的功(J/cm2)來表示，其符號為аk。試驗時將試件放置在固定支座上，然后以擺錘沖擊試件刻槽的背面，使試件承受沖擊彎曲而斷裂，見圖8-4所示。顯然，аk值越大，鋼材的沖擊韌度越好。一、力學(xué)性能節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能3.耐疲勞性受交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象，稱為疲勞破壞。鋼材的疲勞破壞一般是由拉應(yīng)力引起的，首先在局部開始形成細(xì)小斷裂，隨后由于微裂紋尖端的應(yīng)力集中而使其逐漸擴(kuò)大，直至突然發(fā)生瞬時疲勞斷裂。在一定條件下，鋼材疲勞破壞的應(yīng)力值隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而降低，鋼材在無窮次交變荷載作用下而不至引起斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力值，稱為疲勞強(qiáng)度極限。鋼材的疲勞強(qiáng)度與很多因素有關(guān)，如組織結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、合金成分、夾雜物和應(yīng)力集中幾種情況。一般來說，鋼材的抗拉強(qiáng)度高，其疲勞極限也較高。一、力學(xué)性能節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能4.硬度鋼材的硬度是指其表面抵抗硬物壓入產(chǎn)生局部變形的能力。測定鋼材硬度的方法有布氏法、洛氏法和維氏法等。建筑鋼材常用布氏硬度表示，其代號為HB。布氏法的測定原理是利用直徑為D(mm）的淬火鋼球，以荷載P(N)將其壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定的持續(xù)時間后卸去荷載，得直徑為d(mm)的壓痕，以壓痕表面積A(mm2)除荷載P，即得布氏硬度(HB)值，此值無量綱。一、力學(xué)性能節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能1.冷彎性能

冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。冷彎是通過檢驗試件經(jīng)規(guī)定的彎曲程度后，彎曲處外面及側(cè)面有無裂紋、起層、鱗落和斷裂等情況進(jìn)行評定的，其測試方法見圖。一般用彎曲角度以及彎心直徑與鋼材的厚度或直徑的比值來表示。彎曲角度α越大，而彎心直徑d與鋼材的厚度或直徑的比值越小，表明鋼材的冷彎性能越好，如右圖所示。二、工藝性能(a)試樣安裝(b)彎曲900

(c)彎曲1800(d)彎曲至兩面重合節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能2.可焊性可焊性是指鋼材是否適應(yīng)通常的焊接方法與工藝的性能。在焊接過程中，有于高溫作用，和焊接后的急劇冷卻作用，會使焊縫及附近的過熱區(qū)發(fā)生晶體組織及結(jié)構(gòu)的變化，產(chǎn)生局部變形、內(nèi)應(yīng)力和局部硬脆，降低了焊接質(zhì)量。

鋼的可焊性主要與鋼的化學(xué)成分及其含量有關(guān)。當(dāng)含碳量超過0.3％時，鋼的可焊性變差，特別是硫含量過高，會使焊接處產(chǎn)生熱裂紋并硬脆（熱脆性），其他雜質(zhì)含量多也會降低鋼材的可焊性。采取焊前預(yù)熱以及焊后熱處理的方法，可使可焊性較差的鋼材的焊接質(zhì)量提高。施工中正確地選用焊條及正確的操作均能防止夾入焊渣、氣孔、裂紋等缺陷，提高其焊接質(zhì)量。二、工藝性能節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能鋼是含碳量小于2%的鐵碳合金，碳大于2%時則為鑄鐵。碳素結(jié)構(gòu)鋼由純鐵、碳及雜質(zhì)元素組成，其中純鐵約占99%，碳及雜質(zhì)元素約占1%。低合金結(jié)構(gòu)鋼中，除上述元素外還加入合金元素，后者總量通常不超過3%。除鐵、碳外，鋼材在冶煉過程中會從原料、燃料中引入一些的其它元素?；瘜W(xué)元素對鋼材性能的影響見下表。三、鋼材的化學(xué)成分及其對性質(zhì)的影響化學(xué)元素強(qiáng)度硬度塑性韌性可焊性其他碳（C）＜1%↑↑↑↓↓↓冷脆性↑硅（Si）＞1%↑

↓↓↓↓冷脆性↑錳（Mn）↑↑↑

↑

脫氧、硫劑鈦（Ti）↑↑↑

↓↑

強(qiáng)脫氧劑釩（V）↑↑

時效↓磷（P）↑↑

↓↓↓偏析、冷脆↑↑氮（N）↑↑

↓↓↓↓冷脆性↑硫（S）↑↓

↓熱脆性↑氧（O）↑↓

↓熱脆性↑節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能1.鋼材的冷加工（1）冷拉

將熱軋鋼筋用冷拉設(shè)備進(jìn)行張拉，拉伸至產(chǎn)生一定的塑性變形后，卸去荷載。冷拉參數(shù)的控制直接關(guān)系到冷拉效果和鋼材質(zhì)量。一般鋼筋冷拉僅控制冷拉率，稱為單控，對用作預(yù)應(yīng)力的鋼筋，須采用雙控，即既控制冷拉應(yīng)力，又控制冷拉率。冷拉時當(dāng)拉至控制應(yīng)力時可以未達(dá)控制冷拉率，反之鋼筋則應(yīng)降級使用。鋼筋冷拉后，屈服強(qiáng)度可提高20%～30%，可節(jié)約鋼材10%～20%，鋼材經(jīng)冷拉后屈服階段縮短，伸長率降低，材質(zhì)變硬。（2）冷拔

將直徑為6.5～8mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼的Q235（或Q215）盤條，通過拔絲機(jī)中鎢合金做成的比鋼筋直徑小0.5～1.0mm的冷拔?？?，冷拔成比原直徑小的鋼絲，稱為冷拔低碳鋼絲。如果經(jīng)過多次冷拔，可得規(guī)格更小的鋼絲。冷拔作用比純拉伸的作用強(qiáng)烈，鋼筋不僅受拉，而且同時受到擠壓作用。經(jīng)過一次或多次冷拔后得到的冷拔低碳鋼絲，其屈服點可提高40％～60％，但失去軟鋼的塑性和韌性，而具有硬質(zhì)鋼材的特點。四、鋼材的冷加工及熱處理節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能（3）冷軋

冷軋是將圓鋼在軋鋼機(jī)上軋成斷面形狀規(guī)則的鋼筋，可以提高其強(qiáng)度及與混凝土的粘接力。鋼筋在冷軋時，縱向與橫向同時產(chǎn)生變形，因而能較好地保持其塑性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性。四、鋼材的冷加工及熱處理節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能2.冷加工時效

冷加工后的鋼材，隨著時間的延長，鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與硬度還會進(jìn)一步提高，塑性、韌性繼續(xù)降低的現(xiàn)象稱為時效。時效是一個十分緩慢的過程，有些鋼材即使未有經(jīng)過冷加工，長期擱置后也會出現(xiàn)時效，但不如冷加工后表現(xiàn)明顯。鋼材冷加工后，由于產(chǎn)生塑性變形，使時效大大加快。鋼材冷加工的時效處理有兩種方法。（1）自然時效。將經(jīng)過冷拉的鋼筋在常溫下存放15d～20d，稱為自然時效，它適用于強(qiáng)度較低的鋼材。（2）人工時效。對強(qiáng)度較高的鋼材，自然時效效果不明顯，可將經(jīng)冷加工的鋼材加加熱到100℃～200℃并保持2h～3h，則鋼筋強(qiáng)度將進(jìn)一步提高，這個過程稱為人工時效。它適用于強(qiáng)度較高的鋼筋。

四、鋼材的冷加工及熱處理節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能3.鋼材的熱處理將鋼材按一定規(guī)則加熱、保溫和冷卻處理，以改變其組織，得到所需要的性能的一種工藝過程。鋼材熱處理的方法有以下幾種：（1）退火退火是將鋼材加熱到一定溫度，保溫后緩慢冷卻(隨爐冷卻)的一種熱處理工藝，有低溫退火和完全退火之分。退火的目的是細(xì)化晶粒，改善組織，減少加工中產(chǎn)生的缺陷、減輕晶格畸變，消除內(nèi)應(yīng)力，防止變形、開裂。（2）正火正火是退火的一種特例。正火在空氣中冷卻，兩者僅冷卻速度不同。與退火相比，正火后鋼材的硬度、強(qiáng)度較高，而塑性減小。四、鋼材的冷加工及熱處理節(jié)點二

鋼材的技術(shù)性能（3）淬火淬火是將鋼材加熱到基本組織轉(zhuǎn)變溫度以上(一般為900℃以上)，保溫使組織完全轉(zhuǎn)變，即放入水或油等冷卻介質(zhì)中快速冷卻，使之轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定組織的一種熱處理操作。其目的是得到高強(qiáng)度、高硬度的組織。淬火會使鋼材的塑性和韌性顯著降低。（4）回火

回火是將鋼材加熱到基本組織轉(zhuǎn)變溫度以下(150℃～650℃內(nèi)選定)，保溫后在空氣中冷卻的一種熱處理工藝，通常和淬火是兩道相連的熱處理過程。其目的是促進(jìn)不穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰慕M織，消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，改善機(jī)械性能等。四、鋼材的冷加工及熱處理8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用建筑鋼材可分為鋼結(jié)構(gòu)用型鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋。各種型鋼和鋼筋的性能主要取決于所用鋼種及其加工方式。在建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)所用各種型鋼，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所用的各種鋼筋、鋼絲、錨具等鋼材，基本上都是碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼等鋼種，經(jīng)熱軋或冷拔、熱處理等工藝加工而成。8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用1.牌號及其表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由四個部分組成：屈服點的字母（Q）、屈服點數(shù)值（N／mm2）、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D）、脫氧程度符號（F、b、Z、TZ）。碳素結(jié)構(gòu)鋼的質(zhì)量等級是按鋼中硫、磷含量由多至劃分的，隨A、B、C、D的順序質(zhì)量等級逐級提高。當(dāng)為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼時，則牌號表示“Z”與“TZ”符號可予以省略。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國碳素結(jié)構(gòu)鋼分四個牌號，即Q195、Q215、Q235和Q275。例如Q235—A?F，它表示：屈服點為235N／mm2的平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的A級沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。一、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用2.技術(shù)要求按照《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T700－2006）規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼的拉伸性能和沖擊試驗應(yīng)符合表8-4的規(guī)定，冷彎試驗應(yīng)符合表8-5的規(guī)定（表格內(nèi)容見課本）。從表中可以看出，碳素結(jié)構(gòu)鋼隨著牌號的增大，其含碳量和含錳量增加，強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性下降，冷彎性能逐漸變差。一、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用3.特性與用途建筑工程中常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號為Q235，由于該牌號鋼既具有較高的強(qiáng)度，又具有較好的塑性和韌性，可焊性也好，故能較好地滿足一般鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的用鋼要求。Q235號鋼冶煉方便，成本較低，故在建筑中應(yīng)用廣泛。由于塑性好，在結(jié)構(gòu)中能保證在超載、沖擊、焊接、溫度應(yīng)力等不利條件下的安全；并適于各種加工，大量被用作軋制各種型鋼、鋼板及鋼筋。其力學(xué)性能穩(wěn)定，對軋制、加熱、急劇冷卻時的敏感性較小。其中Q235－A級鋼，一般僅適用于承受靜荷載作用的結(jié)構(gòu)，Q235－C和D級鋼可用于重要焊接的結(jié)構(gòu)。另外，由于Q235－D級鋼含有足夠的形成細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的元素，同時對硫、磷有害元素控制嚴(yán)格，故其沖擊韌性很好，具有較強(qiáng)的抗沖擊、振動荷載的能力，尤其適宜在較低溫度下使用。Q195和Q215號碳素結(jié)構(gòu)鋼，雖塑性很好，但強(qiáng)度太低；Q275號鋼，強(qiáng)度很高，但塑性較差，可焊性亦差。Q195和Q215號鋼常用作生產(chǎn)一般使用的鋼釘、鉚釘、螺栓及鐵絲等；Q275號鋼多用于生產(chǎn)機(jī)械零件和工具等。一、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是含碳小于0.8%的碳素鋼，其所含的硫、磷及非金屬夾雜物比碳素結(jié)構(gòu)鋼少，機(jī)械性能較為優(yōu)良。1.牌號及其表示方法鋼中除含有碳（C）元素和為脫氧而含有一定量硅（Si）（一般不超過0.40%）、錳（Mn）（一般不超過0.80%，較高可到1.20%）合金元素外，不含其他合金元素（殘余元素除外）。此類鋼必須同時保證化學(xué)成分和力學(xué)性能。其硫（S）、磷（P）雜質(zhì)元素含量一般控制在0.035%以下。若控制在0.030%以下者為高級優(yōu)質(zhì)鋼，其牌號后面應(yīng)加“A”，例如20A；若P控制在0.025%以下、S控制在0.020%以下時，稱特級優(yōu)質(zhì)鋼，其牌號后面應(yīng)加“E”以示區(qū)別。《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T699－2015）共有31個牌號。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，即是鋼中平均含碳量的萬分位數(shù)。表示方法以平均含碳量、錳含量標(biāo)注、脫氧程度符號組合而成。如牌號為10F的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼表示平均含碳量為0.10%的沸騰鋼；牌號為45Mn表示平均含碳量0.45%、較高含錳量的鎮(zhèn)靜鋼。二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用2.技術(shù)要求優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是依靠調(diào)整含碳（C）量來改善鋼的力學(xué)性能，因此，根據(jù)含碳量的高低分為：低碳鋼——含碳量一般小于0.25%，包括：05F、08F、08、10F、10、15F、15、20F、20、25、20Mn、25Mn等；中碳鋼——含碳量一般在0.25～0.60%之間，包括：30、35、40、45、50、55、60、30Mn、40Mn、50Mn、60Mn等；高碳鋼——含碳量一般大于0.60%，65、70、65Mn等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中08、10、15、20、25等牌號的鋼塑性好，易于拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接。30、35、40、45、50、55等牌號鋼，其強(qiáng)度和硬度較前提高，淬火后的硬度可顯著增加。其中，以45鋼最為典型，它不僅強(qiáng)度、硬度較高，且兼有較好的塑性和韌性，即綜合性能優(yōu)良。60、65、70、75等牌號鋼經(jīng)過淬火、回火后不僅強(qiáng)度、硬度提高，且彈性優(yōu)良。

二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用3.應(yīng)用建筑工程中，30－45號鋼主要用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件高強(qiáng)度螺栓等；45號鋼用作預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土錨具；65－80號鋼用于生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用鋼絲和鋼絞線。

二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，添加少量的一種或多種合金元素（總含量＜5%）的一種結(jié)構(gòu)鋼。其目的是提高鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性與耐低溫性等。因而它是綜合性較為理想的建筑鋼材，在大跨度、承重動荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)中更適用。此外，與使用碳素鋼相比，可以節(jié)約鋼材20%－30%。1.牌號及其表示方法

《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591－2018）規(guī)定，我國低合金結(jié)構(gòu)鋼共有8個牌號，所加元素主要有錳、硅、釩、鈦、鈮、鉻、鎳及稀土元素。其牌號的表示由屈服點字母Q、規(guī)定的最小上屈服強(qiáng)度數(shù)值、交貨狀態(tài)代號和質(zhì)量等級符號（B、C、D、E、F）四部分組成。交貨狀態(tài)為熱軋時，交貨狀態(tài)代號AR或WAR可省略，交貨狀態(tài)為正火或正火軋制狀態(tài)時，交貨狀態(tài)代號均用N表示。例如Q355ND表示屈服強(qiáng)度數(shù)值不小于355Mpa的正火軋制D級低合金結(jié)構(gòu)鋼。當(dāng)需方要求鋼板具有厚度方向性能時，則在上述規(guī)定的牌號后加上代表厚度方向（Z向）性能級別的符號，如Q355NDZ25。三、低合金結(jié)構(gòu)鋼8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用2.技術(shù)要求《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591－2018）規(guī)定，熱軋鋼材的拉伸性能應(yīng)符合表8-6和表8-7的規(guī)定；工藝性能符合表8-8的規(guī)定（表格內(nèi)容見課本）。3.應(yīng)用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，具有較高的強(qiáng)度，綜合性能好，所以在相同使用條件下，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。同時還具有良好的塑性、韌性、可焊性、耐磨性、耐蝕性、耐低溫性等性能，具有良好的可焊性及冷加工性，易于加工與施工。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼主要用于軋制各種型鋼（角鋼、槽鋼、工字鋼）、鋼板、鋼管及鋼筋，廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別適用于各種重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)及橋梁工程等，尤其對用于大跨度和大柱網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果更為顯著。三、低合金結(jié)構(gòu)鋼8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用1.鋼材的驗收鋼材的驗收按批次檢查驗收，驗收主要內(nèi)容如下：（1）鋼材的數(shù)量和品種是否與訂貨單符合；（2）鋼材表面質(zhì)量檢驗。鋼材表面不允許有結(jié)疤、裂紋、折疊和分層、油污等缺陷。（3）鋼材的質(zhì)量保證書是否與鋼材上打印的記號相符合：每批鋼材必須具備生產(chǎn)廠家提供的材質(zhì)證明書，寫明鋼材的爐號、鋼號、化學(xué)成分和機(jī)械性能等，根據(jù)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)核對鋼材的各項指標(biāo)。（4）按國家標(biāo)準(zhǔn)按批次抽取試樣檢測鋼材的力學(xué)性能。同一級別、種類，同一規(guī)格、批號、批次不大于60t為一檢驗批（不足60t也為一檢驗批），取樣方法應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

四、鋼材的驗收與儲運8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用2.鋼材的儲運（1）運輸鋼材在運輸中要求不同鋼號、爐號、規(guī)格的鋼材分別裝卸，以免混亂。裝卸中鋼材不許摔擲，以免破壞。在運輸過程中，其一端不能懸空及伸出車身的外邊。另外，裝車時要注意荷重限制，不許超過規(guī)定，并須注意裝載負(fù)荷的均衡。（2）堆放鋼材的堆放要減少鋼材的變形和銹蝕，節(jié)約用地，且便于提取鋼材。1）鋼材應(yīng)按不同的鋼號、爐號、規(guī)格、長度等分別堆放；2）堆放在有頂棚的倉庫時，可直接堆放在草坪上（下墊楞木），對小鋼材亦可放在架子上，堆與堆之間應(yīng)留出走道；堆放時每隔5～6層放置楞木。其間距以不引起鋼材明顯的彎曲變形為宜。楞木要上下對齊，在同一垂直平面內(nèi)；3）露天堆放時，應(yīng)加上簡易的篷蓋，或選擇較高的堆放場地，四周有排水溝。堆放時盡量使鋼材截面的背面向上或向外，以免積雪、積水；4）為增加堆放鋼材的穩(wěn)定性，可是鋼材互相勾連，或采用其他措施。標(biāo)牌應(yīng)標(biāo)明鋼材的規(guī)格、剛好、數(shù)量和材質(zhì)驗收證明書號。并在鋼材端部根據(jù)其鋼號涂以不同顏色的油漆；5）鋼材的標(biāo)牌應(yīng)定期檢查。選用鋼材時，要按順序?qū)ふ?，不?zhǔn)亂翻；6）完整的鋼材與已有銹蝕的鋼材應(yīng)分別堆放。凡是已經(jīng)銹蝕者，應(yīng)撿出另放，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。四、鋼材的驗收與儲運8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用1.熱軋光圓鋼筋熱軋光圓鋼筋，橫截面為圓形，表面光圓，國家標(biāo)準(zhǔn)推薦的鋼筋公稱直徑有6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、20mm六種。熱軋光圓鋼筋用鋼以氧氣轉(zhuǎn)爐、電爐冶煉，按屈服強(qiáng)度值分為300一個級別。熱軋光圓鋼筋的牌號表示方法見表8－9（表格見課本）。其屈服強(qiáng)度ReL、抗拉強(qiáng)度Rm、斷后伸長率A、最大力總伸長率Agt等力學(xué)性能特征值應(yīng)符合表8－10的規(guī)定，冷彎試驗時受彎曲部位外表面不得產(chǎn)生裂紋。熱軋光圓鋼筋的強(qiáng)度較低，但塑性及焊接性能很好，便于各種冷加工，故廣泛用于普通鋼筋混凝土構(gòu)件的受力筋及各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造筋。五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常用鋼筋8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用2.熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋通常為圓形橫截面，且表面通常帶有兩條縱肋和沿長度方向均勻分布的橫肋。熱軋帶肋鋼筋按屈服強(qiáng)度值分為400、500、600三個等級，其牌號由HRB和規(guī)定屈服強(qiáng)度構(gòu)成。熱軋帶肋鋼筋牌號的構(gòu)成及其含義見表8－11。其技術(shù)要求，主要有化學(xué)成分、力學(xué)性能和工藝性能。力學(xué)性能及工藝性能分別符合表8－12、8－13的規(guī)定。熱軋帶肋鋼筋的工藝性能，按表8－13中最右邊一欄規(guī)定的彎心直徑彎曲180°后，鋼筋受彎曲部位外表面不得產(chǎn)生裂紋。根據(jù)需方要求，鋼筋還可以作反向彎曲試驗，彎心直徑比彎曲試驗相應(yīng)增加一個鋼筋公稱直徑，先正向彎曲90°后再反向彎曲20°。兩個彎曲角度均應(yīng)在去載之前測量。經(jīng)反向彎曲試驗后，鋼筋受彎曲部位表面不得產(chǎn)生裂紋。（表格見課本）熱軋帶肋鋼筋中的HRB400和HRB500的強(qiáng)度較高，塑性和焊接性能也較好，廣泛用作大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。HRB600帶肋鋼筋強(qiáng)度高，但塑性和焊接性較差，適宜作預(yù)應(yīng)力鋼筋使用。五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常用鋼筋8.4鋼材的防火與防銹8.4鋼材的防火與防銹鋼材是一種不會燃燒的建筑材料，但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機(jī)械性能，如屈服點、抗拉強(qiáng)度及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。鋼結(jié)構(gòu)通常在450～650℃溫度中就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，結(jié)構(gòu)因過大的形變而不能繼續(xù)使用，一般不加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為15分鐘左右。這一時間的長短還與構(gòu)件吸熱的速度有關(guān)。要使鋼結(jié)構(gòu)材料在實際應(yīng)用中克服防火方面的不足，必須進(jìn)行防火處理。鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施按原理分為兩類：一是阻熱法，二是水冷卻法。一、鋼材的防火8.4鋼材的防火與防銹1.阻熱法阻熱法根據(jù)防火涂料阻熱和包封材料阻熱，分為噴涂法和包封法。噴涂法通過涂覆或噴灑防火涂料把構(gòu)件保護(hù)起來，包封法又可分為空心包封法和實心包封法?？招陌夥ㄒ话悴捎梅阑鸢寤蚰突鸫u，沿鋼構(gòu)件的外圍邊界將鋼構(gòu)件包裹起來；實心包封法一般通過澆筑混凝土將鋼構(gòu)件包裹起來，完全封閉鋼構(gòu)件。2.水冷卻法水冷卻法包括水淋冷卻法和充水冷卻法。水淋冷卻法是在鋼結(jié)構(gòu)上部布置自動或手動噴淋系統(tǒng)，發(fā)生火災(zāi)時，啟動噴淋系統(tǒng)，在鋼結(jié)構(gòu)表面形成一層連續(xù)的水膜，火焰蔓延到鋼結(jié)構(gòu)表面時，水分蒸發(fā)帶走熱量，延緩鋼結(jié)構(gòu)建筑達(dá)到其界限溫度。充水冷卻法是在空心鋼構(gòu)件內(nèi)充水，通過水在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的循環(huán)，吸收鋼材本身受熱的熱量，從而使鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中能保持較低的溫度，不會因升溫過高而喪失承載能力。一、鋼材的防火8.4鋼材的防火與防銹鋼材的銹蝕是指鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象。根據(jù)鋼材與環(huán)境介質(zhì)作用的機(jī)理，銹蝕可分為化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕兩種?；瘜W(xué)銹蝕是指鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的銹蝕，這種銹蝕多數(shù)是氧化作用，使鋼材的表面形成疏松的氧化物；電化學(xué)銹蝕是指鋼材與電解質(zhì)溶液接觸而產(chǎn)生電流，形成微電池而引起的銹蝕，是鋼材在存放和使用過程中發(fā)生銹蝕的主要形式。防止鋼材銹蝕的措施主要有以下幾種：1.表面刷漆

表面刷漆是鋼結(jié)構(gòu)防止銹蝕的常用方法。刷漆通常有底漆、中間漆和面漆三道。底漆要求有較好的附著力和防銹能力，常用的有紅丹、環(huán)氧富鋅漆、云母氧化鐵和鐵紅環(huán)氧底漆等。一、鋼材的防銹8.4鋼材的防火與防銹2.表面鍍金屬

用耐腐蝕性好的金屬，以電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材的表面，提高鋼材的耐腐蝕能力。常用的方法有鍍鋅(如白鐵皮)、鍍錫(如馬口鐵)、鍍銅和鍍鉻等。3.采用耐候鋼

耐候鋼是在碳素鋼和低合金鋼中加入少量的銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。耐候鋼既有致密的表面防腐保護(hù)，又有良好的焊接性能，其強(qiáng)度級別與常用碳素鋼和低合金鋼一致，技術(shù)指標(biāo)相近。一、鋼材的防銹8.5鋼結(jié)構(gòu)專用型鋼8.5鋼結(jié)構(gòu)專用型鋼熱軋型鋼主要采用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235－A，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345和Q390熱軋成型。常用的熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼、T型鋼、H型鋼、Z型鋼等，如下圖所示。一、熱軋型鋼（a）

等邊角鋼

（b）

不等邊角鋼

（c）

工字鋼

（d）

槽鋼

（e）H型鋼8.5鋼結(jié)構(gòu)型鋼1.熱軋普通工字鋼工字鋼是截面為工字型、腿部內(nèi)側(cè)有1﹕6斜度的長條鋼材，其規(guī)格以“腰高度×腿寬度×腰厚度”（mm）表示，也可用“腰高度#”（cm）表示；規(guī)格范圍為10#－63#。若同一腰高的工字鋼，有幾種不同的腿寬和腰厚，則在其后標(biāo)注a、b、c表示相應(yīng)規(guī)格。工字鋼廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)和橋梁，主要用于承受橫向彎曲（腹板平面內(nèi)受彎）的桿件，但不易單獨用作軸心受壓構(gòu)件或雙向彎曲的構(gòu)件。一、熱軋型鋼8.5鋼結(jié)構(gòu)型鋼2.熱軋H型鋼H型鋼由工字型鋼發(fā)展而來，優(yōu)化了截面的分布。與工字型鋼相比，H型鋼具有翼緣寬，側(cè)向剛度大，抗彎能力強(qiáng)，翼緣兩表面相互平行、連接構(gòu)造方便，重量輕、節(jié)省鋼材等優(yōu)點。H型鋼分為寬翼緣（代號為HW）、中翼緣（代號為HM）和窄翼緣H型鋼（HN）以及H型鋼樁（HP）。寬翼緣和中翼緣H型鋼適用于鋼柱等軸心受壓構(gòu)件，窄翼緣H型鋼適用于鋼梁等受彎構(gòu)件。H型鋼的規(guī)格型號以“代號腹板高度×翼板寬度×腹板厚度×翼板厚度”（mm）表示，也可用“代號

腹板高度×翼板寬度”表示。H型鋼截面形狀經(jīng)濟(jì)合理，力學(xué)性能好，常用于要求承載力大、截面穩(wěn)定性好的大型建筑（如高層建筑）的梁、柱等構(gòu)件。

一、熱軋型鋼8.5鋼結(jié)構(gòu)型鋼3.熱軋普通槽鋼槽鋼是截面為凹槽形、腿部內(nèi)側(cè)有1﹕10斜度的長條鋼材。規(guī)格以“腰高度×腿寬度×腰厚度”（mm）或“腰高度#“（cm）來表示。同一腰高的槽鋼，若有幾種不同的腿寬和腰厚，則在其后標(biāo)注a、b、c表示該腰高度下的相應(yīng)規(guī)格。槽鋼主要用于承受軸向力的桿件、承受橫向彎曲的梁以及聯(lián)系桿件，主要用于建筑鋼結(jié)構(gòu)、車輛制造等。一、熱軋型鋼8.5鋼結(jié)構(gòu)型鋼4.熱軋等邊角鋼、熱軋不等邊角鋼角鋼是兩邊互相垂直成直角形的長條鋼材。主要用作承受軸向力的桿件和支撐桿件，也可作為受力構(gòu)件之間的連接零件。等邊角鋼的兩個邊寬相等。規(guī)格以“邊寬度×邊寬度×厚度”（mm）或“邊寬#”（cm）表示。規(guī)格范圍為20×20×（3－4）－200×200×（14－24）。不等邊角鋼的兩個邊不相等。規(guī)格以“長邊寬度×短邊寬度×厚度”（mm）或“長邊寬度/短邊寬度”（cm）表示。規(guī)格范圍為25×16×（3－4）－200×125×（12－18）。一、熱軋型鋼8.5鋼結(jié)構(gòu)型鋼冷彎薄壁型鋼指用鋼板或帶鋼在常溫下彎曲成的各種斷面形狀的成品鋼材。冷彎型鋼是一種經(jīng)濟(jì)的截面輕型薄壁鋼材，也稱為鋼質(zhì)冷彎型材或冷彎型材。其截面各部分厚度相同，在各轉(zhuǎn)角處均呈圓弧形。冷彎薄壁型鋼的類型有C型鋼、U型鋼、Z型鋼、帶鋼、鍍鋅帶鋼、鍍鋅卷板、鍍鋅C型鋼、鍍鋅U型鋼、鍍鋅Z型鋼。冷彎薄壁型鋼的表示方法與熱軋型鋼相同。冷彎型鋼作為承重結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、配件等在輕鋼房屋中也大量應(yīng)用。在房屋建筑中，冷彎型鋼可用作鋼架、桁架、梁、柱等主要承重構(gòu)件，也被用作屋面檁條、墻架梁柱、龍骨、門窗、屋面板、墻面板、樓板等次要構(gòu)件和圍護(hù)結(jié)構(gòu)。冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件通常有檁條、墻梁、剛架等。二、冷彎薄壁型鋼8.5鋼結(jié)構(gòu)型鋼1.鋼板鋼板是用碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)熱軋或冷軋生產(chǎn)的扁平鋼材。按軋制方式可分為熱軋鋼板和冷軋鋼板。表示方法：寬度×厚度×長度（mm）。厚度大于4mm以上為厚板；厚度小于或等于4mm的為薄板。熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼厚板，是鋼結(jié)構(gòu)的主要用鋼材。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼厚板，用于重型結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁和高壓容器等。薄板用于屋面、墻面或軋型板原料等。在鋼結(jié)構(gòu)中，單塊鋼板不能獨立工作，必須用幾塊板組合成工字型、箱型等結(jié)構(gòu)來承受荷載。三、板材8.5鋼結(jié)構(gòu)型鋼2.壓型鋼板是用薄板經(jīng)冷軋成波形、U形、V形等形狀，如右圖所示。壓型鋼板有涂層、鍍鋅、防腐等薄板。壓型鋼板具有單位質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、施工快、外形美觀等優(yōu)點。主要用于維護(hù)結(jié)構(gòu)、樓板、屋面板和裝飾板等。三、板材壓型鋼板3.花紋鋼板表面壓有防滑凸紋的鋼板，主要用于平臺、過道及樓梯等的鋪板。鋼板的基本厚度為2.5mm－8.0mm，寬度為600mm－1800mm，長度為2000mm－12000mm。8.5鋼結(jié)構(gòu)型鋼4.彩色涂層鋼板彩色涂層鋼板是以冷軋鋼板，電鍍鋅鋼板、熱鍍鋅鋼板或鍍鋁鋅鋼板為基板經(jīng)過表面脫脂、磷化、絡(luò)酸鹽處理后，涂上有機(jī)涂料經(jīng)烘烤而制成的產(chǎn)品。彩色涂層鋼板的常用涂料是聚酯（PE）、其次還有硅改性樹脂（SMP）、高耐候聚酯（HDP）、聚偏氟乙烯（PVDF）等，涂層結(jié)構(gòu)分二涂一烘和二涂二烘，涂層厚度一般在表面20μm－25μm，背面8μm－10μm，建筑外用不應(yīng)該低于表面20μm，背面10μm。彩色涂層可以防止鋼板生銹，使鋼板使用壽命長于鍍鋅鋼板。按用途分：建筑外用（JW）、建筑內(nèi)用（JN）和家用電器（JD）。按表面狀態(tài)分為涂層板（TC），印花板（YH），壓滑板（YaH）。彩色涂層鋼板的標(biāo)記方式為：鋼板

用途代號—表面狀態(tài)代號—涂料代號—基材代號—板厚×板寬×板長。涂層鋼板具有輕質(zhì)、美觀和良好的防腐蝕性能，可直接加工，給建筑業(yè)、造船業(yè)、車輛制造業(yè)、家具行業(yè)、電氣行業(yè)等提供了一種新型原材料，起到了以鋼代木、高效施工、節(jié)約能源、防止污染等良好效果。三、板材8.6建筑鋼材試驗8.6建筑鋼材試驗1.試驗?zāi)康臏y定低碳鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與伸長率。注意觀察拉力與變形之間的變化。確定應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系曲線，評定鋼筋的強(qiáng)度等級。2.主要儀器設(shè)備

（1）萬能材料試驗機(jī)。為保證機(jī)器安全和試驗準(zhǔn)確，其噸位選擇最好是使試件達(dá)到最大荷載時，指針位于指示度盤第三象限內(nèi)，試驗機(jī)的測力示值誤差不大于1%。（2）游標(biāo)卡尺（精確度為0.1mm）、直鋼尺、兩腳扎規(guī)、打點機(jī)等。3.試件制作和準(zhǔn)備

（1）8~40mm直徑的鋼筋試件一般不經(jīng)車削。

（2）如果受試驗機(jī)噸位的限制，直徑為22~40mm的鋼筋可制成車削加工試件。

（3）在試件表面用鋼筋劃一平行其軸線的直線，在直線上沖淺眼或劃線標(biāo)出標(biāo)距端點（標(biāo)點），并沿標(biāo)距長度用油漆劃出10等分點的分格標(biāo)點。

（4）測量標(biāo)距長度L0（精確至0.1mm）。一、鋼筋拉伸性能試驗8.6建筑鋼材試驗4.檢測步驟(1)調(diào)整試驗機(jī)刻度盤的指針，對準(zhǔn)零點，撥動副指針與主指針重疊。(2)將試件固定在試驗機(jī)夾頭內(nèi)，開動試驗機(jī)進(jìn)行拉伸，拉伸速度為