建筑鋼材

第一節(jié)鋼材的分類1.按化學(xué)成分分類（１）碳素鋼carbonsteel碳素鋼的化學(xué)成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵一碳合金。其含碳量為0.02％～0.06％。此外尚含有極少量的硅、錳和微量的硫、磷等元素。碳素鋼按含碳量又可分為：低碳鋼（含碳量小于0.25％）、中碳鋼（含碳量為0.25％～0.60％）高碳鋼（含碳量大于0.60％）（２）合金鋼

alloysteel是指在煉鋼過(guò)程中，有意識(shí)地加入一種或多種能改善鋼材性能的合金元素而制得的鋼種。常用合金元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻等。按合金元素總含量的不同，合金鋼可分為低合金鋼（合金元素總含量小于５％）中合金鋼（合金元素總含量為５％～10％）高合金鋼（合金元素總含量大于10％）。2.按冶煉時(shí)脫氧程度分類（1）鎮(zhèn)靜鋼deadmelted煉鋼時(shí)采用錳鐵、硅鐵和鋁錠等作脫氧劑，脫氧完全，且同時(shí)能起去硫作用。這種鋼水鑄錠時(shí)能平靜地充滿錠模并冷卻凝固，故稱鎮(zhèn)靜鋼，代號(hào)為“Ｚ”。鎮(zhèn)靜鋼雖成本較高，但其組織致密，成分均勻，性能穩(wěn)定，故質(zhì)量好。適用于預(yù)應(yīng)力混凝土等重要的結(jié)構(gòu)工程。（2）沸騰鋼boilingsteel

煉鋼時(shí)僅加入錳鐵進(jìn)行脫氧，則脫氧不完全。這種鋼水澆入錠模時(shí)，會(huì)有大量的ＣＯ氣體從鋼水中外逸，引起鋼水呈沸騰狀，故稱沸騰鋼，代號(hào)為“Ｆ“。沸騰鋼組織不夠致密，成分不太均勻，硫、磷等雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重，故質(zhì)量較差。但因其成本低、產(chǎn)量高，故被廣泛用于一般建筑工程。（３）半鎮(zhèn)靜鋼semirimmingsteel

脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，為質(zhì)量較好的鋼，其代號(hào)為“ｂ”。（４）特殊鎮(zhèn)靜鋼。比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，故其質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程，代號(hào)為“TZ”。3.按有害雜質(zhì)含量分類

接鋼中有害雜質(zhì)磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，鋼材可分為以下四類：

（１）普通鋼。磷含量不大于0.045％；硫含量不大于0.050%。

（２）優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。

（３）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。

（４）特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。4．按用途分類鋼材按用途不同可分為結(jié)構(gòu)鋼（主要用于工程構(gòu)件及機(jī)械零件）、工具鋼（主要用于各種刀具、量具急磨具）、特殊鋼（如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等，一般為合金鋼）。5．按冶煉方法分類分為平爐鋼（浪費(fèi)能源）；轉(zhuǎn)爐鋼（品質(zhì)差，碳中有雜質(zhì)）；電爐鋼（成本高）。建筑上常用的鋼種是普通碳素鋼中的低碳鋼和普通合金鋼中的低合金鋼。第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、力學(xué)性能1.抗拉性能抗拉性能是建筑鋼材最重要的技術(shù)性質(zhì)。其技術(shù)指標(biāo)為由拉力試驗(yàn)測(cè)定的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。低碳鋼（軟鋼）受拉的應(yīng)力一應(yīng)變圖能夠較好地解釋這些重要的技術(shù)指標(biāo)，見(jiàn)圖2－１.低碳鋼受拉時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變圖（１）屈服點(diǎn)yieldpoint：當(dāng)試件拉力在ＯＢ范圍內(nèi)時(shí)，如卸去拉力，試件能恢復(fù)原狀，應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù)，因此，該階段被稱為彈性階段。當(dāng)對(duì)試件的拉伸進(jìn)入塑性變形的屈服階段ＢＣ時(shí)，稱屈服下限Ｃ下所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)，記做σs。設(shè)計(jì)時(shí)一般以σs作為強(qiáng)度取值的依據(jù)。對(duì)屈服現(xiàn)象不明顯的鋼材，規(guī)定以0.2％殘余變形時(shí)的應(yīng)力σ0.2作為屈服強(qiáng)度。（２）抗拉強(qiáng)度：從圖2－１中ＣＤ曲線逐步上升可以看出：試件在屈服階段以后，其抵抗塑性變形的能力又重新提高，稱為強(qiáng)化階段。對(duì)應(yīng)于最高點(diǎn)Ｄ的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用σb表示。設(shè)計(jì)中抗拉強(qiáng)度雖然不能利用，但屈強(qiáng)比σs／σb有一定意義。屈強(qiáng)比愈小，反映鋼材受力超過(guò)屈服點(diǎn)工作時(shí)的可靠性愈大，因而結(jié)構(gòu)的安全性愈高。但屈強(qiáng)比太小，則反映鋼材不能有效地被利用。(3)伸長(zhǎng)率extensibility：圖2－１中當(dāng)曲線到達(dá)Ｄ點(diǎn)后，試件薄弱處急劇縮小，塑性變形迅速增加，產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”而斷裂。鋼材的伸長(zhǎng)率為鋼材試件拉斷后的伸長(zhǎng)值與原標(biāo)距長(zhǎng)度之比，用δ表示。2．沖擊韌性impacthardness沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載作用的能力，通常用沖擊韌性值αk來(lái)衡量。

αk越大，鋼材的沖擊韌性越好，抵抗沖擊作用的能力越強(qiáng)。3．耐疲勞性鋼材在交變（數(shù)值和方向都有變化）荷載的反復(fù)作用下，往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于其抗拉強(qiáng)度時(shí)破壞，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。疲勞破壞的危險(xiǎn)應(yīng)力用疲勞極限來(lái)表示，疲勞極限是指疲勞試驗(yàn)中試件在交變應(yīng)力作用下，在規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。二、工藝性能1.冷彎性能冷彎性能是指鋼材在常溫下承受一定彎曲程度而不破壞的能力。

2.焊接性能焊接是把兩塊金屬局部加熱并使其接縫部分迅速呈熔融或半熔融狀態(tài)，從而使之牢固地聯(lián)接起來(lái)。焊接性能（又稱可焊性）指鋼材在通常的焊接方法與工藝條件下獲得良好焊接接頭的性能。可焊性好的鋼材易于用一般焊接方法和工藝施焊，焊接時(shí)不易形成裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，焊接接頭牢固可靠，焊縫及其附近受熱影響區(qū)的性能不低于母材的力學(xué)性能。三、鋼材的冷加工和熱處理1.鋼材的冷加工將鋼材在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔或冷軋，使產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強(qiáng)度，這個(gè)過(guò)程稱為鋼材的冷加工強(qiáng)化。將經(jīng)過(guò)冷拉的鋼筋于常溫下存放15～20ｄ，或加熱到100～200°Ｃ并保持一段時(shí)間，這個(gè)過(guò)程稱為時(shí)效處理。前者稱為自然時(shí)效，后者稱為人工時(shí)效。2.鋼材的熱處理(１)淬火。將鋼材加熱至723℃（相變溫度）以上某一溫度，并保持一定時(shí)間后，迅速置于水中或機(jī)油中冷卻，這個(gè)過(guò)程稱鋼材的淬火處理。鋼材經(jīng)淬火后，強(qiáng)度和硬度提高，脆性增大，塑性和韌性。(２)回火。將淬火后的鋼材重新加熱到723℃以下某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間后再緩慢地或較快地冷卻至室溫，這一過(guò)程稱為回火處理。（３）退火。退火是指將鋼材加熱至723℃以上某一溫度，保持相當(dāng)時(shí)間后，在退火爐中緩慢冷卻。退火能消除鋼材中的內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，均勻組織，使鋼材硬度降低，塑性和韌性提高。（４）正火。是將鋼材加熱到723℃以上某一溫度，并保持相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，然后在空氣中緩慢冷卻，則可得到均勻細(xì)小的顯微組織。鋼材正火后強(qiáng)度和硬度提高，塑性較退火為小。第三節(jié)建筑工程中常用鋼材一、建筑工程中的主要鋼種（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼carbonconstructionsteel1.牌號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼以屈服點(diǎn)等級(jí)為主，劃分成五個(gè)牌號(hào)，其表示方法為：屈服點(diǎn)等級(jí)—質(zhì)量等級(jí)·脫氧程度屈服點(diǎn)等級(jí)：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275（Q表示屈服點(diǎn)，數(shù)值為屈服強(qiáng)度值）。質(zhì)量等級(jí)：按沖擊韌性劃分如下：C級(jí)—要求0℃沖擊韌性；D級(jí)—要求-20℃沖擊韌性。A級(jí)—不要求沖擊韌性；B級(jí)—要求+20℃沖擊韌性；C級(jí)—要求0℃沖擊韌性；

D級(jí)—要求-20℃沖擊韌性。脫氧程度：F（沸騰鋼）、b（半沸騰鋼）、Z（鎮(zhèn)靜鋼）、TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）。2.用途Q195鋼：主要用于軋制薄板和盤(pán)條等。Q215鋼：用途與195鋼基本相同，還大量用做管坯、螺栓等。Q235鋼：大量制作成鋼筋、型鋼和鋼板用于建造房屋和橋梁等。Q255鋼：用做鉚接或栓接結(jié)構(gòu)，以及鋼筋混凝土的配筋。Q275鋼：用于制造軸類、農(nóng)具、耐磨零件和墊板等。1—試驗(yàn)錨具；2—1號(hào)加荷載用千斤頂；3—荷載傳感器；4—承力臺(tái)座；5—預(yù)應(yīng)力筋；6—試驗(yàn)錨具；7—2號(hào)加荷載用千斤頂（施工用型號(hào)）；8—工具錨；9—測(cè)量總應(yīng)變的裝置先張拉后錨固式預(yù)應(yīng)力筋-連接器組裝件靜載試驗(yàn)裝(二)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼大部分為鎮(zhèn)靜鋼，對(duì)有害雜質(zhì)含量控制嚴(yán)格，質(zhì)量穩(wěn)定，綜合性能好，但成本較高。優(yōu)質(zhì)碳素鋼分為普通含錳量（0.35%～0.80%）和較高含錳量（0.70%～1.20%）兩大組。（三）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是一種在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上添加總量小于5%合金元素的鋼材，具有強(qiáng)度高、塑性和低溫沖擊韌性好、耐銹蝕等特點(diǎn)。

1.牌號(hào)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼以屈服點(diǎn)等級(jí)為主，劃分為五個(gè)牌號(hào)，其表示方法為：屈服點(diǎn)等級(jí)—質(zhì)量等級(jí)屈服點(diǎn)等級(jí)：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。質(zhì)量等級(jí)：E、D、C、B、A（E級(jí)要求-40℃沖擊韌性）16或25錳硅礬，16或25是含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，錳硅礬是主要合金元素。2.技術(shù)性能與應(yīng)用由于合金元素的強(qiáng)化作用，使低合金結(jié)構(gòu)鋼不但具有較高的強(qiáng)度，且具有較好的塑性、韌性和可焊性。Q345鋼的綜合性能較好，是鋼結(jié)構(gòu)的常用牌號(hào)，Q390也是推薦使用的牌號(hào)。與碳素鋼Q235相比，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345的強(qiáng)度和承載力更高，并具有良好的承受動(dòng)荷載和耐疲勞性能，但價(jià)格稍高，用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼代替碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235可節(jié)約鋼材15%～25%，并減輕結(jié)構(gòu)的自重。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是大型結(jié)構(gòu)、重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、橋梁工程、承受動(dòng)力荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)。（四）鋼的選用對(duì)于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材，宜采用B、C、D等級(jí)的Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼和B、C、D、E等級(jí)的Q345低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。Q235沸騰鋼不宜用于下列承重結(jié)構(gòu)：重級(jí)工作制焊接結(jié)構(gòu)，痛擊工作溫度≤-20℃的輕、中級(jí)工作制焊接結(jié)構(gòu)和重級(jí)工作制的非焊接結(jié)構(gòu)，冬季工作溫度≤-30℃的其它承重結(jié)構(gòu)。二、鋼筋混凝土用鋼材（一）熱軋鋼筋hotrooledsheet熱軋鋼筋是經(jīng)熱軋成型并自然冷卻的成品鋼筋，按外形可分為光圓和帶肋兩種。

月牙；肋鋼筋外形和截面鋼筋混凝土中所用的國(guó)產(chǎn)熱軋鋼筋按屈服點(diǎn)分為四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，分別為：HPB235、HRB335、HRB400和RRB400。規(guī)格有6、8、10、12、14、16、18、20、22、25，28、30、32～40（不常用了）。Φ為光面鋼，Φ為螺紋鋼。1.HPB235級(jí)熱軋鋼筋由普通碳素Q235鋼熱軋而成的光面鋼筋。主要用于鋼筋混凝土板和小型構(gòu)件的受力鋼筋以及各種構(gòu)件的構(gòu)造鋼筋。2.HRB335級(jí)熱軋鋼筋由20MnSi低合金鋼熱軋而成的帶肋鋼筋，表面形狀通常為月牙形。主要用于大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋以及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋。

3.HRB400級(jí)熱軋鋼筋由20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi低合金鋼熱軋而成的帶肋鋼筋，外形為月牙形。主要用于大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力鋼筋。4.RRB400級(jí)熱軋鋼筋由20MnSi低合金鋼經(jīng)熱軋后，快速冷卻，再利用余熱進(jìn)行回火而成的變形鋼筋。（二）冷加工鋼筋1.冷拉鋼筋2.冷拔低碳鋼絲3.冷扎帶肋鋼筋（三）熱處理鋼筋熱處理鋼筋是由熱軋帶肋鋼筋經(jīng)淬火和回火進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后而成的鋼筋。特別適用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的配筋。（四）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制成，抗拉強(qiáng)度高，分為消除應(yīng)力光圓鋼絲、消除應(yīng)力刻痕鋼絲、消除應(yīng)力螺紋肋鋼絲和冷拉鋼絲四種。預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線是以數(shù)根優(yōu)質(zhì)鋼鋼絲經(jīng)絞捻后消除內(nèi)應(yīng)力制成的。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。三、鋼結(jié)構(gòu)用鋼材鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要是各種型鋼和鋼板，連接方式有鉚接、螺栓連接和焊接。鋼材所用的母材主要是碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼。（一）型鋼shapesteel1.熱軋型鋼鋼結(jié)構(gòu)常用的熱軋型鋼:有工字鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼、H形鋼、T形鋼等。2.冷彎薄壁型鋼冷彎薄壁型鋼用2～6㎜的鋼板經(jīng)冷彎或模壓而制成，有角鋼、槽鋼等開(kāi)口薄壁型鋼和方形、矩形等空心薄壁型鋼。

角鋼Q235AB等邊角鋼槽鋼工字鋼鋼絲繩（二）鋼板steelplate鋼板按軋制方式不同有熱軋鋼板和冷軋鋼板兩種，在建筑工程中多采用熱軋鋼板。厚板主要用于屋面板、樓板、墻板等。（三）鋼管steelpipe在建筑結(jié)構(gòu)中鋼管多用于制作桅桿等構(gòu)件，也可用于鋼管混凝土。鋼管混凝土可用于高層建筑、塔柱、構(gòu)架柱、廠房柱等。

彩色鋼板無(wú)縫鋼管第四節(jié)鋼材的防護(hù)一、鋼材的銹蝕鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)遭到破壞的現(xiàn)象稱為鋼材的銹蝕。鋼材銹蝕的現(xiàn)象普遍存在，特別是當(dāng)周圍環(huán)境有侵蝕性介質(zhì)或濕度較大時(shí)，銹蝕情況就更為嚴(yán)重。銹蝕不僅會(huì)使鋼材有效截面面積減小，浪費(fèi)鋼材，而且會(huì)形成程度不等的銹坑、銹斑，造成應(yīng)力集中，加速結(jié)構(gòu)破壞，還會(huì)顯著降低鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能。根據(jù)鋼材表面與介質(zhì)的作用原理，銹蝕可分為化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕。二、鋼材的防銹1.防氧化措施鋼筋澆注混凝土?xí)r，需要保護(hù)層，即鋼筋放進(jìn)混凝土之中，如外露，在表面刷紅丹（防銹漆），但其怕光，一經(jīng)照射象紅色粉筆灰，一擦就掉，應(yīng)在其上再涂一層其他油漆。2.防電化學(xué)銹蝕的措施處于給水管、下水道，當(dāng)電解質(zhì)處于游離狀態(tài)時(shí)，需輸電，使其重回穩(wěn)定狀態(tài)。例7-1．碳素結(jié)構(gòu)鋼是如何劃分牌號(hào)的？說(shuō)明Q235—A·F和Q235—Ｄ號(hào)鋼在性能上有何區(qū)別？解碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)按順序由代表屈服點(diǎn)的字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值（Ｎ/mm2）、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)(A、B、C、D)