高层建筑钢结构-第二章高层钢结构用钢

1、1) 钢材分类v按用途分： 结构用钢 船体用结构钢 焊接结构用耐候钢 钢其它少量元素冶炼CFe低碳钢 C0.25中碳钢 0.260.6高碳钢 0.62.11低合金钢 合金元素总量10v按化学成分：碳素钢 (Carbon) 合金钢 (Alloy)v按有害成分：普通钢 S0.05 P0.045 优质钢 S0.045 P0.04 高级优质钢 S0.035 P0.03v按脱氧程度分： 沸腾钢 F 仅用锰脱氧 镇静钢 Z 采用硅或铝脱氧 半镇静钢 b 介入上述二者之间 特镇静钢 Tz 采用铝、硅脱氧v按炉种分：氧气顶吹转炉钢 平炉钢 电炉钢2) 钢材的主要力学性能vfy 屈服点 yield stress

2、 (yield strength)vfu 抗拉强度 ultimate stress (tensile strength)vE 弹性模量v伸长率 percent elongation%1000ll)65. 5(5:00005Aldl)30.11(10:000010Aldl伸长率的大小，代表延性的好坏。延性伸长率的大小，代表延性的好坏。延性(ductility)是钢是钢材抵抗塑性变形能力大小的量度。材抵抗塑性变形能力大小的量度。v冷弯性能 cold bending behavior%1000AAv 冲击韧性 impact toughness 冲击功 impact energy 夏比缺口韧性 Cha

3、rpy V-Notch toughness(CVN toughness)冲击功大小，代表韧性好坏。韧性冲击功大小，代表韧性好坏。韧性(toughness)是钢材是钢材抵抗冲击能力大小的量度。抵抗冲击能力大小的量度。v断面收缩率 percent reduction in areaZ 称为沿厚度方向拉伸试验的断面收缩率。P P d a 3) 钢材的化学成分v 碳C 强度提高，但塑性、冷弯、冲击、疲劳、 焊接性能下降。v锰Mn 是强度增强剂和弱脱氧剂，但对焊接不利， 不宜过多v硅Si 是强脱氧剂，可细化精粒，提高强度，且不影 响其它性能，但过量会恶化焊接性和抗锈性。v硫S(氧O) 有害元素，引起热脆

4、和分层。v磷P(氮N) 有害元素，引起冷脆。v其他合金(钒、铌、钛、铝、铜、铬、镍、钼等) 细化晶粒、提高强度、可焊性、耐候性等1) 基本要求和选材 对主要受力构件用钢的基本要求v应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作环境、钢板的厚度等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和质量等级。国内推荐采用B级和优于B级的Q235和Q345钢材。表2.1 Q235钢的化学成分和脱氧方法（GB/T700） 化学成分， Si S P 牌号 等级 C Mn 不大于 脱氧方法 A 0.140.22 0.300.55 0.050 B 0.120.20 0.300.70 0.045 0.045 F、b、Z C 0.

5、18 0.040 0.040 Z Q235 D 0.17 0.350.80 0.30 0.035 0.035 TZ 拉伸试验 冲击试验 屈服点s，N/mm2 伸长率s， 钢板厚度（直径） ，mm 钢板厚度（直径） ，mm 16 16 40 40 60 60 100 100 150 150 16 16 40 40 60 60 100 100 150 150 V 型 冲击功(纵向) J 牌号 等级 不小于 抗拉强度 b N/mm2 不小于 温度 不小于 A B 20 C 0 Q235 D 235 225 215 205 195 185 375460 26 25 24 23 22 21 -20 27

6、 表2.2 Q235的拉伸试验和冲击试验结果要求（GB/T700） 为什么会逐渐降低？为什么会逐渐降低？表2.3 Q235钢的冷弯试验结果要求（GB/T700） 冷弯试验 B=2a 180 a，钢材厚度（直径） ，mm 60 60100 100200 牌号 试样方向 弯心直径 d 纵向 a 2a 2.5a Q235 横向 1.5a 2.5a 3a 表2.4 部分低合金高强度钢的化学成分规定（GB/T1591） 化 学 成 分， 牌号 质量 等级 C Mn Si P S V Nb Ti Al Cr Ni Q345 A B C D E 0.20 0.20 0.20 0.18 0.18 1.001.

7、60 1.001.60 1.001.60 1.001.60 1.001.60 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.045 0.040 0.035 0.030 0.025 0.045 0.040 0.035 0.030 0.025 0.020.15 0.020.15 0.020.15 0.020.15 0.020.15 0.0150.060 0.0150.060 0.0150.060 0.0150.060 0.0150.060 0.020.20 0.020.20 0.020.20 0.020.20 0.020.20 0.015 0.015 0.015 表2.5 部分低合金高强度

8、钢的力学性能要求（GB/T1591） 屈服点s，N/mm2 冲击功，AkV，(纵向)，J 钢板厚度（直径） ，mm 伸长率 s， +20 0 -20 -40 180 弯曲试验 d=弯心直径； a=试样厚度(直径) 16 1635 3550 50100 钢材厚度(直径)，mm 牌号 质量 等级 不小于 抗拉强度 b N/mm2 不小于 16 16100 Q345 A B C D E 345 345 345 345 345 325 325 325 325 325 295 295 295 295 295 275 275 275 275 275 470630 470630 470630 470630

9、470630 21 21 22 22 22 34 34 34 27 d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a v采用焊接连接的节点，当采用焊接连接的节点，当板厚板厚40mm，且承受沿厚，且承受沿厚度方向的拉力作用时，应附加板厚方向断面收缩率度方向的拉力作用时，应附加板厚方向断面收缩率的要求，其值不得小于国家标准的要求，其值不得小于国家标准厚度方向性能钢厚度方向性能钢板板(GB5313)Z15级规定的允许值。以防止发生级规定的允许值。以防止发生层状层状撕裂撕裂破坏。破坏。 Z向钢性能试验方法向钢性能试验方法(a为板厚为板厚, l1.5d)

10、v厚度方向性能钢板厚度方向性能钢板(也称也称Z向钢板向钢板)分三级：分三级： Z15 Z25 Z35 z 15 25 35 S0.01% 0.007% 0.005% 厚度方向性能钢板拉伸试件制备图如下厚度方向性能钢板拉伸试件制备图如下v用于抗震结构的钢材应满足：用于抗震结构的钢材应满足：fu / fy1.2； 20，且应有明显的屈服台阶；，且应有明显的屈服台阶；具有良好的焊接性能和合格的冲击韧性。具有良好的焊接性能和合格的冲击韧性。v对要求屈服耗能的构件，其钢材的实际屈服强度不对要求屈服耗能的构件，其钢材的实际屈服强度不应大于标准屈服强度太多。目前国内尚无明确规定。应大于标准屈服强度太多。目前

11、国内尚无明确规定。v对于外露、非保温建筑中的钢结构宜采用耐大气腐对于外露、非保温建筑中的钢结构宜采用耐大气腐蚀和抗冷脆的钢材。蚀和抗冷脆的钢材。 2) 高层建筑用钢的发展v高层建筑结构用钢板高层建筑结构用钢板(YB4104-2000)在在Q235和和Q345的基础上，经改进生产工艺而制成的的基础上，经改进生产工艺而制成的用于高层建筑钢结构的高性能钢板，每个牌号分三个用于高层建筑钢结构的高性能钢板，每个牌号分三个质量等级质量等级(C,D,E)，分别规定了，分别规定了0，20 和和40 的冲击功指标。每个牌号又分为的冲击功指标。每个牌号又分为Z向钢和非向钢和非Z向钢。向钢。其命名如下其命名如下其中

12、其中x为为C、D、E质量等级，质量等级，y为为Z向钢性向钢性能级别能级别15、25、35 Q235GJx/(Zy) Q345GJx/(Zy)例如常用的强度等级为例如常用的强度等级为345MPa的钢，要求的钢，要求20 的冲击功保的冲击功保证且要求满足证且要求满足Z15的的Z向要求，则应采用向要求，则应采用Q345GJD/Z15高性能高性能钢。钢。Q345系列的高性能钢与普通系列的高性能钢与普通Q345钢和日本钢和日本SN490钢材的钢材的化学成分和强度设计值的取值对比见下表。化学成分和强度设计值的取值对比见下表。化学成分化学成分力学性能力学性能强度设计值强度设计值厚板时优势明显厚板时优势明显v

13、耐火耐候钢耐火耐候钢国内的耐火耐候钢尚无部标，国内的耐火耐候钢尚无部标，只有企业标准只有企业标准钢材耐火性能对比多数参照日本耐火钢标准研制多数参照日本耐火钢标准研制与非耐火钢板的区别为在与非耐火钢板的区别为在600高温时其屈服强度不低高温时其屈服强度不低于标准屈服强度最低值的于标准屈服强度最低值的2/3。国内的耐火钢的牌号有：国内的耐火钢的牌号有：上海宝钢：上海宝钢： B400RNQ(Q235级级)、B490RNQ (Q325级级)。其耐腐蚀性能为普通钢材的其耐腐蚀性能为普通钢材的28倍。倍。武钢：武钢： WGJ510C2(Q325级级)、WGJ590C2(Q410级级)。鞍钢也生产类似的耐火

14、耐候钢，强度等级为鞍钢也生产类似的耐火耐候钢，强度等级为Q235级和级和Q345级。级。3) 国内外钢材牌号的对应关系国国别别 中中国国 美美国国 日日本本 欧欧盟盟 英英国国 俄俄罗罗斯斯 澳澳大大利利亚亚 Q235 A36 SS400 SM400 SN400 Fe360 40 C235 250 C250 Q345 A242,A441, A572-50, A588 SM490 SN490 Fe510 FeE355 50B,C,D C345 350 C350 Q390 50F C390 400 Hd400 钢钢材材牌牌号号 Q420 A572-60 SA440B SA440C C440 4)

15、日本研制的若干新钢种日本研制的若干新钢种v高强高性能钢材高强高性能钢材TMCP490N/mm2钢，高性能钢，高性能590N/mm2 (SA440)钢和钢和780N/mm2级钢。级钢。v耐火钢耐火钢(Fire-Resistent Steel)。v日本研制了低屈服点钢日本研制了低屈服点钢Ly100和和Ly225。化学成分化学成分焊接性能中的碳当量焊接性能中的碳当量(Carbon Equivalents)由下式计算：由下式计算：144540624VMoCrNiMnSiCCeqBVMoNiCrCuMnSiCPCM510156020202030焊接裂缝敏感性焊接裂缝敏感性(Weld-cracking S

16、ensitivity Composition)由下式计算：由下式计算：低屈服点钢的机械性能和一般结构钢的对比低屈服点钢的机械性能和一般结构钢的对比低屈服点钢材具有良好的滞回性能低屈服点钢材具有良好的滞回性能(Hysteretic Behavior)5) 高层钢结构构件的常用型材和板材梁截面梁截面柱截面柱截面支撑截面支撑截面压型钢板压型钢板组合板的连接形式组合板的连接形式1) 焊接材料v手工焊接用焊条手工焊接用焊条药皮类型，电流形式药皮类型，电流形式焊接方位焊接方位熔敷金属化学熔敷金属化学成分分类号成分分类号 E43xx， E50 xxxxv自动及半自动埋弧焊用焊丝及焊剂，应符合国家相自动及半自动埋弧焊用焊丝及焊剂，应符合国家相应标准。应标准。v电渣焊用于焊接隐蔽焊缝电渣焊用于焊接隐蔽焊缝高层建筑钢结构高层建筑钢结构12) 紧固件v普通螺栓普通螺栓 4.6级、级、4.8级为级为C级螺栓，对孔的要求较松。级螺栓，对孔的要求较松。 5.6级、级、8.8级为级为A、B级螺栓，对孔的精度要求较高。级螺栓，对孔的精度要求较高。 上述第上述第1个数字代表螺栓材料的抗拉强度个数字代表螺栓材料的抗拉强度fu，为百分数；，为百分数； 第第2个数