土木工程材料第八章建筑钢材

本章学习目标了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则。第7章建筑钢材1、了解钢材的分类2、了解建筑钢材的技术性能及其选用本章考试大纲

建筑钢材钢结构用钢钢筋混凝土用钢17世纪70年代人类开始大量应用生铁作建筑材料，到19世纪初发展到用熟铁、软钢建造桥梁和房屋。19世纪中叶起，钢材的品种、规格、生产规模大幅度增长，钢材的强度不断提高，相应地其连接工艺技术也大为发展，为建筑结构向大跨重载方向发展奠定了重要基础。与此同时，钢筋混凝土的问世和20世纪30年代预应力混凝土的诞生，使近代建筑结构的型式和规模发生了飞跃性进展,随着钢的冶炼和加工技术的进步以及新型建筑结构对材料提出更高性能的要求，促使高强耐蚀的合金钢产量从60年代初开始大幅度增长。钢材及其与混凝土复合的钢筋混凝土和预应力混凝土，已成为现代建筑结构的主体材料。土木工程钢材的基本知识土木工程常用钢材其他金属材料铝及铝合金铜及铜合金铸铁钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁碳合金称为生铁。土木工程钢材是指用于钢结构的各种型钢、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。钢材是在严格的技术控制条件下生产的材料，与非金属材料相比，具有品质均匀稳定、强度高、塑性韧性好、可焊接和铆接等优异性能。钢材主要的缺点是易锈蚀、维护费用大、耐火性差、生产能耗大.

钢的冶炼

将生铁在炼钢炉中冶炼，使碳的含量降低到预定的范围，其他杂质含量降低到允许的范围，经烧铸即得到钢锭，再经过加工工艺处理后、得到钢材。钢主要用三种方法冶炼：氧气转炉钢用纯氧吹入铁液中是碳和杂质氧化电炉钢主要用废钢返回熔炼活动各种特殊钢平炉钢以煤气或重油作燃料，原料为铁液、废钢铁和适量的铁矿石，利用空气或氧气和铁矿石中的氧使碳和杂质氧化

钢的分类

一、按化学成分碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢二、按质量分普通钢优质钢高级优质钢特级优质钢三、按用途分结构钢工具钢特殊性能钢：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等四、按冶炼方法分按炉的种类平炉钢转炉钢电炉钢按脱氧程度沸腾钢（F）镇静钢（z）半镇静钢（b）建筑用钢主要用普通碳素结构钢中的低碳钢和低合金钢承受动荷载的重要焊接结构，只能使用镇静钢焊接结构，不得使用沸腾钢试题1.脱氧不完全,有害杂质磷、硫的偏析较严重的是().A.沸腾钢B.半镇静钢C.镇静钢D.低碳钢2.钢的含碳量为()A.>2.06%B.<0.04%C.0.02~0.03%D.0.04~2.06%3.低碳钢是指含碳量()A.<0.25%B.0.25~0.6%C.<0.6%D.>0.6%

试题4.钢的冶炼中加入少量的废钢的作用是().A.除去杂质B.调整炉渣的粘度C.调整炉温D.再次冶炼5(多选).下列说法正确的是()A.建筑钢材多为热轧钢B.建筑钢材多为冷轧钢C.钢材加工包括轧制、锻造、冷拔、冲压、冷拉等D.低碳钢比高碳钢的强度大E.低碳钢比高碳钢的韧性好试题6(多选).建筑工程中常用的钢是()A.高级优质钢B.优质碳素钢C.普通碳素钢D.低合金钢E.中高合金钢钢的晶体组成和化学成分

钢是一种多晶体材料。但晶体具有各向异性的特征，而多晶体则为各向同性。钢的宏观力学性能由其内部晶体结构和化学成分所决定。纯铁的晶格类型钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是铁-碳合金晶体，钢的晶格有两种构架，即体心立方晶格和面心立方晶格(见图2-15)。其晶体结构中，各个原子以金属键相互结合在一起，这种结合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑性。钢晶格的两种构架钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。钢的基本晶体组织

钢是以铁（Fe）为主的Fe-C合金。Fe-C合金于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体，称为钢的组织，在显微镜下能观察到它们的微观形貌图象，故也称显微组织。片状珠光体（1000倍）

针状和块状铁素体（100倍）

钢材在常温下主要有三种显微组织：铁素体:钢材中的铁素体系碳在α-Fe中的固溶体，由于α-Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少（小于0.02％），由此决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高达6.67％，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量较低(0.8％)，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。

此外，钢材在温度高于723℃时，还存在奥氏体。奥氏体为碳在γ-Fe中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可达2.06％，低温下降至0.8％。其强度、硬度不高，但塑性好。碳钢处于红热状态时即存在这种组织，这时钢易于轧制成型。

化学成分对钢性能的影响

除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些的其他元素。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等；另一类能劣化钢材的性能，其中硅、锰、钛、钒、铌等为合金元素。磷、氮、硫、氧等为杂质。

属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。这些成分含量少，但对钢的性能影响很大。化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他碳（C）<0.8%↑↑↑↓↓↓冷脆性↑硅（Si）>1%↑↓↓↓↓冷脆性↑锰（Mn）↑↑↑↑脱氧、硫剂钛（Ti）↑↑↑↓↑强脱氧剂钒（V)↑↑时效↓磷（P）↑↑↓↓↓偏析、冷脆↑↑氮（N）↑↑↓↓↓↓冷脆性↑硫（S）↑↓↓热脆性↑氧（O）↑↓↓↓化学元素对钢材性能的影响

试题1(多选).钢材化学成分中的有害成分是()A.碳B.磷C.硅D.锰E.氧F.硫2(多选).钢材中S含量的提高会导致()A.热脆提高B.可焊性下降C.韧性提高D.耐疲劳性下降E.耐蚀性上升3(多选).钢材中O含量的提高会导致()A.韧性下降B.可焊性下降C.耐磨性上升D.强度下降E.耐蚀性上升试题4（多选）.下列能使钢材发生冷脆的化学成分是()A.碳B.磷C.氧D.硫

钢材的力学性能

钢材的力学性能主要有抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳和硬度等。抗拉性能抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。建筑钢材的抗拉性能，可用低碳钢受拉时的应力一应变图来阐明，图中明显地分为以下四个阶段：二、钢筋的应力-应变关系Stress-StrainRelation

ABCDE弹性阶段(OA段)：在OA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与A点相对应的应力为弹性极限。此阶段应力与应变成正比，即产生单位弹性应变时所需的应力大小。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。屈服阶段(AB段)：当荷载增大，试件应力超过A时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。图中B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，B下点称为屈服下限。由于B下比较稳定易测，

故—般以B下点对应的应力作为屈服点。钢材受力达屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据。强化阶段(BC段)：当荷载超过屈服点以后，由了试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高，故称为强化阶段。对应于最高点C的应力，称为抗拉强度。

工程上使用的钢材，不仅希望具有高的屈服强度，还希望具有一定的屈强比。屈强比越小，钢材在受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全。

但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为0．6～0．75。颈缩阶段(CD段)

当钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象”，由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。将拉断后的试件于断裂处对接在一起，测得其断后标距Ll。标距的伸长值与原始标距(L0)的百分比称为伸长率。冷弯性能

冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，为钢材的重要工艺性质。钢材的冷弯性能是以试验时的弯曲角度(a)和弯心直径(d)为指标表示。钢材冷弯试验是通过直径(或厚度)为a的试件，采用标准规定的弯心直径d(d=na)，弯曲到规定的角度(180或90)时，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象，若无则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时的弯曲角度愈大，弯心直径愈小，则表示其冷弯性能愈好。

钢材的冷弯性能和其伸长率一样，也是表明钢材在静荷下的塑性，而且冷弯是在苛刻条件下对钢材塑性的严格检验，它能揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力及夹杂物等缺陷。在工程中，冷弯试验还被用作对钢材焊接质量进行严格检验的一种手段。冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。将有缺口的标准试件放在冲击试验机的支座上，用摆锤打断试件，测得试件单位面积上所消耗的功，作为冲击韧性指标，用冲击值ak表示ak值愈大，表明钢材在断裂时所吸收的能量越多，则冲击韧性越好。

钢的化学成分及冶炼、加工质量都对冲击韧性能有明显的影响。例如，钢中磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物、气孔和焊接中形成的微裂纹等，都会使冲击韧性显著降低。除此以外，钢的冲击韧性受温度的影响较大，冲击韧性随温度的下降而减小，当降到一定温度范围时，。ak值急剧下降，从而可使钢材出现脆性断裂．这种性质称为钢的冷脆性。所以，在负温下使用的钢材，特别是承受动荷载的重要结构，必须要检验其低温下的冲击韧性。硬度:硬度是衡量钢的软硬程度的一个指标，它是表示钢材表面局部体积内，抵抗变形或破裂的能力，也即指抵抗其他更硬的物体压入钢材表面的能力。测定钢材硬度的方法很多，建筑钢材常用的是布氏法，所测硬度称布氏硬度。布氏硬度是用一定直径D(mm)的硬质钢球,在规定荷载P(N)作用下压入试件表面，并持续一定时间后卸裁，量出压痕直径d(mm)，然后计算每单位压痕球面积所承受的荷载值，即布氏硬度值(HD)，见图。

疲劳强度受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。

钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低（如图所示）。

钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳强度极限，实际测量时常以2×10^6次应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如组织结构、表面状态、合金成分、夹杂物和应力集中几种情况。一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。

焊接性能

焊接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。焊接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。

钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。

钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过0.25％时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定

钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。

钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过0.25％时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定。

冷加工时效及其应用

将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使之产生一定的塑性变形，强度明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称为钢材的冷加工强化。

工程中常对钢筋进行冷拉或冷拔加工，以期达到提高钢材强度和节约钢材的目的。钢筋冷拉是在常温下将其拉至应力超过屈服点，但远小于抗拉强度时即卸荷。冷拔是将6一8mm的光圆钢筋，通过一钨合金拔丝模孔而被强力拉拔，使其径向挤压缩小而纵向伸长。冷加工强化

将经过冷拉的钢筋。于常温下存放15—20d，或加热到100—200℃并保持2～3h后，则钢筋强度将进一步提高，这个过程称为时效处理，前者称自然时效，后者称为人工时效、通常对强度较低的钢筋可采用自然时效，强度较高的钢筋则需采用人工时效。时效作用：屈服强度提高，抗拉强度提高，塑性、韧性降低，钢材利用率增加

时效冷加工强化作用：屈服强度提高，塑性、韧性降低，钢材长度增加试题1(多选).检测碳素结构质量，必须作的检验项目是()A.硬度B.冷弯C.拉伸D.冲击韧性E.疲劳强度2.工程结构钢不必作的检测项目是()A.屈服强度B.冷弯C.冲击韧性D.硬度3.当含碳量()时,碳素钢具有良好的可焊性.A.<2.06%B.<0.25%C.>0.04%D.0.04~2.06%试题4.表明钢材超过屈服点工作时的可靠指标是()A.屈强比B.屈服比C.比强度D.屈服强度5.合金钢的屈强比一般为A.0.58~0.63B.0.6~0.75C.0.7~0.85D.>0.86(多选).下列关于屈强比的说法正确的是()A.屈强比越大越好B.屈强比越小越好C.屈强比越小,材料越安全D.屈强比越小越经济E.屈强比越大越经济试题7.既能揭示钢材内部组织缺陷,又能反映钢材在静载下的塑性的是()A.冷拉B.冷拔C.冷弯D.冲击韧性8.冷弯()条件下钢材的塑性.A.高温B.正常C.恶劣D.低温9.同一钢材分别以5倍和10倍直径作为原始标距,所测得的伸长率的关系是()A.>B.<C.=D.不确定

建筑工程用钢主要有钢结构用钢和钢筋混凝土用钢两类。

主要钢种

碳素结构钢

国家标准GB700-88《碳素结构钢》中规定，牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。其中以“Q”代表屈服点；屈服点数值共分195MPa、215MPa、235MPa、255MPa和275MPa五种；质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别为A、B、C、D符号表示；

试题10(12,多选)钢筋成型前加工的工作内容主要包括()A.调直B.绑扎C.安装D.除锈E.冷拉

脱氧方法以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表示镇静钢和特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号中予以省略。随着牌号的增大，对钢材屈服强度和抗拉强度的要求增大，对拉长率的要求降低。

碳素结构钢的牌号和化学成分应符合表8.1规定。碳素结构钢的力学性能、牌号、等级指标见表8.2。其冷弯性能指标见表8.3。例如：Q235－A·F表示屈服点为235Mpa的A级沸腾钢。

随着牌号的增大，其含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如Q235C、Q235D级优于Q235A、Q235B级。

钢结构中，主要应用的是碳素钢Q235。还有其它几种碳素结构钢常用于土木工程中。Q195——强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，主要用于轧制薄板和盘等。Q215——与Q195钢基本相同，其强度稍高，大量用做管坯、螺栓等。Q235——强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也较好，是钢结构常用的牌号，大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。Q235良好的塑性可保证钢结构在超载、冲击、焊接、温度应力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能满足一般钢结构用钢的要求Q235-A一般用于只承受静荷载作用的钢结构。Q235-B适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构，Q235-C适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构，

Q235-D适合用于低温环境使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。Q255——强度高、塑性和韧性稍差，不易冷弯加工，可焊性较差，主要用做铆接或栓接结构，以及钢筋混凝土的配筋。Q275——强度、硬度较高，耐磨性较好，但塑性、冲击韧性和可焊性差，不宜在建筑结构中使用，主要用于制造轴类、农具、耐磨零件和垫板等。低合金高强度结构钢

低合金高强度结构钢的牌号的表示方法为：屈服强度－质量等级，它以屈服强度划分成五个等级：Ｑ295、Q345、Q390、Q420、Q460，质量也分为五个等级：E、D、C、B、A。

国家标准GB1591-94《低合金高强度结构钢》

规定了各牌号的低合金高强度结构钢的化学成力学性能和工艺性能。由于合金元素的强化作用，使低合金结构钢不但具有较高的强度，且具有较好的塑性、韧性和可焊性。

低合金高强度结构钢广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。

钢筋混凝土用钢材

热轧钢筋

钢筋混凝土用热轧钢筋，根据其表面状态特征分为光圆钢筋和带肋钢筋。其力学性能和用途见表8.6和表8.7I级钢筋由碳素结构钢轧制，其余均由低合金钢轧制。I级钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋。

II级和III级钢筋的强度较高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。

IV级钢筋强度高，但塑性和可焊性较差，可用作预应力钢筋。力学性能和工艺性能表面形状钢筋级别强度等级代号公称直径(mm)屈服点σs(MPa)抗拉强度σb(MPa伸长率δ(%)冷弯d-弯心直径a-钢筋直径不小于光圆ⅠHPB2358～2023541023180°d=0.5a光圆钢筋的力学性能和工艺性能（GB/T701-1997）热轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能(GB1499-1998)牌号公称直径(mm)屈服点σs(MPa)抗拉强度σb(MPa伸长率δ(%)冷弯d-弯心直径a-钢筋直径不小于HRB3356～2528～50335490163a4aHRB4006～2528～50400570144a5aHRB5006～2528～50500630126a7a

预应力混凝土用热处理钢筋热处理钢筋是钢厂将热轧的带肋钢筋(中碳低合金钢)经淬火和高温回火调质处理而成的。

其特点是塑性降低不大，但强度提高很多，综合性能比较理想。其主要用于预应力混凝土轨枕，代替碳素钢丝。

冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝是将直径为6.5～8mm的Q235热轧盘条钢筋，经冷拔加工而成。根据标准GB50204一92的规定，冷拔低碳钢丝分为甲、乙两级，

甲级丝适用于作预应力筋，乙级丝适用于作焊接网、焊接骨架、箍筋和构造钢筋。预应力混凝土用钢丝和钢绞线

根据GB/T5223--1995《预应力混凝土用钢丝》规定，预应力混凝土用钢丝是用优质碳素结构钢制成，抗增强度高达1470～1770MPa，分为消除应力光圆钢丝（代号为S）、消除应力刻痕钢丝（SI）、消除应力螺旋力钢丝（SH）和冷拉钢丝（RCD）四种。刻痕钢丝和螺旋肋钢丝与混凝土的粘结力好，亦即钢丝与混凝土的整体性能好；消除

应力钢丝的塑性比冷拉钢丝好。预应力混凝土用钢丝按松弛分为两级：Ⅰ级松弛（普通松弛）、Ⅱ级松弛（低松弛）。

预应力混凝土钢丝和标记方式为：

预应力钢丝直径—抗拉强度—代号—松弛等级—--GB/T5223—1995

根据GB5224—1995《预应力混凝钢绞线》规定，预应力混凝钢绞线是以数根优质碳素结构钢丝以绞捻和消除内应力的热处理而制成。根据钢丝的股数分为三种结构类型：1×2、1×3、和1×7。1×7结构钢绞线以一根钢丝为芯、6根钢丝围绕其

周围捻制而成。钢绞线与混凝土的粘结力较好。钢绞线的标记方式为：

预应力钢绞线结构类型—公称直径—强度级别—松弛等级—GB/T5224-1995冷轧带肋钢筋（GB13788-2000）

冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1175五个牌号。CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其它牌号为预应力混凝土用钢筋CRB550冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能(GB13788-2000)牌号抗拉强度不小于(MPa)伸长率不小于δ10（%）弯曲180°CRB5505508.0D=3d冷轧扭钢筋（JG3046-1998）

冷轧扭钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经专用冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型，具有规定截面形状和节距的连续螺旋状钢筋冷轧扭钢筋的力学性能和工艺性能(JG3046-1998)抗拉强度不小于(MPa)伸长率不小于δ10（%）弯曲180°5804.5D=3d试题1.Q235-BF表示()A.屈服点为235MPa的半镇静钢B.屈服点为235MPa的B级沸腾钢

C.屈服点为235MPa,半镇静沸腾钢

D.屈服点为235MPa,沸腾钢2(多选).下列属于低合金结构钢的是().A.Q235B.Q255

C.Q275D.Q295E.Q345试题3(多选).下列说法正确的是().A.建筑钢材应用最广泛的是Q235B.建筑钢材应用最广泛的是Q255C.Q235D的质量比Q235C的质量好D.Q235A可用于承受动荷载结构E.Q235C用于承受低温下动荷载焊接的重要钢结构4.(多选)下列可用于预应力钢筋的是()A.HRB500B.CRB550C.CRB650D.CRB800E.HRB400

钢结构用钢材

钢结构用钢主要是热轧成形的钢板和型钢等；薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢；钢材所用的母材主要是普通碳素结构钢及低合金高强度结构钢。

热轧型钢

钢结构常用的型钢有：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边型钢等。型钢由于截面形式合理，材料在截面上分布对受力最为有利，且构件间连接方便，所以它是钢结构中采用的

主要钢材。型钢的规格通常以反映其断面形状的主要轮廓尺寸来表示。热轧普通工字钢

工字钢是截面为工字型、腿部内侧有1:6斜度的长条钢材。工字钢广泛应用于各种建筑结构和桥梁，主要用于承受横向弯曲（腹板平面内受弯）的杆件，但不宜单独用作轴心受压构件或双向弯曲的构件。热轧H型钢和剖分T型钢

H型钢由工字钢发展而来，优化了截面的

分布。与工字钢相比，H型钢具有翼缘宽、侧向刚度大、抗弯能力强、翼缘两表面相互平行、连接构件方便、省劳力、重量轻、节省钢材等优点。H型钢分为宽翼缘（代号为HW）、中翼缘（HM）和窄翼缘H型钢（HN）以及H型钢桩（HP）。H型钢截面形状经济合理，力学性能好，常用于要求承载力大、截面稳定性好的大型建筑（如高层建筑）。T型钢由H型钢对半剖分而成。热轧普通槽钢

槽钢是截面为凹槽形、腿部内侧有1:10斜度的长条

钢材。规格以“腰高度×腿宽度×腰厚度”（mm）或“腰高度＃”（cm）表示。同一腰高的槽钢，若有几种不同的腿宽和腰厚，则在其后标注a、b、c表示该腰高度下的相应规格。槽钢的规格范围为5＃～40＃。槽钢可用做承受轴向力的杆件、承受横向弯曲的梁以及联系杆件，主要用于建筑钢结构、车辆制造等。

钢板和压型钢板用光面轧辊轧制而成的扁平钢材，以平扳状态供货的称钢板；以卷状供货的称钢带。根据轧制温度

不同，又可分为热轧和冷轧两种。建筑用钢板及钢带的钢种主要是砍紊结构钢，重型结构、大跨度桥梁、高压容器等由采用低台金钢钢板。

按厚度来分，热轧钢板分为厚板(厚度大于4mm)和薄板(厚度为0.35—4mm)两种；冷轧钢板只有薄板(厚度为0.2-0.4mm)一种。厚板可用于焊接结构;薄板可用作屋面或场面等围护结构．或作为涂层钢板的原料．如制作压型钢板等：钢板可用来弯曲型钢.

薄钢板经冷压或冷轧成波形、双曲形、v形等形状，称为压型钢板。制作压型钢板的板材采用有机

涂层薄钢板(或称彩色钢板)般锌薄钢板、防腐薄钢板或其他薄钢板。

压型钢板具有单位质量轻、强度高、抗震性能好、施工快、外形美观等特点，主要用于围护结构、楼板、屋面等。

冷弯薄壁型钢结构用冷弯空心型钢

空心型钢是用连续辊式冷弯机组生产的，按形状可分为方形空心型钢（代号为F）和矩形空心型钢（代号为J）。

通用冷弯开口型钢

冷弯开口型钢是用可冷加工变形的冷轧或热轧钢带在连续辊式冷弯机组上生产的，按形状分为8种：冷弯等边角钢、冷弯不等边角钢、冷弯等边槽钢、冷弯不等边槽钢、冷弯内卷边槽钢、冷弯外卷边槽钢、冷弯Z型钢、冷弯卷边Z型钢。

钢材的锈蚀和防止

钢材的腐蚀

钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀指钢材与周围的介质（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢，但在温度高和湿度较大时腐蚀速度大大加快。

电化学腐蚀

化学腐蚀

钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液(如水)存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池。整个电化学腐蚀过程如下：

阳极区：Fe=Fe2++2e

阴极区：2H2O+2e+1/2O2=2OH-+H2O

溶液区：Fe2++2OH-=Fe(OH)2

Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

水是弱电解质溶液，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，从而加速电化学腐蚀的过程。钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所致，但以电化学腐蚀为主。

钢材的防护

钢材的腐蚀既有内因（材质），又有外因（环境介质的作用），因此要防止或减少钢材的腐蚀可以从改变钢材本身的易腐蚀性，隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程三方面入手。采用耐候钢

耐候钢即耐大气腐蚀钢。耐候钢是在碳素钢和低合金钢中加入少量铜、铬、镍、钼等合金元素而制成。这种钢在大气作用下，能在表面形成一种致密的防腐保护层，起到耐腐蚀作用，同时保持钢材良好的焊接性能。耐候钢的强度级别与常用碳素钢和低合金

钢一致，技术指标也相近，但其耐腐蚀能力却高出数倍。耐候钢的牌号、化学成分、力学性能和工艺性能可参见国家标准GB4172－84《焊接结构用耐候钢》和GB4171－84《高耐候性结构钢》。金属覆盖

用耐腐蚀性好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，提高钢材的耐腐蚀能力。常用的方法有：镀锌（如白铁皮）、镀锡（如马口铁）、镀铜和镀铬等。根据防腐的作用原理可分为阴极覆盖和阳极覆盖。

A.阴极覆盖采用电位比钢材高的金属覆盖，如镀锡。所盖金属膜仅为机械地保护钢材，当保护膜

破裂后，反而会加速钢材在电解质中的腐蚀。

B.阳极覆盖采用电位比钢材低的金属覆盖，如镀锌，所覆金属膜因电化学作用而保护钢材。非金属覆盖

在钢材表面用非金属材料作为保护膜，与环境介质隔离，以避免或减缓腐蚀。如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。

涂料通常分为底漆、中间漆和面漆。底漆要求有比较好的附着力和防锈能力，中间漆为防锈漆，面漆要求有较好的牢度和耐候性以保护底漆不受损伤或风化。一般应用为两道底漆（或一道底漆和

一道中间漆）与两道面漆，要求高时可增加一道中间漆或面漆。使用防锈涂料时，应注意钢构件表面的除锈以及低漆、中间漆和面漆的匹配。

常用底漆有：红丹底漆、环氧富锌漆、云母氧化底漆、铁红环氧低漆等。

中间漆有：红丹防锈漆、铁红防锈漆等。

面漆有：灰铅漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。混凝土用钢筋的防锈

在正常的混凝土中pH值约为12，这时在钢材表面能形成碱性氧化膜（钝化膜），对钢筋起保护作用。

若混凝土碳化后，由于碱度降低（中性化）会失去对钢筋的保护作用。此外，混凝土中氯离子达到一定浓度，也会严重破坏表面的钝化膜。

为防止钢筋锈蚀，应保证混凝土的密实度以及钢筋外侧混凝土保护层的厚度，在二氧化碳浓度高的工业区采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，限制含氯盐外加剂掺量并使用混凝土用钢筋防锈剂。预应力混凝土应禁止使用含氯盐的骨料和外加剂。钢筋涂覆下氧树脂或镀锌也是一种有效的防锈措施。

铝及铝合金

基本知识

铝是一种银白色的轻金属，属于有色金属，纯铝的比重削，仅2.7g/cm3，为铁的三分之一，熔点较低（660℃），具有良好的导热性、导电性、反辐射性能及耐腐蚀性能，并有易于加工和焊接等特点。

防锈铝

防锈铝是铝镁或铝锰的合金。其特点是耐蚀性较高，抛光性好，能长期保持其光亮的表面，其强度比纯铝高，塑性及焊接性能良好，但切削加工性

不良，可用于承受中等或低负载及要求耐腐蚀及光洁表面的构件、管道等。硬铝

硬铝是铝和铜或再加入镁、锰等组合的合金，建筑工程上主要为含铜（3.8％～4.8％）、镁（0.4％～0.8％）、锰（0.4％～0.8％）、硅（不大于0.8％）的铝合金，称为硬铝。经热处理强化后，可获得较高的强度和硬度，耐腐蚀性好。建筑上可用于作承重结构或其他装饰制件，其强度极限可达330～490MPa，伸长率可达12％～20％，布氏硬度值HB可达1000MPa，是发展轻型结构的好材料。超硬铝

超硬铝是铝和锌、镁、铜等的合金。经热处理强化后，其强度和硬度比普通硬铝更高，塑性及耐蚀性中等，切削加工性和点焊性能良好，但在负荷状态下易受腐蚀，常用包铝方法保护，可用于承重构件和高荷载零件。锻铝

锻铝是铝和镁、硅及铜的合金。除具有较高的强度外，还有良好的高温塑性及焊接性，但易腐蚀，适宜作承重中等荷载的构件。

铝在建筑上，早在80多年千就已被作为装饰材料，逐渐发展应用到窗框、幕墙，以及结构构件。1970年美国建筑上用铝量约为100多万吨，20年中，增长了4倍，占其全国铝消耗量的1/4以上。1973年日本在建筑上使用铝占其全国总耗铝量的1/3，在房屋建筑中使用600kt以上。

铝合金制品铝合金门窗

铝合金门窗用已表面处理过的型材和配件组合装配而成。主要有推拉窗，平开窗，悬挂窗等。具有

质量轻、气密性，水密性和隔声性能好，色泽美观，不锈蚀，不褪色，经久耐用，有利于工业化生产。铝合金装饰板

铝合金花纹板采用铝合金坏料花纹轧辊制成。有针状、扁