钢结构-钢结构的材料与制造

第五章 钢结构的材料与制造 1 第五章第五章 钢结构的材料与制造钢结构的材料与制造 第一节第一节 建筑钢材在单轴应力作用下的工作性能建筑钢材在单轴应力作用下的工作性能 把钢材按规定加工成标准试件 在 200C 的条件下做拉伸试验 得到钢材的 应力 应变关系曲线 如图 1 所示 低碳钢一次拉伸时的工作可分为四个阶段 弹性阶段 应力由 0 到比例极限 fp 弹塑性阶段 由比例极限到屈服点 fy 塑性阶段 应力不变 应变不断增大 强化阶段 应力达到抗拉强度 fu时 试件发生颈缩现象而发生破坏 建筑钢材的三个机械性能指标 抗拉强度 fu 伸长率或 屈服点 fy 10 5 钢材性能还包括冷弯要求 它较为严格的表示钢材塑性变形能力的综合指标 抗拉强度 fu是衡量钢材经过巨量变形后的抗拉能力 直接反映钢材的内部 组织的优劣 屈服点 fy 衡量结构承载能力的指标 伸长率式反映钢材在荷载 作用下的塑性变形能力 高强度钢材没有明显的屈服点 可取相当于残余应变为 0 2 时的应力为假 想屈服点 注意 在设计钢结构时 引入抗力分项系数 得到钢材抗拉 抗压和抗 R 弯的设计强度 f Ry ff 第二节第二节 建筑钢材在多轴应力作用下的工作性能建筑钢材在多轴应力作用下的工作性能 钢材在多轴应力作用的的屈服条件需要用强度理论来解决 能量强度理论 认为材料由弹性状态转入塑性状态时 材料的综合性强度指标要用变形时单位 体积中积聚的能量来衡量 第五章 钢结构的材料与制造 2 由材料力学可知 钢材单向拉伸达到塑性状态时 积聚于单位体积中的形 状改变能为 2 3 1 y f E u 当钢材单元体处于三向主应力 的作用而进入塑性状态时 材料 1 2 3 单位体积的形状改变能为 3 1 133221 2 3 2 2 2 1 E u 由能量理论知 uu 则 称折算应力 yz f 133221 2 3 2 2 2 1 z 或者 yzxyzxyxzzyyxzyxz f 3 222222 当纯剪时 抗剪屈服点 yz f 2 3 yy y v fff58 0 3 3 抗剪设计强度 若 f 215N 2 则 fv 125N 2 ffv58 0 第三节第三节 各种因素对钢材性能的影响各种因素对钢材性能的影响 化学性能 碳的含量直接影响钢材的强度 塑性和韧性 随着含碳量的增加 钢材的强度 逐渐提高 而塑性和韧性下降 可焊性和抗锈蚀性等也变劣 一般含碳量不超 过 0 22 硫 磷 氮 氧的含量提高 一般均使钢材变脆 应不超过 0 04 0 05 锰 硅 钒在合理的含量内可提高钢材强度 如 15MnV 钢 冶金缺陷 常见的冶金缺陷有偏析 非金属夹杂 裂纹和起层 构造缺陷 应力集中现象 应力集中是造成构件脆性破坏的主要原因之一 加荷速度 第五章 钢结构的材料与制造 3 随着加荷速度的提高 钢材的屈服点提高 脆性增加 钢材的硬化 钢材在弹塑性变形阶段 多次间歇重复加荷使弹性变形区域扩大 提高了钢材 的屈服点 而使钢材变脆 这种现象称钢材的冷硬现象 随着时间的增长 钢材的强度提高 塑性减小的现象叫时效硬化 温度影响 随着温度的升高 总的趋势是强度降低 塑性增大 温度达到 6000C 时 钢材 的强度几乎降为 0 因此钢材可以说不耐高温 一般需要在钢构件外表上涂上 防火层 第四节第四节 钢材和连接的强度设计值钢材和连接的强度设计值 一 钢材的强度设计值 N mm2 钢材 钢号厚度或直 径 mm 抗拉 抗压 和抗弯 f 抗剪 fv 端面承压 刨 平顶紧 fce Q235 钢 16 40 40 60 215 200 190 125 115 110 320 320 320 16Mn 钢 16Mnq 钢 16 25 25 36 315 300 290 185 175 170 445 425 410 15MnV 钢 16 25 350 335 205 195 450 435 第五章 钢结构的材料与制造 4 15MnVq 钢 25 36 320185415 二 焊缝的强度设计值 N mm2 构件钢材对接焊缝角焊 缝 抗拉和弯曲抗 拉当焊缝质 w t f 量级别为 焊接方 法和焊 条型号钢号厚度或 直径 mm 抗压 w c f 一 二级 三级 抗剪 w v f 抗拉 抗压 和抗 剪 w f f 自动焊 半自动 焊 E43 型焊 条手工 焊 Q235 钢 16 4 0 40 6 0 215 200 190 215 200 190 185 170 160 125 115 110 160 160 160 自动焊 半自动 焊 E50 型焊 条手工 16Mn 钢 16Mnq 钢 16 2 5 25 3 6 315 300 290 315 300 290 270 255 245 185 175 170 200 200 200 第五章 钢结构的材料与制造 5 焊 自动焊 半自动 焊 E55 型焊 条手工 焊 15MnV 钢 15MnVq 钢 16 2 5 25 3 6 350 335 320 350 335 320 300 285 270 205 195 185 220 220 220 三 螺栓连接的强度设计值 N mm2 普通螺栓 C 级螺栓A B 级螺栓 锚 栓 承压型 高强度 螺栓 螺栓的钢 号 或性 能等级 和构件的 钢号 构件 钢材 厚度 mm 抗 拉 b t f 抗 剪 b v f 承 压 b c f 抗 拉 b t f 抗剪 I 类 孔 b v f 承压 I 类 孔 b c f 抗 拉 b t f 抗 剪 b v f 承 压 b c f 普 通 螺 栓 Q235 钢 17 0 13 0 17 0 170 锚 栓 Q235 钢 16Mn 14 0 第五章 钢结构的材料与制造 6 钢 18 0 承 压 型 高 强 度 螺 栓 8 8 级 10 9 级 25 0 31 0 Q235 钢 30 5 400 46 5 16Mn 钢 16Mn q 钢 16 25 25 36 42 0 40 0 38 5 550 530 510 64 0 61 5 59 0 构 件 15Mn V 钢 15Mn Vq 钢 16 25 25 36 43 5 42 0 40 0 570 550 530 66 5 64 0 61 5 第五章 钢结构的材料与制造 7 四 钢材和强度设计值的折减 1 单面连接的单角钢 按轴力构件计算强度和连接时取折减系数为 0 85 按轴压构件计算稳定性时 等边角钢取 取 0 63 0015 0 6 0 短边相连的不等边角钢 取 取 0 55 0025 0 5 0 长边相连的不等边角钢 取 0 70 其中 为长细比 对中间无连系的单角钢压杆 应按最小回转半径计算 2 施工条件较差的高空安装焊缝连接 取 0 90 第五节第五节 钢材种类与规格钢材种类与规格 一 钢材规格 1 热轧钢板 厚钢板 厚度 4 5 60mm 宽度 600 3000mm 长度 4 12m 薄钢板 厚度 0 35 4mm 宽度 500 1500mm 长度 0 5 4m 扁钢 厚度 4 60mm 宽度 12 200mm 长度 3 9m 花纹钢板 厚度 2 5 8mm 宽度 600 1800mm 长度 0 6 12m 2 热轧型钢 热轧等边 不等边角钢 Lnn 热轧普通工字钢 Inn 热轧轻型工字钢 IQnn 热轧普通槽钢 Cnn 热轧轻型槽钢 CQnn 热轧宽翼缘 H 型钢 HKnn 第五章 钢结构的材料与制造 8 热轧宽翼缘 H 型钢 HWnn 热轧中翼缘 H 型钢 HMnn 热轧窄翼缘 H 型钢 HNnn 热轧窄翼缘 H 型钢 HZnn 焊接 H 型钢 HAnn 轻型焊接 H 型钢 HAQnn 焊接 T 型钢 Tnn 组合截面有 两热轧等边角钢组合截面 2Enn a 两热轧不等边角钢长边相连组合截面 2Lnn a 两热轧不等边角钢短边相连组合截面 2Snn a 两槽钢组合截面 2Cnn a 两等边角钢十字截面 XLnn a 四等边角钢十字截面 4Lnn a 热轧或焊接圆管 Dd t 二 截面型号一览表 一 L 系列 热轧等边 不等边角钢 L20 3 L20 4 L25 3 L25 4 L30 3 L30 4 L36 3 L36 4 L36 5 L40 3 L40 4 L40 5 L45 3 L45 4 L45 5 L45 6 L50 3 L50 4 L50 5 L50 6 L56 3 L56 4 L56 5 L56 6 L63 4 L63 5 L63 6 L63 8 L63 10 L70 4 L70 5 L70 6 L70 7 L70 8 L75 5 L75 6 L75 7 L75 8 L75 10 L80 5 第五章 钢结构的材料与制造 9 L80 6 L80 7 L80 8 L80 10 L90 6 L90 7 L90 8 L90 10 L90 12 L100 6 L100 7 L100 8 L100 10 L100 12 L100 14 L100 16 L110 7 L110 8 L110 10 L110 12 L110 14 L125 8 L125 10 L125 12 L125 14 L140 10 L140 12 L140 14 L140 16 L160 10 L160 12 L160 14 L160 16 L180 12 L180 14 L180 16 L180 18 L200 14 L200 16 L200 18 L200 20 L200 24 L25 16 3 L25 16 4 L32 20 3 L32 20 4 L40 25 3 L40 25 4 L45 28 3 L45 28 4 L50 32 3 L50 32 4 L56 36 3 L56 36 4 L56 36 5 L63 40 4 L63 40 5 L63 40 6 L63 40 7 L70 45 4 L70 45 5 L70 45 6 L70 45 7 L75 50 5 L75 50 6 L75 50 8 L75 50 10 L80 50 5 L80 50 6 L80 50 7 L80 50 8 L90 56 5 L90 56 6 L90 56 7 L90 56 8 L100 63 6 L100 63 7 L100 63 8 L100 63 9 L100 80 6 L100 80 7 L100 80 8 L100 80 10 L110 70 6 L110 70 7 L110 70 8 L110 70 10 L125 80 7 L125 80 8 L125 80 10 L125 80 12 L140 90 8 L140 90 10 L140 90 12 L140 90 14 L160 100 10 L160 100 12 L160 100 14 L160 100 16 L180 110 10 L180 110 12 L180 110 14 L180 110 16 L200 125 12 L200 125 14 L200 125 16 L200 125 18 二 I 系列 热轧普通工字钢 I10 I12 6 I14 I16 I18 I20a I20b I22a I22b I25a I25b 第五章 钢结构的材料与制造 10 I28a I28b I32a I32b I32c I36a I36b I36c I40a I40b I40c I45a I45b I45c I50a I50b I50c I56a I56b I56c I63a I63b I63c 三 IQ 系列 热轧轻型工字钢 IQ10 IQ12 IQ14 IQ16 IQ18 IQ18a IQ20 IQ20a IQ22 IQ22a IQ24 IQ24a IQ27 IQ27a IQ30 IQ30a IQ33 IQ36 IQ40 IQ45 IQ50 IQ55 IQ60 IQ65 IQ70 IQ70a IQ70b 四 C 系列 热轧普通槽钢 C5 C6 3 C8 C10 C12 6 C14a C14b C16a C16b C18a C18b C20a C20b C22a C22b C25a C25b C25c C28a C28b C28c C32a C32b C32c C36a C36b C36c C40a C40b C40c 五 CQ 系列 热轧轻型槽钢 CQ10 CQ12 CQ14 CQ14a CQ16 CQ16a CQ18 CQ18a CQ20 CQ20a CQ22 CQ22a CQ24 CQ24a CQ27 CQ30 CQ33 CQ36 CQ40 六 HK 系列 热轧宽翼缘 H 型钢 HK100a HK100b HK100c HK120a HK120b HK120c HK140a 第五章 钢结构的材料与制造 11 HK140b HK140c HK160a HK160b HK160c HK180a HK180b HK180c HK200a HK200b HK200c HK220a HK220b HK220c HK240a HK240b HK240c HK260a HK260b HK260c HK280a HK280b HK280c HK300a HK300b HK300c HK300d HK320a HK320b HK320c HK320d HK320e HK320f HK320g HK340a HK340b HK340c HK360a HK360b HK360c HK360d HK360e HK360f HK360g HK360k HK400a HK400b HK400c HK400d HK400e HK430a HK430b HK430c HK430d HK450a HK450b HK450c HK500a HK500b HK500c HK550a HK550b HK550c HK600a HK600b HK600c HK650a HK650b HK650c HK700a HK700b HK700c HK800a HK800b HK800c HK900a HK900b HK900c 七 系列 热轧窄翼缘 H 型钢 HZ80 HZ100 HZ120 HZ140 HZ160 HZ180 HZ200 HZ220 HZ240 HZ270 HZ300 HZ330 HZ360 HZ400 HZ450 HZ500 HZ550 HZ600 第五章 钢结构的材料与制造 12 八 T 系列 焊接 T 型钢 T87 5 175 T100 100 T97 150 T100 200 T100 204 T125 125 T122 175 T125 250 T122 252 T125 255 T150 150 T147 200 T150 300 T150 305 T175 175 T170 250 T175 350 T200 200 T195 300 T200 400 T207 405 T214 407 T229 471 T249 432 T194 402 T197 405 T200 408 T223 199 T225 200 T220 300 T250 200 T241 300 T244 300 T300 200 T291 300 T294 300 T297 302 九 HW 系列 热轧宽翼缘 H 型钢 HW100 100 HW125 125 HW150 150 HW175 175 HW200 200a HW200 200b HW250 250a HW250 250b HW300 300a HW300 300b HW300 300c HW350 350a HW350 350b HW400 400a HW400 400b HW400 400c HW400 400d HW400 400e HW400 400f HW400 400g HW400 400k 十 HM 系列 热轧中翼缘 H 型钢 HM150 100 HM200 150 HM250 175 HM300 200 HM350 250 HM400 300 HM450 300 HM500 300a HM500 300b HM600 300a HM600 300b HM600 300c 十一 HN 系列 热轧窄翼缘 H 型钢 HN100 50 HN125 60 HN150 75 HN175 90 HN200 100a HN200 100b HN250 125a HN250 125b HN300 150a HN300 150b HN350 175a 第五章 钢结构的材料与制造 13 HN350 175b HN400 150 HN400 200a HN400 200b HN450 150 HN450 200a HN450 200b HN500 150 HN500 200a HN500 200b HN500 200c HN600 200a HN600 200b HN600 200c HN700 300a HN700 300b HN800 300a HN800 300b HN900 300a HN900 300b HN900 300c 十二 IQ 系列 热轧轻型工字钢 IQ10 IQ12 IQ14 IQ16 IQ18 IQ18a IQ20 IQ20a IQ22 IQ22a IQ24 IQ24a IQ27 IQ27a IQ30 IQ30a IQ33 IQ36 IQ40 IQ45 IQ50 IQ55 IQ60 IQ65 IQ70 IQ70a IQ70b 十三 CQ 系列 热轧轻型槽钢 CQ10 CQ12 CQ14 CQ14a CQ16 CQ16a CQ18 CQ18a CQ20 CQ20a CQ22 CQ22a CQ24 CQ24a CQ27 CQ30 CQ33 CQ36 CQ40 十四 HA 系列 焊接 H 型钢 HA300 200a HA300 200b HA300 200c HA300 250a HA300 250b HA300 300a HA300 300b HA300 300c HA350 175a HA350 175b HA350 200a HA350 200b HA350 200c HA350 200d HA350 250a HA350 250b HA350 250c HA350 300a HA350 300b HA350 350a 第五章 钢结构的材料与制造 14 HA350 350b HA350 350c HA400 200a HA400 200b HA400 200c HA400 200d HA400 250a HA400 250b HA400 250c HA400 250d HA400 300a HA400 300b HA400 300c HA400 400a HA400 400b HA400 400c HA400 400d HA400 400e HA400 400f HA392 400 HA410 400 HA424 400 HA440 400 HA450 250a HA450 250b HA450 250c HA450 300a HA450 300b HA450 300c HA450 300d HA450 400a HA450 400b HA450 400c HA500 250a HA500 250b HA500 250c HA500 300a HA500 300b HA500 300c HA500 400a HA500 400b HA500 400c HA600 300a HA600 300b HA600 300c HA600 400a HA600 400b HA600 400c HA600 400d HA700 300a HA700 300b HA700 300c HA700 350a HA700 350b HA700 350c HA700 400a HA700 400b HA700 400c HA800 300a HA800 300b HA800 300c HA800 350a HA800 350b HA800 350c HA800 400a HA800 400b HA800 400c HA800 400d HA900 350a HA900 350b HA900 350c HA900 350d HA900 400a HA900 400b HA900 400c HA900 400d HA900 450a HA900 450b HA900 450c HA900 450d HA1000 400a HA1000 400b HA1000 400c HA1000 400d HA1000 450a HA1000 450b HA1000 450c HA1000 450d HA1000 500a HA1000 500b HA1000 500c HA1000 500d HA1100 400a HA1100 400b HA1100 400c HA1100 500a HA1100 500b HA1200 400a HA1200 400b HA1200 400c HA1200 400d HA1200 450a HA1200 450b HA1200 500a HA1200 500b HA1200 500c HA1200 600a HA1200 600b HA1200 600c 第五章 钢结构的材料与制造 15 十五 HAQ 系列 轻型焊接 H 型钢 HAQ250 125 HAQ250 150 HAQ250 200 HAQ252 250 HAQ300 150 HAQ300 200 HAQ302 250 HAQ304 300 HAQ350 200 HAQ350 250 HAQ350 300 HAQ400 200 HAQ400 250 HAQ404 300 HAQ450 200 HAQ454 250 HAQ454 300 十六 HQ 系列 高频焊接轻型 H 型钢 HQ100 50 2 3 3 2 HQ100 50 3 2 4 5 HQ100 100 4 5 6 0 HQ100 100 6 0 8 0 HQ120 120 3 2 4 5 HQ120 120 4 5 6 0 HQ150 75 3 2 4 5 HQ150 75 4 5 6 0 HQ150 100 3 2 4 5 HQ150 100 4 5 6 0 HQ150 150 4 5 6 0 HQ150 150 6 0 8 0 HQ200 100 3 0 3 0 HQ200 100 3 2 4 5 HQ200 100 4 5 6 0 HQ200 100 6 0 8 0 HQ200 150 3 2 4 5 HQ200 150 4 5 6 0 HQ200 150 4 5 6 0 HQ200 150 6 0 8 0 HQ200 200 6 0 8 0 HQ250 125 3 2 4 5 HQ250 125 4 5 6 0 HQ250 125 6 0 8 0 HQ250 125 3 0 3 0 HQ250 150 3 2 4 5 HQ250 150 4 5 6 0 HQ250 150 4 5 8 0 HQ250 150 6 0 8 0 HQ250 200 6 0 8 0 HQ300 150 3 2 4 5 HQ300 150 4 5 6 0 HQ300 150 4 5 8 0 HQ300 200 6 0 8 0 HQ350 150 3 2 4 5 HQ350 150 4 5 6 0 HQ300 150 6 0 8 0 HQ350 150 6 0 8 0 HQ350 175 4 5 6 0 HQ350 175 4 5 8 0 HQ350 175 6 0 8 0 HQ350 200 6 0 8 0 HQ400 150 4 5 8 0 HQ400 200 6 0 8 0 HQ400 200 4 5 9 0 十七 CA 系列 卷边槽形冷弯薄壁型钢 A 第五章 钢结构的材料与制造 16 CA40 40 9 2 5 CA60 30 10 2 5 CA60 30 10 3 0 CA60 30 15 2 5 CA60 30 15 3 0 CA80 40 15 2 5 CA80 40 15 3 0 CA80 50 25 2 5 CA80 50 25 3 0 CA100 50 20 2 5 CA100 50 20 3 0 CA100 60 20 2 5 CA100 60 20 3 0 CA120 50 20 2 5 CA120 50 20 3 0 CA120 60 20 2 5 CA120 60 20 3 0 CA140 50 20 2 5 CA140 50 20 3 0 CA140 60 20 2 5 CA140 60 20 3 0 CA160 60 20 3 0 CA160 70 20 3 0 CA180 60 20 3 0 CA180 70 20 3 0 CA200 60 20 3 0 CA200 70 20 3 0 CA250 40 15 3 0 CA300 40 15 3 0 CA400 50 15 3 0 十八 CB 系列 卷边槽形冷弯薄壁型钢 B CB80 40 15 2 0 CB100 50 15 2 5 CB120 50 20 2 5 CB120 60 20 3 0 CB140 60 20 3 0 CB160 70 20 3 0 十九 CC 系列 卷边槽形冷弯薄壁型钢 C CC140 50 20 2 0 CC140 50 20 2 2 CC140 50 20 2 5 CC160 60 20 2 0 CC160 60 20 2 2 CC160 60 20 2 5 CC180 70 20 2 0 CC180 70 20 2 2 CC180 70 20 2 5 CC200 70 20 2 0 CC200 70 20 2 2 CC200 70 20 2 5 CC220 75 20 2 0 CC220 75 20 2 2 CC220 75 20 2 5 二十 ZZ 系列 直卷边 Z 形冷弯薄壁型钢 ZZ100 40 20 2 0 ZZ100 40 20 2 5 ZZ120 50 20 2 0 第五章 钢结构的材料与制造 17 ZZ120 50 20 2 5 ZZ120 50 20 3 0 ZZ140 50 20 2 5 ZZ140 50 20 3 0 ZZ160 60 20 2 5 ZZ160 60 20 3 0 ZZ160 70 20 2 5 ZZ160 70 20 3 0 ZZ1800 70 20 2 5 ZZ180 70 20 3 0 二十一 XZ 系列 斜卷边 Z 形冷弯薄壁型钢 XZ140 50 20 2 0 XZ140 50 20 2 2 XZ140 50 20 2 5 XZ160 60 20 2 0 XZ160 60 20 2 2 XZ160 60 20 2 5 XZ180 70 20 2 0 XZ180 70 20 2 2 XZ180 70 20 2 5 XZ200 70 20 2 0 XZ200 70 20 2 2 XZ200 70 20 2 5 XZ220 75 20 2 0 XZ220 75 20 2 2 XZ220 75 20 2 5 三 热轧 H 型钢的优点 1 翼缘宽 侧向刚度大 抗弯能力强 2 平行翼缘便于机械加工和安装 大大加快工程施工进度 3 热轧 H 型钢代替焊接 H 型钢 在提高强度 节省时间的同时 可节约费 用 30 左右 4 在承受相同载荷条件下 采用 H 型钢可使钢结构总体重量减轻 15 30 5 可回收再生 减少环境污染 是绿色环保建材 6 热轧 H 型钢外形美观 现代感强 不进行装饰可直接使用 7 根据使用承载的特点 又可大体分为梁 柱 桩三种系列的 H 型钢 四 建筑钢结构行业指导价 第五章 钢结构的材料与制造 18 序 号 类别价格 元 序 号 类别价格 元 1 檩条 529212 高层建筑钢结构 箱形柱 5648 2 天窗 505813 高层建筑钢结构 管形柱 7975 3 托梁 551514 高层建筑钢结构 H 型钢柱 5394 4 型钢梁 505415 高层建筑钢结构 桁架 5725 5 空腹梁 538816 网架结构 焊接球 7858 6 直扶梯 528917 网架结构 螺栓球 8176 7 斜扶梯 541218 网架结构 板接点 6388 8 栏杆 590919 塔桅结构 型钢杆 件 5661 9 平台 花纹钢 579920 塔桅结构 钢管杆 件 8313 10 平台 平钢板 529021 轻钢结构 5737 11 高层建筑钢结 构 梁 5718 第五章 钢结构的材料与制造 19 五 新日本製鉄株式会社研制的特殊钢 一 TMCP 极厚钢板 490N 钢 1 使用部位 特点 1 使用在需要大厚度和大型钢架材料的高层建筑的柱 梁 柱间支撑 上 2 在板厚超过 40mm 的极厚领域 也能确保建筑用钢材所需要的强度 屈强比和韧性 特别是 C 钢种 在四面焊接箱形柱组装焊接时对层状 撕裂采取了措施 3 和普通的厚钢板相比 焊接性能极为出色 也能提供附加耐火性能 FR 的材料和高温焊