情境1 建筑結(jié)構(gòu)材料認(rèn)識

1、課題學(xué)習(xí)情境1:建筑結(jié)構(gòu)材料認(rèn)識 第一講鋼材的品種及力學(xué)性能教學(xué)基本要求 掌握：鋼筋的種類和級別；鋼材的型號和規(guī)格；鋼筋的力學(xué)性能重點與難點一建筑結(jié)構(gòu)對鋼材的基本要求技能要求具有熟練分析軟鋼強(qiáng)度曲線的能力一教學(xué)過程：引言：建筑鋼材的分類鋼結(jié)構(gòu)：鋼材鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：鋼筋、鋼絲鋼筋的品種級別我國建筑工程中所用鋼筋有以下品種：按成型工藝分類：熱軋鋼筋，熱軋鋼筋按強(qiáng)度的高低，分為HPB235、HRB335、HRB400、RRB400四個級別HPBI IBar1PlainHot rolled熱軋光圓鋼筋HRBRRB1 Bar1Bar1Rolled1Ribbed1Hot rolled Rolled熱軋帶肋

2、鋼筋余熱處理鋼筋冷拉鋼筋，也可分為冷拉I、冷拉II、冷拉III、冷拉W冷軋帶肋鋼筋，分為LL550、LL650、LL800三個級別熱處理鋼筋是將熱軋的螺紋鋼筋再通過淬火和回火等一系列工藝得到的，其 強(qiáng)度顯著提高。鋼絲一般有碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼鉸線等幾種。按外型分類光面鋼筋變形鋼筋鋼筋按化學(xué)成分類為：碳素鋼普通低合金鋼。按在結(jié)構(gòu)中是否施加預(yù)應(yīng)力可分為普通鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋。鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的品種及規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)采用的型材有熱軋成型的鋼板、型鋼以及冷彎(或冷壓)成型的薄壁型材。熱軋鋼板熱軋鋼板分厚板、薄板和扁鋼。厚板的厚度為4.560 mm，寬0.73m，長412m。 薄板厚度為0.354 mm，寬0.51

3、.5m，長0.54m。扁鋼厚度為460mm，寬度為30 200mm，長39m。厚鋼板廣泛用來組成焊接構(gòu)件和連接鋼板，薄鋼板是冷彎薄壁型鋼的 原料。鋼板用符號“-”后加“厚X寬X長(單位為mm) ”的方法表示，如 -12X800X2100。鋼板有薄鋼板(厚度0.354mm)、厚鋼板(厚度4.560mm)、特厚板(板厚60mm) 和扁鋼（厚度460mm,寬度為12200mm）等。鋼板用“一寬X厚X長”或“一寬X厚” 表示，單位為mm,如一450X8X3100,450X8。熱軋型鋼熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼、H型鋼、剖分T型鋼、鋼管（圖2-7）。等邊角鋼 不等邊俐鋼 鋼管衲制r一字鋼寬翼摩丁字鋼字

4、制圖2-7熱軋型鋼截面角鋼有等邊和不等邊兩種。等邊角鋼也稱等肢角鋼，以符號“L”后加“邊寬X厚 度”（單位為mm）表示，如X厚度”表示，如L100L100X10表示肢寬100mm、厚10mm的 等邊角鋼。不等邊角鋼（也叫不等肢角鋼）則以符號“L”后加“長邊寬X短邊寬X80X8 等。我國目前生產(chǎn)的等邊角鋼，其肢寬為20200mm，不等邊角鋼的肢寬為25X16mm 200X 125mm。槽鋼有熱軋普通槽鋼與熱軋輕型槽鋼。普通槽鋼以符號“”后加截面高度（單位 為cm）表示，并以a、b、c區(qū)分同一截面高度中的不同腹板厚度，如30a指槽鋼截面高 度為30cm且腹板厚度為最薄的一種。輕型槽鋼以符號“Q”后

5、加截面高度（單位為cm） 表示，如Q 25,其中Q是漢語拼音“輕”的拼音字首。同樣型號的槽鋼，輕型槽鋼由于 腹板薄及翼緣寬而薄，因而截面小但回轉(zhuǎn)半徑大，能節(jié)約鋼材、減少自重。工字鋼分普通工字鋼和輕型工字鋼。普通槽鋼以符號“ I”后加截面高度（單位為 cm）表示，如I16。20號以上的工字鋼，同一截面高度有3種腹板厚度，以a、b、c區(qū)分 （其中a類腹板最?。鏘30b。輕型工字鋼以符號“QI”后加截面高度（單位為預(yù)）表 示，如Q I 25。我國生產(chǎn)的普通工字鋼規(guī)格有1063號，輕型工字鋼規(guī)格有1070號。 工程中不宜使用輕型工字鋼。H型鋼是一種經(jīng)工字鋼發(fā)展而來的經(jīng)濟(jì)斷面型材，其翼緣內(nèi)外表面平行

6、，內(nèi)表面無 斜度，翼緣端部為直角，便于與其他構(gòu)件連結(jié)。熱軋H型鋼分為寬翼緣H型鋼、中翼緣H 型鋼和窄翼緣H型鋼三類，此外還有H型鋼柱，其代號分別為HW、HM、HN、HP。H型鋼的 規(guī)格以代號后加“高度X寬度X腹板厚度X翼緣厚度”（單位為nm）表示，如 HW340X250X9X14。剖分T型鋼系由對應(yīng)的H型鋼沿腹板中部對等剖分而成。其代號與H型鋼相對應(yīng)，采 用TW、TM、TN分別表示寬翼緣T型鋼、中翼緣T型鋼和窄翼緣T型鋼，其規(guī)格和表示方法 亦與H型鋼相同，叮N225X200X 12表示截面高度為225mm、翼緣寬度為200mm、腹板厚 度為12mm的窄翼緣剖分T型鋼。用剖分T型鋼代替由雙角鋼組

7、成的T型截面，其截面力學(xué)性能更為優(yōu)越，且制作方便。鋼管分為無縫鋼管和焊接鋼管。以符號“中”后加“外徑X厚度”（單位為nm） 表示，如400X6。常用型鋼規(guī)格見附錄。冷彎薄壁型材冷彎薄壁型鋼是由26mm的薄鋼板經(jīng)冷彎或模壓而成型的，其截面各部分厚度相 同，轉(zhuǎn)角處均呈圓弧形（圖2-8）。因其壁薄，截面幾何形狀開展，因而與面積相同的熱 軋型鋼相比，其截面慣性矩大，是一種高效經(jīng)濟(jì)的截面；缺點是因為壁薄，對銹蝕影響 較為敏感，故多于跨度小，荷載輕的輕型鋼結(jié)構(gòu)中。壓型鋼板（圖2-8 ）是近年來開始使用的薄壁型材，所用鋼板厚度為0.42mm。其 優(yōu)缺點同冷彎薄壁型鋼，主要用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋面、樓板等。尊地布咽

8、 癥邊排訕前憎 M形抿卷逃供洛州槽5H 壁邊打供yvu? v/w圖2-8冷彎薄壁型材的截面形式三、鋼材的力學(xué)性能：軟鋼的力學(xué)性能軟鋼從開始加載到拉斷，有四個階段，下面以I級鋼筋的受拉應(yīng)力一應(yīng)變曲線為例 來說明軟鋼的力學(xué)特性。如圖1 -1所示圖中oa段代表彈性階段,a點稱為比例極限bc段代表彈性階段，b點稱為屈服強(qiáng)度cd段代表強(qiáng)化階段，d點應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度de段代表破壞階段，e點對應(yīng)的橫坐標(biāo)稱為伸長率。幾個指標(biāo)：屈服強(qiáng)度：是鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計依據(jù)，因為鋼筋屈服后將很大的塑性變形， 且卸載時這部分變形不可恢復(fù)，這會使鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生很大的變形和不可閉合的裂 縫。屈服上限與加載速度有關(guān)，不太穩(wěn)定，一般

9、取屈服下限作為屈服強(qiáng)度。延伸率：鋼筋拉斷時的應(yīng)變，是反映鋼筋塑性性能的指標(biāo)。延伸率大的鋼筋，在拉 斷前有足夠預(yù)兆，延性較好硬鋼的力學(xué)性能硬鋼的特點：強(qiáng)度高、塑性差，脆性大，無明確的屈服階段（流幅）。)m 500-Nb 400 -300 飛 c a200 -100 -0102030 e（%）圖1-1 I級鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變圖協(xié)定流限：硬鋼以“協(xié)定流限”作為強(qiáng)度指標(biāo)，所謂協(xié)定流限是指經(jīng)過加載及卸載后尚存有0.2 %永久殘余變形時的應(yīng)力，用0.2表示。冷拉鋼筋的力學(xué)性能（1）冷拉的概念：所謂冷拉就是將鋼筋拉伸超過它的屈服強(qiáng)度，然后放松，過一 段時間之后，鋼筋就會獲得比原來的屈服強(qiáng)度更高的新的屈服強(qiáng)度值

10、。（2）鋼筋冷拉后的性質(zhì)變硬變脆；抗壓強(qiáng)度并未提高；受高溫時強(qiáng)度要降低。彈性模量：鋼筋在彈性階段的應(yīng)力應(yīng)變的比值，稱為彈性模量。三.建筑鋼材的設(shè)計指標(biāo)鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼材的強(qiáng)度具有變異性。按同一標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的鋼材，不同時生產(chǎn)的各批鋼材之間的強(qiáng) 度不會完全相同；即使同一爐鋼軋制的鋼材，其強(qiáng)度也會有差異。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中 采用其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值作為基本代表值。所謂強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，是指正常情況下可能出現(xiàn)的最小 材料強(qiáng)度值。強(qiáng)度設(shè)計值強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項系數(shù)即為材料強(qiáng)度設(shè)計值。鋼筋的材料分項系數(shù)孔為，熱軋鋼筋1.10，預(yù)應(yīng)力鋼筋1.20o混凝土規(guī)范規(guī)定，鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率。熱軋鋼筋的 強(qiáng)

11、度標(biāo)準(zhǔn)值系根據(jù)屈服強(qiáng)度確定；預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值系根 據(jù)極限抗拉強(qiáng)度確定。普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、強(qiáng)度設(shè)計值見表。建筑結(jié)構(gòu)對鋼材的總要求一定的強(qiáng)度足夠的塑性良好的加工性能合格的冷彎性能與混凝土的黏結(jié)力好R ITT 匕，歡-I-教學(xué)基本要求重點與難點 技能要求掌握混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和混凝土的強(qiáng)度等級，混凝土軸心 抗壓和抗拉強(qiáng)度，了解混凝土的徐變和收縮混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，軸心抗壓強(qiáng)度的概念、強(qiáng)度取值規(guī)定能選擇合適的混凝土等級教學(xué)過程：一.混凝土的強(qiáng)度在工程中常用的混凝土強(qiáng)度有立方抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度（一）立方體抗壓強(qiáng)度及強(qiáng)度等級概念：混凝土規(guī)范規(guī)

12、定，用邊長為150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件 下（溫度203C，相對濕度不小于90%）養(yǎng)護(hù)28天后，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（試件的承 壓面不涂潤滑劑，加荷速度約每秒0.150.3N/mm2）測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度， 作為混凝土的立方抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號fcu,k表示。強(qiáng)度等級根據(jù)立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k的大小，混凝土強(qiáng)度等級分C15、C20、C25、C30、 C35、C40、C45、C50、C55、C60、C6590%）、C70、C75、C80 共 14 級。其中，C60C80 屬 高強(qiáng)混凝土。試驗方法影響：有無摩擦力對試驗結(jié)果影響很大，規(guī)定在試驗中均采用不涂油脂的 試件

13、。非標(biāo)準(zhǔn)試件應(yīng)乘以折算系數(shù)。通常的加載速度是每秒鐘壓應(yīng)力增加0.20.3N/mm2。圖（12 ）所示為混凝土立方體試件受壓破壞的特征。PPPP（a）有摩檫力作用（b）無有摩檫力作用圖（12）混凝土不同齡期的強(qiáng)度水泥石的強(qiáng)度增長在28天以內(nèi)較快，以后較慢?；炷敛煌g期的強(qiáng)度取值可查表 選用。尺寸效應(yīng)試塊尺寸越大，測得的強(qiáng)度越小，當(dāng)工程中采用非150mm的試塊時，應(yīng)乘以相應(yīng)的換 算系數(shù)，將其換算成相當(dāng)于150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體。規(guī)范規(guī)定，如采用200mm或100mm的立方體試塊時，其換算系數(shù)分別取1.05和0.95?；炷吝x用素混凝土結(jié)構(gòu)的受力部位，混凝土強(qiáng)度等級不宜低C10；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中混凝

14、土等級 不宜低C15；當(dāng)鋼筋采用HPB235級、HRB335級及冷拉鋼筋時，混凝土等級不宜低C20；預(yù) 應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)則采用強(qiáng)度等級不低于C30。（二）混凝土軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度采用棱柱體試件測定，用符號fc表示，它比較接近實際構(gòu)件中混凝土 的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為h/b=34，我國通常取150mmX150mmX300mm的棱 柱體試件。試驗表明：隨著試件高跨比的增大，端部摩擦力對中間截面約束減弱，混凝土抗壓強(qiáng) 度降低。對于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度。棱柱體抗壓強(qiáng)度和立方體抗 壓強(qiáng)度的換算關(guān)系為：fc - 0.67 fcu混凝土軸心抗拉強(qiáng)度也是其基本力學(xué)性能，用

15、符號ft表示?；炷翗?gòu)件開裂、裂縫、變形，以及受剪、 受扭、受沖切等的承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。棱柱體抗拉強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度的換算關(guān)系為：2 3 cu曲線混凝受力ft = 0.23f二.混凝土的變形混凝土的受力變形混凝土一次短期加荷的應(yīng)力-應(yīng)變曲線混凝土在單調(diào)短期加荷作用下的應(yīng)力-應(yīng)變 是其最基本的力學(xué)性能，曲線的特征是研究鋼筋 土構(gòu)件的強(qiáng)度、變形、延性(承受變形的能力)和 全過程分析的依據(jù)?；炷猎谥貜?fù)荷載下的變形性能混凝土在重復(fù)荷載下的變形性能，也就是混凝土的疲勞性能。徐變與塑性變形塑性變形主要是由混凝土中結(jié)合面裂縫擴(kuò)展延升引起的，只有當(dāng)應(yīng)力超過了材料的彈 性極限后才發(fā)生，而且不可恢復(fù)。徐

16、變產(chǎn)生的原因是混凝土受力后，水泥石中的凝膠體產(chǎn)生的粘性流動要延續(xù)一個很長 時間，因此沿混凝土受力方向會繼續(xù)發(fā)生隨時間而增長的變形，徐變不僅部分可恢復(fù)，而 且在較小的應(yīng)力時就能發(fā)生。徐變生的結(jié)果：產(chǎn)生應(yīng)力松弛使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力重分布使結(jié)構(gòu)變形增大在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中，會引起鋼筋預(yù)應(yīng)力損失。(1)(2)(3)(4)溫度變形及干濕變形溫度變形：當(dāng)變形受到約束時，大體積結(jié)構(gòu)需計算溫度應(yīng)力。干濕變形(1)濕脹：濕脹系數(shù)小，且一般為有利影響。干縮：若干縮變形受到約束，則會產(chǎn)生干縮裂縫。減小溫度及干濕變形的措施之一就是設(shè)置伸縮縫。課題第三講砌體的材料及力學(xué)性能教學(xué)基本要求掌握塊材、砂漿的種類和強(qiáng)度等級

17、，理解影響砌體抗壓強(qiáng)度的因素重點與難點砌體抗壓強(qiáng)度的因素因素技能要求能識別不同類型的砌體教學(xué)過程：砌體的材料砌體的材料主要包括塊材和砂漿。塊材塊材是砌體的主要組成部分，約占砌體總體積的78%以上。我國目前的塊材主要 有以下幾類：磚燒結(jié)普通磚非燒結(jié)硅酸鹽磚燒結(jié)多孔磚磚的強(qiáng)度等級分為MU30、MU25、MU20、MU15和MU10砌塊指除普通磚和黏土空心磚及石材以外的塊材。砌塊尺寸較大，可分為小型、中型、 大型三類。高度在180350mm的一般稱為小型砌塊，便于手工砌筑，使用上也較靈活。 高度在350900mm之間一般稱為中型砌塊。高度大于900mm的一般稱為大型砌塊。砌塊的強(qiáng)度等級分為MU20、

18、MU15、MU10、MU7.5、MU5五級。石材石材抗壓強(qiáng)度高，抗凍性、抗水性及耐久性均較好，通常用于建筑物基礎(chǔ)，擋土 墻等，也可用于建筑物墻體。砌體中的石材應(yīng)選用無明顯風(fēng)化的天然石材。石材的強(qiáng)度等級共分七級：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。石材按加工后的外形規(guī)則程度分為料石和毛石兩種。砂漿砂漿的作用：砌體中砂漿的作用是將塊材連成整體，從而改善塊材在砌體中 的受力狀態(tài)，使其應(yīng)力均勻分布，同時因砂漿填滿了塊材間的縫隙，也降低了砌體的透 氣性，提高了砌體的防水、隔熱、抗凍等性能。砂漿的分類：按配料成分不同，砂漿分為以下幾種：水泥砂漿水泥混合砂漿水泥混合砂漿包

19、括水泥石灰砂漿、水泥黏土砂漿，其強(qiáng)度較高，且耐久性、流動 性和保水性均較好，便于施工，容易保證施工質(zhì)量，常用于地上砌體，是最常用的砂漿。非水泥砂漿砂漿的強(qiáng)度等級：砂漿的強(qiáng)度等級分為M15、M10、M7.5、M5、M2.5五級。砌體的力學(xué)性能砌體的種類砌體分為無筋砌體和配筋砌體兩類。無筋砌體無筋砌體由塊體和砂漿組成，包括磚砌體、砌塊砌體和石砌體。無筋砌體房屋抗 震性能和抗不均勻沉降能力較差。磚砌體磚砌體包括實砌磚砌體和空斗墻。實砌磚砌體可以砌成厚度為120mm （半磚）、240mm （一磚）、370mm （一磚半）、490mm （兩磚）及620mm （兩磚半）的墻體，也可砌成厚度為180mm，3

20、00mm和420mm的墻體， 但此時部分磚必須側(cè)砌，不利于抗震。空斗墻是將全部或部份磚立砌，并留空斗（洞），現(xiàn)已很少采用。2）砌塊砌體砌塊砌體由砌塊和砂漿砌筑而成。其自重輕，保溫隔熱性能好，施工進(jìn)度快，經(jīng) 濟(jì)效果好，又具有優(yōu)良的環(huán)保概念，因此砌塊砌體，特別是小型砌塊砌體有很廣闊的發(fā) 展前景。3）石砌體石砌體由石材和砂漿（或混凝土）砌筑而成。按石材加工后的外形規(guī)則程度，可 分為料石砌體、毛石砌體、毛石混凝土砌體等。它價格低廉，可就地取材，但自重大， 隔熱性能差，作外墻時厚度一般較大，在產(chǎn)石的山區(qū)應(yīng)用較為廣泛。料石砌體可用作房 屋墻、柱，毛石砌體一般用作擋土墻、基礎(chǔ)。（2）配筋砌體配筋砌體是指在灰

21、縫中配置鋼筋或鋼筋混凝土的砌體，包括網(wǎng)狀配筋砌體、組合 磚砌體、配筋混凝土砌塊砌體。影響砌體抗壓強(qiáng)度的因素（1）塊材和砂漿的強(qiáng)度（2）砂漿的性能（3）塊材的尺寸、形狀及灰縫厚度（4）砌筑質(zhì)量砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值齡期為28天的以毛截面計算的各類砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計值，當(dāng)施工質(zhì)量控制等級為 B級時，根據(jù)塊材和砂漿的強(qiáng)度等級可分別按表2.3.3表2.3.8采用（施工階段砂漿 尚未硬化的新砌砌體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可按砂漿強(qiáng)度為零進(jìn)行驗算）。課題:教學(xué)基本要求重點與難點：技能要求：教學(xué)過程:一、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力鋼筋混凝土之間依靠粘結(jié)力來傳力。為了加強(qiáng)粘結(jié)，強(qiáng)度較高的鋼筋需軋制成有 凸肋的表面。粘結(jié)力的

22、組成光面鋼筋：膠著力、摩擦力、機(jī)械咬合力。變形鋼筋：膠著力、摩擦力、擠壓力、機(jī)械咬合力。粘結(jié)應(yīng)力可由拔出試驗來測定，如圖14。第四講鋼筋與混凝土的粘結(jié)粘結(jié)力的組成；錨固長度的概念；鋼筋連接種類；綁扎搭接連接要求難點粘結(jié)應(yīng)力測定能設(shè)計綁扎搭接連接o sAs（as-Aa）As圖1-4拉拔鋼筋實驗1-加荷端；2-自由端3.影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素：鋼筋表面形狀；混凝土抻拉強(qiáng)度;澆筑時鋼筋的位置及周圍混凝土的密實性；對變形鋼筋來說，混凝土保護(hù)層的大小也對粘結(jié)強(qiáng)度有影響。4.鋼筋埋長及混凝土層的影響埋長不足時有可能發(fā)生拔出破壞;變形鋼筋若圖混凝土層過薄則會發(fā)生由于混凝土撕裂裂縫延展的而導(dǎo)致破壞。二、鋼筋的錨固與接頭（一）錨固長度:普通鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋t式中，z一受拉鋼筋的錨固長度，應(yīng)不小于250mm； afy、fy普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值，取值見附表、附表；一混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值，取值見附表7。為了保證高強(qiáng)混凝土中鋼筋的 錨固長度不致太短，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級C