建筑钢材的性能

2/4/20231第13章

建筑钢材的性能13.1建筑结构钢的品种和规格13.2建筑钢材的力学性能13.3钢结构选材要求13.4钢材及其连接的强度取值2/4/2023213.1建筑结构钢的品种和规格建筑结构钢的种类碳素结构钢低碳钢：碳含量<0.25%中碳钢：碳含量0.25%~0.6%高碳钢：碳含量0.6%~1.4%13.1.1建筑结构钢的种类和牌号建筑结构用钢多采用低碳钢高强度螺栓采用中碳钢建筑结构钢不采用高碳钢2/4/20233低合金高强度结构钢锰系合金钢硅锰系合金钢硅钒系合金钢硅钛系合金钢2/4/20234钢材牌号碳素结构钢牌号：Q195、Q215、Q235、Q255,Q275等级：A、B、C、D四级低合金高强度结构钢牌号：Q295——12Mn、09MnVQ345——16Mn、12MnVQ390——15MnV、15MnTiQ420，Q460等级：A、B、C、D、E五级2/4/20235铸造碳钢ZG200-400ZG230-450ZG270-500ZG310-570螺栓用钢碳钢或合金钢制造抗拉强度（t/cm2）.屈强比

普通螺栓：4.6级、4.8级、5.6级、8.8级高强度螺栓：8.8级、10.9级铸钢代号ZG、屈服点强度fy-抗拉强度fu2/4/2023613.1.2钢材品种和规格热轧钢板规格厚钢板：厚度4.5~60mm薄钢板：厚度0.35~4mm扁钢：厚度4~60mm，宽度30~200mm表示方法符号“—”后加“厚宽长”或“长宽厚”例如：—128002100—120040082/4/20237热轧型钢工字钢普通工字钢以截面高度的cm数编号（20号以上分a、b、c）：I30a，I30b，I30c轻型工字钢（腹翼均较薄）H型钢宽翼缘：HK（B=H）窄翼缘：HZ（B=0.33H~0.5H）2/4/20238角钢等边角钢：以边宽和厚度表示不等边角钢：以长边宽、短边宽和厚度表示

如：Ⅼ1008Ⅼ100808槽钢普通槽钢，轻型槽钢以高度的cm数表示，⊏30a钢管无缝钢管+焊接钢管外径厚度如：20062/4/20239冷加工薄壁钢板冷弯薄壁型钢Q235或Q345薄钢板经模压或弯曲而成厚度1.5~5mm彩色钢板防锈涂层彩色压型钢板夹芯彩色钢板2/4/202310活动板房2/4/20231113.2建筑钢材的力学性能单向拉伸力学性能抗拉强度屈服强度fy强度极限fu屈强比fy/fu13.2.1钢材的静态力学性能2/4/202312塑性伸长率（延伸率）断面收缩率物理性质指标材料模量：弹性模量E、剪变模量G材料性能：质量密度线膨胀系数附表322/4/202313复杂应力下的屈服条件采用理论：第四强度理论屈服条件三向应力状态二向应力状态一般受弯梁纯剪应力2/4/202314一、冷弯性能冷弯性能的概念钢材在冷加工产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力冷弯试验试验机上按照规定的弯心直径d，通过冷冲头加压试件弯曲至180°13.2.2冷弯性能和冲击韧性2/4/202315冷弯试验结果放大镜检查若表面不出现裂纹和分层=合格若表面出现裂纹或分层=不合格它是鉴定钢材塑性应变能力和质量的综合指标2/4/202316冲击韧性冲击韧性指标夏比V型缺口，冲击功

Akv

与温度有关2/4/202317

常温塑性性能好低温脆变性：钢材很明显冲击韧性指标的要求Q235钢：20C、0C、-20C，Akv

27JQ345、Q390钢：

20C，Akv

34J0C，Akv

34J-20C，Akv

34J-40C，Akv

27J钢材质量等级划分的依据2/4/202318一、可焊接性可焊性的概念在一定工艺条件下，钢材经受住焊接时产生的高温热循环作用焊缝金属和邻近焊缝区钢材不产生裂纹，焊接后焊缝的主要力学性能不低于母材的力学性能可焊性的含义钢材本身具有可焊接的条件接头强度、刚度与母材相等或相近13.2.3钢材的可焊性和其他性能2/4/202319二、钢材的其他性能耐腐蚀性一般钢材耐腐蚀性差，需喷涂或电镀保护耐候钢，耐大气腐蚀能力强耐火性耐火性能差（耐火极限30min以内）需要包裹或喷涂防护Z向性能厚钢板（t40mm）金属夹杂引起分层，厚度方向即Z向受拉性能大大降低。为避免Z向受力时出现撕裂，厚度方向的收缩率不能太小=Z向性能。断面收缩率>15%国产厚钢板Z向性能2/4/20232013.2.4影响钢材性能的主要因素化学成分主要元素铁Fe：钢的基本元素，纯铁软、强度低碳C：形成钢材强度的主要成分结构钢碳含量不宜过高：低碳钢有益元素锰Mn，硅Si：脱氧剂，合金元素钒V，铌Ni，钛Ti：合金元素铝，铬，镍：铝强脱氧剂，铬、镍合金元素2/4/202321有害元素磷P：强度、硬度、耐磨性，塑性、韧性和可焊性硫S：热脆，可焊、耐疲劳、韧性、抗磨氧O：韧性、可焊性氮N：使钢冷脆，也可作为合金元素存在各种化学成分的含量要求见：表13-2碳素结构钢化学成分表13-3低合金高强度结构钢的牌号化学成分2/4/202322冶金工艺工艺过程炼钢浇注轧制炼钢炉炉种平炉钢：工艺成熟、质量好，成本较高转炉钢：氧气转炉钢周期短，成本低，质量不亚于平炉钢，广泛采用电炉钢：成本高，不作为建材使用2/4/202323浇注与脱氧方式浇注

熔炼后的钢水出炉后，先放在盛钢液的罐内，再注入钢锭模，冷却形成钢锭脱氧方式浇注成锭过程中，因钢液中残留氧会使钢材晶粒粗细不均匀而容易发生热脆，故必须加入脱氧剂以消除氧

沸腾钢F镇静钢Z

半镇静钢b特殊镇静钢TzZ、Tz可以省略。2/4/202324Q235A、B级可以是F、b或ZQ235C级只能是ZQ235D级只能是TzQ345A、B级只有ZQ345C、D、E级只有Tz质量等级和脱氧方式2/4/202325钢材轧制轧制过程：高温下，轧钢机将钢锭轧制成钢坯再通过不同形状和尺寸的轧钢机最后形成型材或板材轧制影响晶粒变得细小致密气泡、裂纹等缺陷焊合轧制的薄型材、薄钢板强度较高、塑性韧性较好薄材性能优于厚材性能钢材性能参数需要根据厚度分组详见表13-5和表13-62/4/202326冶金缺陷缺陷类型

（1）偏析：化学成分不一致、不均匀（2）非金属夹杂：含硫化物、氧化物（3）气孔：浇注钢锭时由Fe和C生成的CO

气体不能充分逸出而形成（4）裂纹：冷脆、热脆和不均匀收缩形成（5）分层：浇注时的非金属夹杂物轧制后形成钢材的分层对钢材性能影响：负面影响2/4/202327钢材硬化时效硬化（老化）应变硬化时效应变硬化温度影响影响曲线强度曲线刚度曲线塑性曲线2/4/202328高温强度失效案例韧性与温度的关系低温冷脆脆性转变温度区T1T2T0转变温度2/4/202329应力集中静力荷载下常温构件不考虑动力荷载下或负温下工作的构件，问题突出。应有减小应力集中措施反复荷载作用疲劳破坏低应力破坏脆性破坏疲劳裂纹钢结构中控制应力幅！2/4/20233013.3钢结构选材要求钢结构对材料的要求较高的抗拉强度fu和屈服点fyfy高可使自重，造价fu高可增加结构的安全保障13.3.1钢结构对材料的要求2/4/202331较高的塑性和韧性不至于发生脆性破坏调整局部应力抗重复荷载作用良好的工艺性能冷加工、热加工性能可焊性其他——适应环境的能力高、低温腐蚀介质2/4/202332选材考虑因素结构的重要性荷载情况（静、动）连接方法温度和环境钢材厚度2/4/202333承重结构钢材保证内容抗拉强度、屈服点、延伸率硫、磷的极限含量冷弯合格保证焊接承重结构的钢材重要的非焊接承重结构的钢材13.3.2钢材的选择2/4/202334冲击韧性合格保证需要验算疲劳的以及主要的受拉或受弯的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证当结构工作温度0C但-20C时，Q235钢和Q345钢应具有0C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20C冲击韧性的合格保证2/4/202335当结构工作温度-20C，Q235钢和Q345钢应具有-20C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40C冲击韧性的合格保证选材建议参考表13-42/4/202336强度取值方法标准值平均值基础上减小冶金出厂标准：不低于95%保证率取值见表13-5和表13-6强度设计值强度标准值除以材料抗力分项系数13.4钢材及其连接

的强度取值2/4/202337结构钢材强度设计值抗拉、抗压、抗弯强度设计值

屈服强度标准值除以抗力分项系数

Q235钢1.087，Q345、Q390和Q420钢1.111端面承压强度设计值

极限强度除以抗力分项系数系数Q235、Q345钢1.15，Q390、Q420钢1.175抗剪强度设计值

取抗拉（压）强度的0.58倍按5N/mm2

修约2/4/202338钢铸件强度设计值抗拉、抗压、抗弯强度设计值计算结果修约到5MPa端面承压强度设计值抗剪强度设计值2/4/202339焊缝强度对接焊缝

抗压强度、抗剪强度设计值，取母材强度抗拉强度，1、2级焊缝取母材强度

3级焊缝取0.85倍母材强度角焊缝

抗拉