鋼結(jié)構(gòu)概述與鋼結(jié)構(gòu)的材料課件

1、 優(yōu)點(diǎn) 建筑鋼材強(qiáng)度高，塑性韌性好 強(qiáng)度高大跨、高層、高負(fù)荷結(jié)構(gòu) 塑性好防止脆性破壞，應(yīng)力重分配 韌性好承受動(dòng)力荷載，抗震性能好 材質(zhì)均勻、性能好，結(jié)構(gòu)可靠性高 鋼材接近于各向同性的理想彈塑性體，實(shí)際受力同工程力學(xué)計(jì)算理論比較符合，因此鋼結(jié)構(gòu)的可靠性高 鋼結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)便，工期短，易于改造和加固 鋼材可加工性能好，工業(yè)化機(jī)械化程度高，構(gòu)件輕，連接簡(jiǎn)單，安裝方便 鋼結(jié)構(gòu)的重量輕，質(zhì)強(qiáng)比小 材料的質(zhì)量密度與強(qiáng)度f(wàn)的比值（質(zhì)強(qiáng)比）小 建筑鋼材質(zhì)強(qiáng)比：1.73.7104 木材質(zhì)強(qiáng)比：5.4104 鋼筋混凝土質(zhì)強(qiáng)比：18104 鋼結(jié)構(gòu)鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重11.221.72結(jié)構(gòu)自身面積0.280.371

2、施工周期11.331.6用鋼量1.451.231平均施工進(jìn)度4.5天/層7天/層幾種類型結(jié)構(gòu)比較幾種類型結(jié)構(gòu)比較 缺點(diǎn) 耐腐蝕性差 使用環(huán)境，鋼材極易銹蝕，需注意保護(hù)，特殊環(huán)境下不易使用鋼結(jié)構(gòu) 耐火性差 耐熱性較好（200以下鋼材性質(zhì)變化很小），高于200 后鋼材強(qiáng)度下降很快，600 時(shí)鋼材進(jìn)入塑性狀態(tài)，強(qiáng)度幾乎降為零喪失承載力，需采取隔熱防火措施 鋼材價(jià)格相對(duì)較高 吊車起重量較大或者其工作較繁重的車間的主要承重骨架多采用鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式多為由鋼屋架和階形柱組成的門式剛架或排架，也有采用網(wǎng)架做屋蓋的結(jié)構(gòu)形式 ，隨著壓型鋼板等輕型屋面材料的采用，輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房得到了迅速的發(fā)展。其結(jié)構(gòu)形式主要為

3、實(shí)腹式變截面門式剛架 由于鋼材具有良好的韌性，設(shè)有較大鍛錘或產(chǎn)生動(dòng)力作用的其他設(shè)備的廠房，即使屋架跨度不大，也往往由鋼制成。對(duì)于抗震能力要求高的結(jié)構(gòu)，采用鋼結(jié)構(gòu)也是比較適宜的 高聳結(jié)構(gòu)包括塔架和桅桿結(jié)構(gòu)，如高壓輸電線路的塔架、廣播、通信和電視發(fā)射用的塔架和桅桿、火箭（衛(wèi)星）發(fā)射塔架等 鋼結(jié)構(gòu)不僅重量輕，還可以用螺栓或其他便于拆裝的手段來(lái)連接，因此非常適用于需要搬遷的結(jié)構(gòu) 冶金、石油、化工企業(yè)中大量采用鋼板做成的容器結(jié)構(gòu)，包括油罐、煤氣罐、高爐、熱風(fēng)爐等。此外，經(jīng)常使用的還有皮帶通廊棧橋、管道支架、鍋爐支架等其他鋼構(gòu)筑物，海上采油平臺(tái)也大都采用鋼結(jié)構(gòu) 鋼構(gòu)件和板件受壓時(shí)必須滿足穩(wěn)定性要求，往往不

4、能充分發(fā)揮它的強(qiáng)度高的作用，而混凝土則最宜于受壓不適于受拉，將鋼材和混凝土并用，使兩種材料都充分發(fā)揮它的長(zhǎng)處，是一種很合理的結(jié)構(gòu) 主要構(gòu)件形式有鋼與混凝土組合梁和鋼管混凝土柱等 結(jié)構(gòu)跨度越大，自重在荷載中所占的比例就越大，減輕結(jié)構(gòu)的自重會(huì)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。鋼材強(qiáng)度高結(jié)構(gòu)重量輕的優(yōu)勢(shì)正好適合于大跨結(jié)構(gòu)，因此鋼結(jié)構(gòu)在大跨空間結(jié)構(gòu)和大跨橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。所采用的結(jié)構(gòu)形式有空間桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索（包括斜拉體系）、張弦梁、實(shí)腹或格構(gòu)式拱架和框架等 鋼結(jié)構(gòu)的綜合效益指標(biāo)優(yōu)良，在多、高層民用建筑中也得到了廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)形式主要有多層框架、框架支撐結(jié)構(gòu)、框筒、懸掛、巨型框架等 當(dāng)屋面活荷載

5、特別輕時(shí)，小跨結(jié)構(gòu)的自重也成為一個(gè)重要因素。冷彎薄壁型鋼屋架在一定條件下的用鋼量可比鋼筋混凝土屋架的用鋼量還少。輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有實(shí)腹變截面門式剛架、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)（包括金屬拱形波紋屋蓋）以及鋼管結(jié)構(gòu)等。 較高的抗拉強(qiáng)度f(wàn)u和屈服點(diǎn)fy較高的塑性和韌性良好的工藝性能在一定特殊情況下，適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕行環(huán)境的能力分別涉及鋼材材性：強(qiáng)度、塑性、韌性、可焊性、冷彎性、耐久性等方面試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件常溫、靜載、標(biāo)準(zhǔn)試件、一次拉伸常溫、靜載、標(biāo)準(zhǔn)試件、一次拉伸 鋼材在常溫、靜載條件下一次拉伸所表現(xiàn)的性能最具有鋼材在常溫、靜載條件下一次拉伸所表現(xiàn)的性能最具有代表性，鋼材的主要強(qiáng)度指標(biāo)和變形性能都是根

6、據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試件代表性，鋼材的主要強(qiáng)度指標(biāo)和變形性能都是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試件一次拉伸試驗(yàn)確定的。一次拉伸試驗(yàn)確定的。比例極限比例極限 應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變圖中直線段的最大應(yīng)力值。應(yīng)變圖中直線段的最大應(yīng)力值。屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) 應(yīng)變?cè)谥蟛辉倥c應(yīng)力成正比，而是漸漸加大，應(yīng)應(yīng)變?cè)谥蟛辉倥c應(yīng)力成正比，而是漸漸加大，應(yīng) 力力- -應(yīng)變間成曲線關(guān)系，一直到屈服點(diǎn)。應(yīng)變間成曲線關(guān)系，一直到屈服點(diǎn)?？估瓘?qiáng)度抗拉強(qiáng)度 最高點(diǎn)應(yīng)力為抗拉強(qiáng)度最高點(diǎn)應(yīng)力為抗拉強(qiáng)度 。伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率 伸長(zhǎng)率代表材料斷裂前具有的伸長(zhǎng)率代表材料斷裂前具有的塑性變形塑性變形的能力。的能力。 指鋼材在冷加工（常溫下加工）產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)產(chǎn)生裂縫的抵抗能力鑒定鋼

7、材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo) 鋼材在塑性變形和斷裂的過(guò)程中吸收能量的能力，表示鋼材抵抗沖擊荷載的能力 鋼材強(qiáng)度與塑性的綜合表現(xiàn) 可焊性可焊性 指采用一般焊接工藝就可完成合格的（無(wú)裂指采用一般焊接工藝就可完成合格的（無(wú)裂紋的）焊縫的性能。紋的）焊縫的性能。 鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量鋼材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影響。碳含量在在0.120.120.20%0.20%范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆?？墒购缚p和熱影響區(qū)變脆。Q235BQ235B的碳含量就定在這一適宜的碳含量就定在這一適宜

8、范圍。范圍。Q235AQ235A的碳含量略高于的碳含量略高于B B級(jí)，且不作為交貨條件，除非級(jí)，且不作為交貨條件，除非把碳含量作為附加保證，這一鋼號(hào)通常不能用于焊接構(gòu)件。把碳含量作為附加保證，這一鋼號(hào)通常不能用于焊接構(gòu)件。 對(duì)屬于下列情況之一的鋼材，應(yīng)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行抽對(duì)屬于下列情況之一的鋼材，應(yīng)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行抽樣復(fù)檢。樣復(fù)檢。1 1）國(guó)外進(jìn)口鋼材；）國(guó)外進(jìn)口鋼材；2 2）鋼材混批；）鋼材混批；3 3）厚度）厚度4040，且有，且有Z Z向性能要求的厚板；向性能要求的厚板；4 4）一級(jí)建筑，大跨度建筑中的主要受力構(gòu)件；）一級(jí)建筑，大跨度建筑中的主要受力構(gòu)件；5 5）設(shè)計(jì)有復(fù)檢要求；）設(shè)計(jì)

9、有復(fù)檢要求；6 6）對(duì)鋼材質(zhì)量有異議。）對(duì)鋼材質(zhì)量有異議。 鋼材質(zhì)量的抽樣檢驗(yàn)，應(yīng)由相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行。鋼材質(zhì)量的抽樣檢驗(yàn)，應(yīng)由相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行。鐵：鋼的基本元素 ，普通碳素鋼中占99%碳：碳含量增加，提高鋼材強(qiáng)度，降低塑性、韌性、耐腐蝕性、疲勞強(qiáng)度和冷彎性能，惡化鋼材可焊性硅、錳：脫氧劑，提高鋼材強(qiáng)度釩、鈦：提高鋼的強(qiáng)度和抗腐蝕性 硫、磷：降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度，分別加劇熱脆和冷脆，磷能提高強(qiáng)度和抗銹性氧、氮：分別加劇熱脆和冷脆銅：降低可焊性，提高鋼的強(qiáng)度和抗腐蝕性1 1、冶煉、冶煉鋼材的鋼材的冶煉方法冶煉方法 平爐煉鋼平爐煉鋼質(zhì)量好，但效率低（已停產(chǎn)）；質(zhì)量好，但效率低（

10、已停產(chǎn)）； 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼質(zhì)量好，效率高；質(zhì)量好，效率高； 堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼質(zhì)量差（禁用）質(zhì)量差（禁用） ； 電爐煉鋼電爐煉鋼質(zhì)量好，但成本高（不用）；質(zhì)量好，但成本高（不用）； 冶煉這一冶金過(guò)程形成鋼的化學(xué)成分與含量、鋼的金相組冶煉這一冶金過(guò)程形成鋼的化學(xué)成分與含量、鋼的金相組織結(jié)構(gòu)，以及不可避免的冶金缺陷，從而確定不同的鋼種、鋼織結(jié)構(gòu)，以及不可避免的冶金缺陷，從而確定不同的鋼種、鋼號(hào)及其相應(yīng)的力學(xué)性能。號(hào)及其相應(yīng)的力學(xué)性能。2 2、澆鑄、澆鑄澆鑄方法：澆鑄方法：、澆入鑄模做成鋼錠；（傳統(tǒng)的方法）、澆入鑄模做成鋼錠；（傳統(tǒng)的方法） 、澆入連續(xù)澆鑄機(jī)做成鋼坯澆

11、入連續(xù)澆鑄機(jī)做成鋼坯；（現(xiàn)代工藝）；（現(xiàn)代工藝）沸騰鋼沸騰鋼加弱脫氧劑（錳），脫氧不充分，澆鑄時(shí)有大量氣加弱脫氧劑（錳），脫氧不充分，澆鑄時(shí)有大量氣體逸出，引起鋼液劇烈沸騰，冷卻速度快，晶粒粗，偏析、氣體逸出，引起鋼液劇烈沸騰，冷卻速度快，晶粒粗，偏析、氣泡等缺陷較嚴(yán)重；泡等缺陷較嚴(yán)重；鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼加強(qiáng)脫氧劑（硅、有時(shí)還加鋁或鈦），保溫時(shí)間得加強(qiáng)脫氧劑（硅、有時(shí)還加鋁或鈦），保溫時(shí)間得以加長(zhǎng)，氧氣雜質(zhì)少且晶粒較細(xì)，偏析等缺陷不嚴(yán)重，所以鋼以加長(zhǎng)，氧氣雜質(zhì)少且晶粒較細(xì)，偏析等缺陷不嚴(yán)重，所以鋼材性能比沸騰鋼好。材性能比沸騰鋼好。冶金缺陷：冶金缺陷：偏析偏析指金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不勻；指金屬結(jié)晶

12、后化學(xué)成分分布不勻；非金屬夾雜非金屬夾雜指鋼中含有如硫化物等雜質(zhì)；指鋼中含有如硫化物等雜質(zhì)；氣泡氣泡指澆鑄時(shí)由指澆鑄時(shí)由FeO與與C作用所生成的作用所生成的CO氣不能充分逸出氣不能充分逸出 而留在鋼錠內(nèi)形成的微小空洞。而留在鋼錠內(nèi)形成的微小空洞。這些缺陷都將影響鋼的力學(xué)性能。這些缺陷都將影響鋼的力學(xué)性能。3 3、軋制、軋制 鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細(xì)，也能使氣泡、裂紋等鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細(xì)，也能使氣泡、裂紋等焊合，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。薄板因輥軋次數(shù)多，其焊合，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。薄板因輥軋次數(shù)多，其強(qiáng)度比厚板略高。強(qiáng)度比厚板略高。 鋼結(jié)構(gòu)用的鋼材主要有兩個(gè)種類，即鋼結(jié)構(gòu)用

13、的鋼材主要有兩個(gè)種類，即碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼和和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào) (簡(jiǎn)稱鋼號(hào)簡(jiǎn)稱鋼號(hào))有有Q195、Q215A及及B，Q235A、B、C及及D，Q255A及及B以及以及Q275。Q屈服強(qiáng)度中屈字漢語(yǔ)拼音的字首；屈服強(qiáng)度中屈字漢語(yǔ)拼音的字首；阿拉伯字阿拉伯字表示以表示以N/mm2為單位屈服強(qiáng)度的大??；為單位屈服強(qiáng)度的大?。籄、B、C或或D表示按質(zhì)量劃分的級(jí)別。表示按質(zhì)量劃分的級(jí)別。脫氧方法的符號(hào)脫氧方法的符號(hào)如如“F”、 “Z” 、“TZ”、 “b” 等。鎮(zhèn)靜等。鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的符號(hào)可省略。鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的符號(hào)可省略。從從Q195到到Q

14、275，是以強(qiáng)度的由低到高排列的。，是以強(qiáng)度的由低到高排列的。建筑結(jié)構(gòu)在碳素結(jié)構(gòu)鋼這一鋼種中主要應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)在碳素結(jié)構(gòu)鋼這一鋼種中主要應(yīng)用Q235這一鋼號(hào)。這一鋼號(hào)。 鋼號(hào)中質(zhì)量分級(jí)由鋼號(hào)中質(zhì)量分級(jí)由A到到D，表示質(zhì)量的由低到高。，表示質(zhì)量的由低到高。A級(jí)鋼級(jí)鋼沖擊韌性不作為要求條件，冷彎試驗(yàn)只在需方要求時(shí)沖擊韌性不作為要求條件，冷彎試驗(yàn)只在需方要求時(shí)進(jìn)行；進(jìn)行；B級(jí)鋼級(jí)鋼要求常溫（要求常溫（205 ）沖擊值）沖擊值A(chǔ)KV 27J、冷彎合格；、冷彎合格；C級(jí)鋼級(jí)鋼要求常溫（要求常溫（0 ）沖擊值）沖擊值A(chǔ)KV 27J、冷彎合格；、冷彎合格；D級(jí)鋼級(jí)鋼要求常溫（要求常溫（20 ）沖擊值）沖擊值A(chǔ)

15、KV 27J、冷彎合格；、冷彎合格； 對(duì)對(duì)Q235鋼來(lái)說(shuō)，鋼來(lái)說(shuō)，A、B兩級(jí)的脫氧方法可以是兩級(jí)的脫氧方法可以是Z、b或或F，C級(jí)只級(jí)只能是能是Z，D級(jí)只能是級(jí)只能是TZ。 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在鋼的冶煉過(guò)程中添加少量幾種合低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在鋼的冶煉過(guò)程中添加少量幾種合金元素（合金元素的總量低于金元素（合金元素的總量低于5），使鋼的強(qiáng)度明顯提高，），使鋼的強(qiáng)度明顯提高，故稱低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。故稱低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。Q345、Q390和和Q420是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用的鋼種。這三種鋼都包括計(jì)規(guī)范規(guī)定采用的鋼種。這三種鋼都包括A、B、C、D、E五種質(zhì)量等級(jí)。五種質(zhì)量等級(jí)。A級(jí)鋼級(jí)

16、鋼沖擊韌性不作為要求條件，冷彎試驗(yàn)只在需方要求時(shí)進(jìn)沖擊韌性不作為要求條件，冷彎試驗(yàn)只在需方要求時(shí)進(jìn)行；行；B級(jí)鋼級(jí)鋼要求常溫（要求常溫（205 ）沖擊值）沖擊值A(chǔ)KV 34J、冷彎合格；、冷彎合格；C級(jí)鋼級(jí)鋼要求要求0 沖擊值沖擊值A(chǔ)KV 34J、冷彎合格；、冷彎合格；D級(jí)鋼級(jí)鋼要求負(fù)溫（要求負(fù)溫（20 ）沖擊值）沖擊值A(chǔ)KV 34J、冷彎合格；、冷彎合格；E級(jí)鋼級(jí)鋼要求負(fù)溫（要求負(fù)溫（40 ）沖擊值）沖擊值A(chǔ)KV 27J、冷彎合格。、冷彎合格。 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的A、B級(jí)屬于鎮(zhèn)靜鋼，級(jí)屬于鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級(jí)屬于特級(jí)屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼。殊鎮(zhèn)靜鋼。 總的原則：總的原則：安全可

17、靠、經(jīng)濟(jì)合理安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理 需考慮因素：需考慮因素： 結(jié)構(gòu)的重要性結(jié)構(gòu)的重要性 荷載情況荷載情況 連接方法連接方法 結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境 鋼材厚度鋼材厚度承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)保證碳的極限含量焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證需要驗(yàn)算疲勞以及主要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有的沖擊韌性合格保證鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材主要有： 熱軋鋼板、熱軋型鋼、冷軋薄鋼板、冷彎薄壁型鋼 熱軋鋼板 符號(hào)“”“寬度厚度長(zhǎng)度” 如128002100厚鋼板：厚度4.560mm，寬度600 3000mm，長(zhǎng)

18、度4 12m 用做大型實(shí)腹式梁柱翼緣、腹板薄鋼板：厚度0.35 4mm，寬度500 1500mm，長(zhǎng)度0.5 4m 用于制作冷彎薄壁型鋼扁鋼：厚度4 60mm，寬度12 200mm，長(zhǎng)度3 9m 焊接組合梁柱翼緣板，各種連接板、加勁肋等 熱軋型鋼角鋼： 等邊角鋼 不等邊角鋼 等邊（等肢）符號(hào)“L”“邊長(zhǎng)厚度”如L 10010 不等邊（不等肢）符號(hào)“L”“長(zhǎng)邊寬短邊寬厚度” 如L 100808 主要用來(lái)制作桁架等格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件和支撐等連接桿件工字鋼： 工字鋼 H型鋼及剖分T型鋼 工字鋼符號(hào)“I”號(hào)數(shù)（截面高cm）類別（a、b、c腹板厚度）如 I32c H型鋼符號(hào)“HW、HM、HN”“高H寬B腹板厚t1翼緣t2” 如 H3003001015 T型鋼符號(hào)“W、TM、TN”“高H寬B腹板厚t1翼緣t2” 如 T225200812槽鋼： 普通槽鋼 輕型