《建筑材料》课件-建筑钢材的标准与选用

建筑材料建筑钢材的标准与选用1、建筑钢材的主要钢种2、钢筋混凝土结构用钢3、钢结构用钢4、建筑钢材的选用原则

1、建筑钢材的主要钢种建筑钢材可分为钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢两大类。钢结构用钢：型钢、钢板钢筋混凝土结构用钢：钢筋、钢丝、钢绞线

工程中常用钢种主要有碳素结构钢和合金钢两大类，其中合金钢中使用较多的是普通低合金高强度结构钢。（1）碳素结构钢（2）低合金高强度结构钢（1）碳素结构钢1）碳素结构钢的牌号及其表示方法GB/T700-2006《碳素结构钢》规定，钢的牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号四个部分按顺序组成。

其中，以“Q”代表屈服强度；屈服强度数值共分195MPa、215MPa、235MPa和275MPa四种；质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别由A、B、C，D符号表示；脱氧方法以F代表沸腾钢、b表示半镇静钢、Z和TZ分别表示镇静钢和特殊镇静钢。碳素结构钢的牌号组成中，表示镇静钢的“Z”和表示特殊镇静钢的“TZ”可以省略。

例如，Q235-A.F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢；Q215-B表示屈服点为215MPa的B级镇静钢。2）碳素结构钢的性能及选用

钢材的选用一方面要根据钢材的质量、性能及相应的标准，另一方面要根据工程使用条件对钢材性能的要求。①Q195号、Q215号钢强度低，但具有较好的塑性和韧性，冷弯性能较好，易于冷弯加工，常用作钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。Q215号钢经冷加工后可代替Q235号钢使用。②Q235号钢既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可焊性也较好，且经焊接和气割后力学性能亦仍稳定，有利于冷加工，故广泛地用于桥梁构件及钢筋混凝土结构中的钢筋等，是目前应用最广泛的钢种。③Q255号、Q275号钢强度较高，硬而脆，塑性、韧性和可焊性较差，不易焊接和冷加工，适于制作耐磨构件、机械零件和工具。也可以用于钢结构构件。（2）低合金高强度结构钢

是一种在碳素钢的基础上添加总量小于5%的一种或多种合金元素的钢材。具有强度高、塑性和低温冲击韧性好、耐腐蚀性好等特点。所加入合金元素主要有锰、硅、钡、钛、铬、镍等及稀土元素等。1)低合金高强度结构钢的牌号及其表示方法

国标《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-1994)规定，低合金高强度结构钢共有五个牌号：Q295、Q345、Q390、Q420和Q460。其牌号的表示方法是由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级(分A、B、C、D，E五级)三个部分组成。2）低合金高强度结构钢的性能及应用

钢材的选用一方面要根据钢材的质量、性能及相应的标准，另一方面要根据工程使用条件对钢材性能的要求。

低合金高强度钢的含碳量一般都较低，以便于钢材的加工和焊接要求。其强度的提高主要是靠加入的合金元素结晶强化和固溶强化来达到。采用低合金高强度钢的主要目的是减轻结构质量，延长使用寿命。这类钢具有较高的屈服点和抗拉强度、良好的可焊性、塑性和冲击韧性，具有耐锈蚀、耐磨、耐低温性能，综合性能好。所以在相同的使用条件下，可比碳素结构钢节省用钢20%～30%，对减轻结构自重有利。

低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于结构钢和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。2、钢筋混凝土结构用钢

工程中常用的钢筋混凝土结构用钢，主要由碳素结构钢和低合金结构钢轧制而成，根据生产工艺、性能和用途的不同，主要有热轧钢筋、冷加工钢筋（冷拉热轧钢筋、冷轧带肋钢筋）、热处理钢筋、冷拔低碳钢丝、预应力混凝土用钢丝和钢绞线等，按直条或盘条（也称盘圆）供货。直径为5mm以上的称为钢筋，直径为5m及5mm以下的称为钢丝。（1）热轧钢筋

经过热轧成型并自然冷却的成品钢筋。1）热轧光圆钢筋

国标《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》规定，热轧光圆钢筋级别为I级，强度等级代号为HPB235，“235”表示屈服强度要求值（MPa）。

光圆钢筋是用Q235或Q235碳素结构钢轧制而成的钢筋，其强度较低，但具有塑性好、伸长率高、便于弯曲成型和进行各种冷加工、容易焊接等特点，广泛用于普通钢筋混凝土构件中，作为中小型钢筋混凝土结构的主要受力钢筋、构造筋和各种钢筋混凝土结构的箍筋等。2）热轧带肋钢筋

热轧带肋钢筋是采用低合金钢热轧而成，横截面通常为圆形，表面有两条纵肋，并沿长度方向均匀分布。其含碳量为0.1%～0.25%。带肋钢筋有月牙肋钢筋和等高肋钢筋等，如图所示。国标《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》规定，热轧带肋钢筋分为HRB335、HRB400、HRB500三个牌号。HRB335，HRB400是采用普通质量低合金镇静钢轧制而成的，钢筋的强度较高，塑性和焊接性能较好，广泛用于大中型钢筋混凝土结构的受力筋；HRB500是采用优质低合金镇静钢轧制而成的，钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，可用作预应力钢筋。

热轧带肋钢筋因表面带肋，加强了钢筋与混凝土之间的粘结力，广泛用于大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋，经过冷拉后可用作预应力钢筋。（a）月牙肋钢筋（b）等高肋钢筋（2）冷拉热轧钢筋

冷拉可使屈服点提高20%～30%，材料变脆、屈服阶段缩短，伸长率降低，冷拉时效后强度提高。实际操作中可将冷拉、除锈、调直、切断合并为一道工序，这样简化了流程，提高了效率。冷拉既可以节约钢材，又可以制作预应力钢筋，是钢筋加工的常用方法之一。

(3)冷轧带肋钢筋

冷轧带肋钢筋采用热轧圆盘条经冷轧而成，表面带有沿长度方向均匀分布的三面或两面的月牙肋。国标《冷轧带肋钢筋》(GB13780-2008)规定，冷轧带肋钢筋有CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五个牌号。（4）冷拔低碳钢丝

冷拔低碳钢丝是用直径6～8mm的碳素结构钢Q235或Q215热轧圆盘条经冷拔而成。通过多次强力拔制而得到直径为3mm、4mm、5mm的钢丝。其屈服强度可提高40%～60%，同时塑性降低。因此冷拔低碳钢丝失去了低碳钢的性能，变得硬脆，属硬钢类钢丝。冷拔低合金钢丝的抗拉强度比冷拔低碳钢丝更高，可用于中、小型混凝土构件中的预应力筋。（5）预应力混凝土用热处理钢筋

预应力混凝土用热处理钢筋是用热轧带肋钢筋（即普通热轧中碳低合金钢筋）经淬火、回火等调质处理制成的螺纹钢筋。通常有直径为6mm、8.2mm，10mm三种规格。钢筋经热处理后应卷成盘，每盘应由一整根钢筋盘成，且每盘钢筋的重量应不小于60kg。

热处理钢筋具有较高的综合力学性能，除具有很高的强度和稳定的预应力值外，还具有高韧性和高握裹力等优点，主要用于预应力混凝土桥梁轨枕，还用于预应力梁、板结构及吊车梁等。钢筋成盘供应，开盘后能自行伸直，可省去冷拉，不需调直和焊接，施工方便，且节约钢材。但应防止产生锈蚀及刻痕等现象。（6）预应力混凝土用钢绞线

预应力混凝土用钢绞线简称预应力钢绞线，是由多根直径为2.5mm～5.0mm的高强度钢丝捻制而成。

国标《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-2003)规定，钢绞线按应力松弛性能分为两级：Ⅰ级松弛、Ⅱ级松弛。

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，六根钢丝围绕其周围捻制而成。每盘成品钢绞线应由一整根钢绞线盘成，钢绞线盘的内径不小于1000mm。如无特殊要求，每盘钢绞线的长度不小于200m。

钢绞线与其他配筋材料相比，具有强度高、柔性好、松弛率低、抗腐蚀性强、无接头、质量稳定、成盘供应不需接头等优点。适用于做大型建筑、公路或铁路桥梁、大跨度吊车梁等大跨度预应力混凝土构件的预应力钢筋，广泛地应用于大跨度、重荷载的结构工程中。3、钢结构用钢钢结构用钢主要应用型钢、钢板、钢管等。（1）型钢

在钢结构用钢中一般可直接选用各种规格与型号的型钢。构件之间可直接连接或附加连接钢板进行连接。连接方式有铆接、螺栓连接或焊接。

我国建筑用热轧型钢主要采用碳素结构钢和低合金钢，其中应用最多的是碳素钢Q235A，低合金钢Q345（16Mn）及Q390（15MnV），碳素结构钢Q235A制成的热轧型钢，强度适中、塑性和可焊性较好、冶炼容易、成本低，适用于土木工程中的各种钢结构。低合金钢制成的热轧型钢，强度高，可用于大跨度、承受动荷载的钢结构工程。（2）压型钢板

压型钢板是由厚度为0.4～2mm的钢板压制而成。钢板表面涂漆、镀锌、涂有机层（又称彩色压型钢板），以防止锈蚀。其优点是轻质、高强、耐久性好、美观、施工快，常用作屋面板、墙板及楼板等。（3）圆钢和方钢

圆钢的规格以“直径”（mm）表示，规格范围为5.5～250mm；方钢的规格以“边长”（mm）表示，规格范围为5.5～200mm。圆钢和方钢在普通钢结构中很少采用，可用于轻型钢结构，用做一般杆件和连接件。（4）钢管

钢管的品种很多，按制造方法不同，钢结构所用钢管分为热轧无缝钢管和焊接钢管两大类。1）无缝钢管：热轧无缝钢管以优质碳素钢和低合金结构钢为原材料，多采用热轧－冷拔联合工艺生产，也可用冷轧方式生产，但后者成本较高。无缝钢管主要用于压力管道和一些特定的钢结构。2）焊接钢管：采用优质或普通碳素钢钢板卷焊而成，按其焊缝形式有直缝电焊钢管和螺旋焊钢管。价格较低，适用于各种结构、输送管道等用途。焊接钢管成本较低，容易加工，但多数情况下抗压性能较差。

钢管在相同截面积下，刚度较大，因而是中心受压构件的理想截面；在建筑钢结构上，钢管多用于制作桁架、塔桅、钢管混凝土等，广泛应用于高层建筑、厂房柱、塔柱、压力管道等工程中。4、建筑钢材的选用原则（1）荷载性质。对于经常承受动力或振动荷载的结构，容易产生应力集中，从而引起疲劳破坏，需要选用材质高的钢材。（2）使用温度。对于经常处于低温状态的结构，钢材容易发生冷脆断裂，特别是焊接结构更甚，因而要求钢材具有良好的塑性和低温冲击韧性。（3）连接方式。对于焊接结构，当温度变化和受力性质改变时，焊缝附近的母体金属容易出现冷、热裂纹，促使结构早期破坏。所以焊接结构对钢材化学成分和机械性能要求比较严格。（4）钢材厚度。钢材力学性能一般随厚度增大而降低，钢材经多次压制后，钢的内部结晶组织更为紧密，强度更高，质量更好。故一般结构用的钢材厚度不宜超过40mm。（5）结构重要性。选择钢材要考虑结构使用的重要性，如大跨度结构、重要的建筑物结构，须相应选用质量更好的钢材。建筑钢材常用的氧气转炉钢或平炉钢，最少应保证具有屈服点、抗拉强度、伸长率三项机械性能指标和硫、磷含量两项化学成分的合格保证。对于较大型构件、直接承受动力荷载的结构，钢材还应具有冷弯试验的合格保证；对于大、重