第15讲钢结构剖析

1、第15讲钢结构剖析 1 1 建筑结构钢材选用建筑结构钢材选用 一、钢结构的特点 (1) (2)材质均匀、工作可靠性高。钢结构的实际工作情 况与力学计算的基本假定较为符合，故计算结果准确、 可靠。 (3)施工、拆装方便。钢结构采用焊接、螺栓连接等 简单的施工工艺，适用于工厂制造、现场拼接吊装， 故生产效率高，是工业化生产程度最高的一种结构。 (4)有很好的塑性和韧性，一般不会突然断裂，故对 动力荷载适应性比较强。 模块模块4 4 钢结构钢结构 第15讲钢结构剖析 (5)耐火性较差，维护费用较高。钢材不耐腐蚀，需 要经常油漆维护以及耐火性较差(当温度达到500 600C0时会完全丧失抵抗外力作用的

2、能力)等缺点。 二、钢结构的应用范围 钢结构在建筑工程中除了广泛应用于大跨度结构， 高层建筑，高耸结构，可动、可拆卸结构之外。还可 用于外墙、屋面及建筑装饰工程。如外挑架支撑，遮 阳罩骨架，店面门头骨架，防盗门、窗，楼梯栏杆、 格栅等，大多用圆钢，小角钢，冷弯薄壁型钢，薄钢 板制成。其自重轻、用钢省、便于施工安装。（图12- 1图12-7为美国冷弯型钢的应用） 第15讲钢结构剖析 图12-1 第15讲钢结构剖析 图12-2 钢构架 图12-3 住宅 第15讲钢结构剖析图12-4 第15讲钢结构剖析 12-5 第15讲钢结构剖析图12-7 第15讲钢结构剖析 建筑用钢应符合的条件：建筑用钢应符合

3、的条件： 1 1、具有较高强度、具有较高强度 2 2、具有较高的塑性、韧性、耐疲劳性能、具有较高的塑性、韧性、耐疲劳性能 3 3、具有良好的工艺性、具有良好的工艺性 主要力学性能有：主要力学性能有： 强度、塑性、韧性、可焊性、强度、塑性、韧性、可焊性、 冷弯性能、耐久性等。冷弯性能、耐久性等。 第15讲钢结构剖析 冷弯性能：冷弯性能： 由冷弯试验来确定，是评价钢材力学性能和工艺性能，由冷弯试验来确定，是评价钢材力学性能和工艺性能， 钢材质量的一项综合性指标。钢材质量的一项综合性指标。 塑性：塑性： 主要指标有伸长率主要指标有伸长率 冲击韧性：冲击韧性： 韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量

4、的能力，韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力， 亦即钢材抵抗冲击荷载的能力。亦即钢材抵抗冲击荷载的能力。 强度：强度： 有屈服强度有屈服强度fy fy和抗拉强度和抗拉强度fufu两个指标两个指标 fy fy作为钢材强度标准值的取值依据；作为钢材强度标准值的取值依据； fufu作为一种安全储备，使构件在弹塑性工作阶段具有较大的承载力。作为一种安全储备，使构件在弹塑性工作阶段具有较大的承载力。 第15讲钢结构剖析 耐久性耐久性-影响钢结构寿命的因素有：影响钢结构寿命的因素有： （1 1）钢材的腐蚀，通过油漆和定期维护措施，）钢材的腐蚀，通过油漆和定期维护措施， 控制硅和锰的含量；控制硅和

5、锰的含量； （2 2）防止过大的实效硬化；）防止过大的实效硬化； （3 3）必要时测定高温和长荷载下的持久强度；）必要时测定高温和长荷载下的持久强度； （4 4）防止长期连续重复荷载或交变荷载下的疲劳断裂。）防止长期连续重复荷载或交变荷载下的疲劳断裂。 可焊性：可焊性： 可焊性是指钢材对焊接工艺的适应能力，要求钢材施可焊性是指钢材对焊接工艺的适应能力，要求钢材施 焊后能获得良好的焊接接头性能。焊后能获得良好的焊接接头性能。 第15讲钢结构剖析 第15讲钢结构剖析 第15讲钢结构剖析 第15讲钢结构剖析 第15讲钢结构剖析 第15讲钢结构剖析 第15讲钢结构剖析 第15讲钢结构剖析 碳素钢：碳素

6、钢： 按质量等级将钢分为按质量等级将钢分为A A、B B、C C、D D四级四级 A A级钢最差，只保证抗拉强度、屈服点、伸长率，级钢最差，只保证抗拉强度、屈服点、伸长率， 必要时也可附加冷弯试验的要求。必要时也可附加冷弯试验的要求。 B B、C C、D D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、 冷弯和冲击韧性冷弯和冲击韧性( (分别为分别为+20+20，00，-20)-20)等力学等力学 性能。性能。 钢结构中常用普通低碳钢和普通低合金钢：钢结构中常用普通低碳钢和普通低合金钢： 第15讲钢结构剖析 如：如：Q235A Q235A 表示屈服强度为表示屈服强度为

7、235 N/mm235 N/mm2 2的的A A级镇级镇 静碳素结构钢；静碳素结构钢； Q235D Q235D 表示屈服强度为表示屈服强度为235 N/mm235 N/mm2 2的的D D级特级特 殊镇静碳素结构钢。殊镇静碳素结构钢。 钢的牌号由屈服点中屈字汉语拼音的字首钢的牌号由屈服点中屈字汉语拼音的字首Q Q， 屈服点数值（屈服点数值（N/mmN/mm2 2） 质量等级代号（质量等级代号（A A、B B、C C、D D） 脱氧方法代号（脱氧方法代号（F F、b b、Z Z、TZTZ） 沸腾、半镇静、镇静、特殊镇静钢；沸腾、半镇静、镇静、特殊镇静钢； 等四个部分按顺序组成。等四个部分按顺序组

8、成。 镇静钢（镇静钢（Z Z）特殊镇静钢（）特殊镇静钢（TZTZ）代号）代号Z Z、TZTZ可以省可以省 略，略，C C 级为镇静钢，级为镇静钢，D D级为特殊镇静钢。级为特殊镇静钢。 第15讲钢结构剖析 沸腾钢沸腾钢为脱氧不完全的钢。冶炼后期不加脱氧剂为脱氧不完全的钢。冶炼后期不加脱氧剂 （如硅、铝等），浇注时钢液在钢锭模内产生沸（如硅、铝等），浇注时钢液在钢锭模内产生沸 腾现象（气体逸出）。腾现象（气体逸出）。 镇静钢镇静钢为完全脱氧的钢。浇注时钢液镇静不沸腾。为完全脱氧的钢。浇注时钢液镇静不沸腾。 组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一 般都

9、是镇静钢。般都是镇静钢。 半镇静钢半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸 腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸 腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点， 碳素钢中此类钢是值得提倡和发展的。碳素钢中此类钢是值得提倡和发展的。 第15讲钢结构剖析 A A、B B、C C、D D、E E五个等级五个等级 A A级无需冲击韧性试验级无需冲击韧性试验 B B级级20 20 的冲击韧性的冲击韧性 C C级级0 0 的冲击韧性的冲击韧性 D D级级-20 -20 的冲击韧性的冲击

10、韧性 E E级级-40 -40 的冲击韧性的冲击韧性 低合金钢低合金钢 分为分为Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460。 Q345BQ345B屈服强度为屈服强度为345 N/mm345 N/mm2 2，B B级镇静钢；级镇静钢； Q390DQ390D屈服强度为屈服强度为390 N/mm390 N/mm2 2，D D级特殊镇静钢。级特殊镇静钢。 第15讲钢结构剖析 第15讲钢结构剖析 1. 1.钢板钢板 第15讲钢结构剖析 2. 2.热轧型材热轧型材 （工、槽、角钢）（工、槽、角钢） 2020号以上的工字钢分号以上的工字钢分a a、b b 或或a

11、 a、b b、c c三类，其中三类，其中a a类类 腹板最薄、翼缘最窄，腹板最薄、翼缘最窄， c c类最厚最宽类最厚最宽 如如I32aI32a、I32bI32b、I32c I32c 第15讲钢结构剖析 从从1414开始，亦有开始，亦有a a、b b 或或a a、b b、c c规格的区分规格的区分 不等边角钢不等边角钢 “长肢宽长肢宽短肢宽短肢宽厚度厚度” 如如10010063638 8 等边角钢等边角钢“肢宽肢宽厚度厚度” 如如1001008 8 第15讲钢结构剖析 3.H3.H型钢和型钢和T T型钢型钢 H H型钢与普通工字钢的区别型钢与普通工字钢的区别: : 翼缘宽，故早期有宽翼缘工字钢一

12、说；翼缘宽，故早期有宽翼缘工字钢一说； 翼缘内表面无斜度、上下表面平行，便于与其它构件连接；翼缘内表面无斜度、上下表面平行，便于与其它构件连接； 1. 1. 从材料分布形式来看，工字钢材料主要集中在腹板附近，愈向从材料分布形式来看，工字钢材料主要集中在腹板附近，愈向 两侧延伸，钢材愈少，而在轧制两侧延伸，钢材愈少，而在轧制H H型钢中，材料分布侧重在翼型钢中，材料分布侧重在翼 缘部分。缘部分。 H H型钢和型钢和T T型钢均分为三类：型钢均分为三类： 宽翼缘：宽翼缘：HW TWHW TW； 中翼缘：中翼缘：HM TMHM TM； 窄翼缘：窄翼缘：HN TNHN TN。 如如HW300HW300

13、300300101015 15 第15讲钢结构剖析 热轧型钢截面 第15讲钢结构剖析 4. 4.冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢 其截面形式有等边角钢、卷边等边角钢、其截面形式有等边角钢、卷边等边角钢、Z Z型钢、卷边型钢、卷边Z Z型型 钢、槽钢、卷边槽钢等开口截面以及方形和矩形闭口截面钢、槽钢、卷边槽钢等开口截面以及方形和矩形闭口截面 的管材。的管材。 5. 5.钢管钢管 有热轧无缝钢管和焊接有热轧无缝钢管和焊接 钢管两大类，焊接钢管钢管两大类，焊接钢管 分为直缝焊、螺旋焊两分为直缝焊、螺旋焊两 种，用符号种，用符号“”后加后加 “外径外径厚度厚度” ” 如如1021025 5 螺旋焊管螺旋焊管

14、第15讲钢结构剖析 冷弯薄壁型材的截面形式 （a）(i)冷弯薄壁型钢；（j）压型钢板 第15讲钢结构剖析 第15讲钢结构剖析 连接方法有焊接、螺栓和铆钉连接三种连接方法有焊接、螺栓和铆钉连接三种 一、焊缝连接一、焊缝连接 Welding connectionWelding connection 焊接连接是通过电弧产生热量，使焊接连接是通过电弧产生热量，使 焊条和焊件局部熔化，经冷却凝结焊条和焊件局部熔化，经冷却凝结 成焊缝，从而将焊件连接成一体。成焊缝，从而将焊件连接成一体。 优点：优点：任何形式的构件一般都可直接相连，不削弱构件截任何形式的构件一般都可直接相连，不削弱构件截 面，用料经济，构

15、造简单，加工方便，连接刚度大，密封性面，用料经济，构造简单，加工方便，连接刚度大，密封性 能好，可采用全自动或半自动作业，生产效率高。能好，可采用全自动或半自动作业，生产效率高。 缺点：缺点：焊缝附近钢材，在高温作用下形成热影响区，其金焊缝附近钢材，在高温作用下形成热影响区，其金 相组织和力学性能发生变化，导致局部材质变脆；焊接过程相组织和力学性能发生变化，导致局部材质变脆；焊接过程 中钢材受到不均匀的加温和冷却，使结构产生焊接残余应力中钢材受到不均匀的加温和冷却，使结构产生焊接残余应力 和残余变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定的影和残余变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定的影

16、响。响。 第15讲钢结构剖析 1. 1. 焊接原理焊接原理 钢结构常用的焊接方法是电弧钢结构常用的焊接方法是电弧 焊焊, ,包括手工电弧焊、自动或半包括手工电弧焊、自动或半 自动埋弧焊及气体保护焊等。自动埋弧焊及气体保护焊等。 手工电弧焊电路由焊条、焊钳、焊件、电焊机与导线组成。手工电弧焊电路由焊条、焊钳、焊件、电焊机与导线组成。 通电引弧后，在涂有焊药的焊条端与焊件间产生电弧，使焊通电引弧后，在涂有焊药的焊条端与焊件间产生电弧，使焊 条熔化，熔滴滴入被电弧吹成的焊接溶池中，焊药燃烧在熔条熔化，熔滴滴入被电弧吹成的焊接溶池中，焊药燃烧在熔 池周围形成保护气体，稍冷后在焊缝熔化金属表面形成熔渣，

17、池周围形成保护气体，稍冷后在焊缝熔化金属表面形成熔渣， 以隔绝熔池中液体金属与氧、氮等气体的接触，避免形成脆以隔绝熔池中液体金属与氧、氮等气体的接触，避免形成脆 性易裂化合物，焊缝金属冷却后与焊件熔成一体。性易裂化合物，焊缝金属冷却后与焊件熔成一体。 第15讲钢结构剖析 直流手工电弧焊直流手工电弧焊- -氩弧焊氩弧焊 多功能焊机多功能焊机 第15讲钢结构剖析 焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。 其牌号为其牌号为E43E43、E50E50和和E55E55型等，型等，E E表示焊条，数字表示熔敷金表示焊条，数字表示熔敷金 属抗拉强度的最小值（单位为属抗拉强度的最小值（单位

18、为Kgf/mmKgf/mm2 2）。）。 上图为上图为XWJ422XWJ422是钛钙型药皮的优质低碳钢电焊条。是钛钙型药皮的优质低碳钢电焊条。 一般情况下，焊条与母材的一般情况下，焊条与母材的 对应关系如下：对应关系如下： Q235Q235钢材，采用钢材，采用E43E43焊条；焊条； Q345Q345钢材，采用钢材，采用E50E50焊条；焊条； Q390Q390、Q420Q420钢材，采用钢材，采用E55E55 焊条。焊条。 第15讲钢结构剖析 自动或半自动埋弧焊主要设备是自动电焊机，沿轨道按设定自动或半自动埋弧焊主要设备是自动电焊机，沿轨道按设定 速度移动，通电引弧后，使埋于焊剂下的焊丝和附近的焊剂速度移动，通电引弧后，使埋于焊剂下的焊丝和附近的焊剂 熔化，熔渣浮在熔化的焊缝金属上面，使融化金属不与空气熔化，熔渣浮在熔化的焊缝金属上面，使融化金属不与空气 接触，并供给焊缝金属以必要的合金元素，随焊机的移动，接触，并供给焊缝金属以必要的合金元素，随焊机的移动， 颗粒状焊剂不断从料斗漏下