第15講鋼結構剖析

1、第15講鋼結構剖析 1 1 建筑結構鋼材選用建筑結構鋼材選用 一、鋼結構的特點 (1) (2)材質均勻、工作可靠性高。鋼結構的實際工作情 況與力學計算的基本假定較為符合，故計算結果準確、 可靠。 (3)施工、拆裝方便。鋼結構采用焊接、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)程度最高的一種結構。 (4)有很好的塑性和韌性，一般不會突然斷裂，故對 動力荷載適應性比較強。 模塊模塊4 4 鋼結構鋼結構 第15講鋼結構剖析 (5)耐火性較差，維護費用較高。鋼材不耐腐蝕，需 要經(jīng)常油漆維護以及耐火性較差(當溫度達到500 600C0時會完全喪失抵抗外力作用的

2、能力)等缺點。 二、鋼結構的應用范圍 鋼結構在建筑工程中除了廣泛應用于大跨度結構， 高層建筑，高聳結構，可動、可拆卸結構之外。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用） 第15講鋼結構剖析 圖12-1 第15講鋼結構剖析 圖12-2 鋼構架 圖12-3 住宅 第15講鋼結構剖析圖12-4 第15講鋼結構剖析 12-5 第15講鋼結構剖析圖12-7 第15講鋼結構剖析 建筑用鋼應符合的條件：建筑用鋼應符合

3、的條件： 1 1、具有較高強度、具有較高強度 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 主要力學性能有：主要力學性能有： 強度、塑性、韌性、可焊性、強度、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講鋼結構剖析 冷彎性能：冷彎性能： 由冷彎試驗來確定，是評價鋼材力學性能和工藝性能，由冷彎試驗來確定，是評價鋼材力學性能和工藝性能， 鋼材質量的一項綜合性指標。鋼材質量的一項綜合性指標。 塑性：塑性： 主要指標有伸長率主要指標有伸長率 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。 強度：強度： 有屈服強度有屈服強度fy fy和抗拉強度和抗拉強度fufu兩個指標兩個指標 fy fy作為鋼材強度標準值的取值依據(jù)；作為鋼材強度標準值的取值依據(jù)； fufu作為一種安全儲備，使構件在彈塑性工作階段具有較大的承載力。作為一種安全儲備，使構件在彈塑性工作階段具有較大的承載力。 第15講鋼結構剖析 耐久性耐久性-影響鋼結構壽命的因素有：影響鋼結構壽命的因素有： （1 1）鋼材的腐蝕，通過油漆和定期維護措施，）鋼材的腐蝕，通過油漆和定期維護措施， 控制硅和錳的含量；控制硅和

5、錳的含量； （2 2）防止過大的實效硬化；）防止過大的實效硬化； （3 3）必要時測定高溫和長荷載下的持久強度；）必要時測定高溫和長荷載下的持久強度； （4 4）防止長期連續(xù)重復荷載或交變荷載下的疲勞斷裂。）防止長期連續(xù)重復荷載或交變荷載下的疲勞斷裂。 可焊性：可焊性： 可焊性是指鋼材對焊接工藝的適應能力，要求鋼材施可焊性是指鋼材對焊接工藝的適應能力，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講鋼結構剖析 第15講鋼結構剖析 第15講鋼結構剖析 第15講鋼結構剖析 第15講鋼結構剖析 第15講鋼結構剖析 第15講鋼結構剖析 第15講鋼結構剖析 碳素鋼：碳素

6、鋼： 按質量等級將鋼分為按質量等級將鋼分為A A、B B、C C、D D四級四級 A A級鋼最差，只保證抗拉強度、屈服點、伸長率，級鋼最差，只保證抗拉強度、屈服點、伸長率， 必要時也可附加冷彎試驗的要求。必要時也可附加冷彎試驗的要求。 B B、C C、D D級鋼均保證抗拉強度、屈服點、伸長率、級鋼均保證抗拉強度、屈服點、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)等力學等力學 性能。性能。 鋼結構中常用普通低碳鋼和普通低合金鋼：鋼結構中常用普通低碳鋼和普通低合金鋼： 第15講鋼結構剖析 如：如：Q235A Q235A 表示屈服強度為表示屈服強度為

7、235 N/mm235 N/mm2 2的的A A級鎮(zhèn)級鎮(zhèn) 靜碳素結構鋼；靜碳素結構鋼； Q235D Q235D 表示屈服強度為表示屈服強度為235 N/mm235 N/mm2 2的的D D級特級特 殊鎮(zhèn)靜碳素結構鋼。殊鎮(zhèn)靜碳素結構鋼。 鋼的牌號由屈服點中屈字漢語拼音的字首鋼的牌號由屈服點中屈字漢語拼音的字首Q Q， 屈服點數(shù)值（屈服點數(shù)值（N/mmN/mm2 2） 質量等級代號（質量等級代號（A A、B B、C C、D D） 脫氧方法代號（脫氧方法代號（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； 等四個部分按順序組成。等四個部分按順序組

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）代號Z Z、TZTZ可以省可以省 略，略，C C 級為鎮(zhèn)靜鋼，級為鎮(zhèn)靜鋼，D D級為特殊鎮(zhèn)靜鋼。級為特殊鎮(zhèn)靜鋼。 第15講鋼結構剖析 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），澆注時鋼液在鋼錠模內產(chǎn)生沸（如硅、鋁等），澆注時鋼液在鋼錠模內產(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。澆注時鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰。為完全脫氧的鋼。澆注時鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰。 組織致密，偏析小，質量均勻。優(yōu)質鋼和合金一組織致密，偏析小，質量均勻。優(yōu)質鋼和合金一 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，澆注時有沸騰現(xiàn)象，但較沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，澆注時有沸騰現(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，騰鋼弱。這類鋼具有沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼的某些優(yōu)點， 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講鋼結構剖析 A A、B B、C C、D D、E E五個等級五個等級 A A級無需沖擊韌性試驗級無需沖擊韌性試驗 B B級級20 20 的沖擊韌性的沖擊韌性 C C級級0 0 的沖擊韌性的沖擊韌性 D D級級-20 -20 的沖擊韌性的沖擊

10、韌性 E E級級-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屈服強度為屈服強度為345 N/mm345 N/mm2 2，B B級鎮(zhèn)靜鋼；級鎮(zhèn)靜鋼； Q390DQ390D屈服強度為屈服強度為390 N/mm390 N/mm2 2，D D級特殊鎮(zhèn)靜鋼。級特殊鎮(zhèn)靜鋼。 第15講鋼結構剖析 第15講鋼結構剖析 1. 1.鋼板鋼板 第15講鋼結構剖析 2. 2.熱軋型材熱軋型材 （工、槽、角鋼）（工、槽、角鋼） 2020號以上的工字鋼分號以上的工字鋼分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講鋼結構剖析 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講鋼結構剖析 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； 翼緣內表面無斜度、上下表面平行，便于與其它構件連接；翼緣內表面無斜度、上下表面平行，便于與其它構件連接； 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 兩側延伸，鋼材愈少，而在軋制兩側延伸，鋼材愈少，而在軋制H H型鋼中，材料分布側重在翼型鋼中，材料分布側重在翼 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講鋼結構剖析 熱軋型鋼截面 第15講鋼結構剖析 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，用符號種，用符號“”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講鋼結構剖析 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講鋼結構剖析 第15講鋼結構剖析 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)冷卻凝結焊條和焊件局部熔化，經(jīng)冷卻凝結 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：優(yōu)點：任何形式的構件一般都可直接相連，不削弱構件截任何形式的構件一般都可直接相連，不削弱構件截 面，用料經(jīng)濟，構

15、造簡單，加工方便，連接剛度大，密封性面，用料經(jīng)濟，構造簡單，加工方便，連接剛度大，密封性 能好，可采用全自動或半自動作業(yè)，生產(chǎn)效率高。能好，可采用全自動或半自動作業(yè)，生產(chǎn)效率高。 缺點：缺點：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 相組織和力學性能發(fā)生變化，導致局部材質變脆；焊接過程相組織和力學性能發(fā)生變化，導致局部材質變脆；焊接過程 中鋼材受到不均勻的加溫和冷卻，使結構產(chǎn)生焊接殘余應力中鋼材受到不均勻的加溫和冷卻，使結構產(chǎn)生焊接殘余應力 和殘余變形，對結構的承載力、剛度和使用性能有一定的影和殘余變形，對結構的承載力、剛度和使用性能有一定的影

16、響。響。 第15講鋼結構剖析 1. 1. 焊接原理焊接原理 鋼結構常用的焊接方法是電弧鋼結構常用的焊接方法是電弧 焊焊, ,包括手工電弧焊、自動或半包括手工電弧焊、自動或半 自動埋弧焊及氣體保護焊等。自動埋弧焊及氣體保護焊等。 手工電弧焊電路由焊條、焊鉗、焊件、電焊機與導線組成。手工電弧焊電路由焊條、焊鉗、焊件、電焊機與導線組成。 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講鋼結構剖析 直流手工電弧焊直流手工電弧焊- -氬弧焊氬弧焊 多功能焊機多功能焊機 第15講鋼結構剖析 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。 其牌號為其牌號為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 屬抗拉強度的最小值（單位為屬抗拉強度的最小值（單位

18、為Kgf/mmKgf/mm2 2）。）。 上圖為上圖為XWJ422XWJ422是鈦鈣型藥皮的優(yōu)質低碳鋼電焊條。是鈦鈣型藥皮的優(yōu)質低碳鋼電焊條。 一般情況下，焊條與母材的一般情況下，焊條與母材的 對應關系如下：對應關系如下： 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講鋼結構剖析 自動或半自動埋弧焊主要設備是自動電焊機，沿軌道按設定自動或半自動埋弧焊主要設備是自動電焊機，沿軌道按設定 速度移動，通電引弧后，使埋于焊劑下的焊絲和附近的焊劑速度移動，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，隨焊機的移動，接觸，并供給焊縫金屬以必要的合金元素，隨焊機的移動， 顆粒狀焊劑不斷從料斗漏下