钢结构设计原理 课件 第1、2章 绪论、钢结构材料

钢结构设计原理课程介绍钢结构是土木工程核心专业课程，国家注册结构师考试主要科目之一钢结构课程主要内容：①

材料

②

构件

③节点连接属于钢结构课程基础阶段：钢结构基本原理1、绪论

2、钢结构的材料

3、钢结构的连接

4、轴心受力构件设计

5、受弯构件设计6、拉弯压弯构件设计

课程介绍与其它课程关系高等数学

大学物理

理论力学

材料力学

结构力学

混凝土结构设计原理

钢结构结构设计原理

钢结构设计

毕业设计

混凝土及砌体结构设计

第一章

绪

论1、

钢结构发展历程2、

钢结构特点及应用范围3、钢结构组成4、

钢结构的极限状态5、钢结构的发展方向6、课程内容和学习建议主要内容：钢结构建筑的前世今生我国早期钢结构第一章

概

述1935年9月

红军强渡大渡河大渡河泸定桥始建于清康熙年间（1705年）铁索桥长103.67米，宽3米钢结构建筑的前世今生我国早期钢结构第一章

概

述开封铁塔始建于北宋年间（1049年）高55.88米在900多年中，历经了37次地震

18次大风，15次水患钢结构建筑的前世今生18世纪末在英国建造房屋时开始使用钢材第一章

概

述钢结构建筑的前世今生19世纪前半期：约瑟夫帕克斯顿设计伦敦水晶宫展览馆（铁框架技术发展顶峰）第一章

概

述1851年世界首届工业博览会钢结构建筑的前世今生1889年法国：古斯塔夫埃菲尔设计巴黎埃菲尔铁塔第一章

概

述（塔高330米）钢结构建筑的前世今生旧金山金门大桥（1937年）悉尼歌剧院（1973年）第一章

概

述帝国大厦（1931年）钢结构建筑的前世今生我国钢结构建筑发展1907年产钢0.85万吨1950年产钢61万吨1978年产钢3178万吨2000年产钢1.2亿吨2019年产钢10.3亿吨第一章

概

述2000年产钢1.3亿吨第一章

概

述钢结构建筑的前世今生传承传统的革命精神展现今日发展之辉煌钢结构建筑的前世今生我国钢结构建筑发展第一章

概

述钢结构建筑的前世今生我国钢结构建筑发展第一章

概

述世界十大奇迹建筑之一主楼52层

，配楼44层钢结构建筑的前世今生我国钢结构建筑发展宝能环球中心盛京大剧院院市府恒隆广场第一章

概

述第一章

概

述钢结构第一章

概

述钢结构沈阳浑河东塔桥第一章

概

述钢结构沈阳浑河富民桥第一章

概

述钢结构沈阳浑河长青桥第一章

概

述钢结构沈阳浑河三好桥1.1、钢结构特点自重轻：相同跨度相同荷载，质量相当于混凝土构件1/3-1/4优势第一章

概

述1.1、钢结构特点优势第一章

概

述钢材的强度高而质量轻承受同样的荷载，钢构件比其他材料轻：强度/密度比值大。做成跨越结构，无效荷载最低；做成柱子，占建筑面积最小。构件轻，适合于交通不便的地区。有双重性：风荷载大的地区要防屋盖结构被风吸力掀起。1.1、钢结构特点1.1.2钢结构的优点第一章

概

述钢材塑性（延性）和韧性好较好的变形能力，不会突然断裂；超静定结构可以利用内力重分布；地震作用下有良好的吸能能力；韧性好，能较好地抵抗冲击作用。另一方面，注意避免脆性断裂的可能性：选材、构造、施工。1.1.2钢结构的优点材质均匀：符合基本假定，利于力学有限元分析第一章

概

述1.1.2钢结构的优点第一章

概

述比其他材料更接近理想材料质地比混凝土均匀；各向同性优于木材；具有较大的线弹性范围。

因此：钢结构比较符合材料力学的基本假定；大多数情况可以直接应用材料力学的计算公式—简便、够精确，但稳定性能和脆性断裂等问题涉及专门的力学知识；钢材和理想材料还是有差距，有些钢材存在分层问题；钢板有方向性，使用时要发挥其优良的一面：沿辊轧方向受力。1.1.2钢结构的优点工业化程度高：精确度较高，便于质量控制第一章

概

述1.1、钢结构特点第一章

概

述施工优势原材料是钢板和型钢，具有半成品性质。

工厂制作阶段：机械化，自动化。包括切割、制孔和焊接等，节省工时，提高精度。

工地安装阶段：现场占地少，施工期限短。机械吊装，螺栓紧固，少量焊接。迅速交付使用，资金回收时间短。容易加固，改建。能够做成可拆迁结构。1.1.2钢结构的优点施工周期短：提高使用效率火神山医院七天交付使用第一章

概

述1.1.2钢结构的优点生态环境好第一章

概

述1.1.2、钢结构的缺点劣势耐火性差1小时42分110层大厦轰然倒塌第一章

概

述1.1.2、钢结构的缺点劣势耐火性差沈阳某厂房火灾后情况钢屋架烧损变形节点高温变形螺栓松动支撑高温变形第一章

概

述1.1.2、钢结构的缺点劣势耐腐蚀性差第一章

概

述1.1.2、钢结构的缺点劣势第一章

概

述强度高的另一后果—容易屈曲（失稳）强度高则杆件细长、板件纤薄。屈曲可以使构件提前失效，强度不能充分发挥作用(尤其是高强钢)。稳定计算比较复杂，超出材料力学范围。初始几何缺陷应加以考虑：初弯曲、初倾斜。受压不如受拉，和混凝土刚好相反，组合起来相得益彰。1.1.2、钢结构的缺点劣势对缺陷较为敏感安装缺陷焊接质量缺陷构件初始裂缝构件尺寸缺陷致命性缺陷！第一章

概

述第一章

概

述钢结构对缺陷很敏感

钢材出厂时就存在内部缺陷；构件在制作和安装过程中会出现新的缺陷；设计计算中忽视缺陷的存在将造成承载力不足。2020.5.5广州虎门大桥异常震颤第一章

概

述第一章

概

述1.2、钢结构的应用大跨度结构重形厂房受动力荷载影响结构可拆卸结构高耸及高层建筑容器及其他构筑物轻型结构第一章

概

述1.2.1高层及超高层钢结构原则：形成一个有效抵抗各种外加作用的整体，可靠而经济。形成几何不可变体的一种方式：以平面结构为基本承重结构，加支撑。跨越结构&高耸结构第一章

概

述1.2.2轻型钢结构住宅第一章

概

述1.2.3大跨度空间钢结构第一章

概

述1.2.6特种钢结构第一章

概

述1.2.4桥梁钢结构第一章

概

述1.2.5压力管道及容器第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.1钢材的塑性破坏塑性变形很大，经历时间又长的破坏叫塑性破坏，也称延性破坏。塑性破坏是构件应力超过屈服点并达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。它是钢材晶粒中对角面上的剪应力超过抵抗能力而引起晶粒相对滑移的结果。第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.1钢材的塑性破坏塑性变形很大，经历时间又长的破坏叫塑性破坏，也称延性破坏。塑性破坏是构件应力超过屈服点并达到抗拉极限强度后，构件产生明显的变形并断裂。它是钢材晶粒中对角面上的剪应力超过抵抗能力而引起晶粒相对滑移的结果。第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.2钢材的脆性断裂钢材几乎不出现塑性变形的突然破坏叫脆性断裂。脆性破坏在破坏前无明显变形，平均应力小，按材料力学计算的名义应力往往比屈服应力多。脆性断裂没有任何预兆，破坏断口平直并呈有光泽的晶粒状。从力学的观点来分析，脆性破坏是由于拉应力超过晶体抗拉能力而产生的。第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.3影响脆性断裂的因素（1）钢材质量差。（2）结构构件构造不当。（3）较大的动力荷载与较低温的环境温度下工作。焊接结构中容易出现的脆性断裂的原因：（1）焊缝经常会或多或少存在些缺陷，如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等，这些缺陷能够成为断裂的起源。（2）焊接后结构存在残余应力。残余应力未必是破坏的主因，但和其他因素结合在一起，可能导致开裂。（3）焊接结构的连接往往有较大的刚性，当焊接结构出现三条相互垂直的焊缝时，材料的塑性变形就很难发展。（4）焊接使结构形成连续的整体，一旦裂纹发展,就有可能一断到底，不像在铆接结构中裂纹常在接缝处终止。第一章

概

述1.3钢结构的破坏形态1.3.4脆性断裂的防止1.焊缝：原始裂纹尺寸的控制主要由保证施工质量和加强检验来解决。2.应力：构件的实际应力不仅与荷载的大小有关，也与构造的形状及施焊的条件有关。3.材料韧性：为了防止断裂，结构的材料应根据其所处的条件具备一定的韧性。4.结构形式：优良的结构形式可以减小断裂的不良后果，把结构设计成超静定的，即有赘余构件，可以减少断裂造成的损失。5.钢材选用：设计焊接结构，在选用钢材时应该从防止脆断的角度加以考虑。第一章

概

述1.4钢结构的发展趋势1.4.1结构用钢的新发展高性能、高强度钢、低屈服点钢和耐火钢的开发和应用。第一章

概

述1.4钢结构的发展趋势1.4.3设计方法的新发展目前大多数国家采用计算长度法计算钢结构的稳定问题，采用一阶分析求解结构内力。此方法不能考虑二阶效应影响，不能精确考虑结构体系与构件之间的相互影响。故需要开展对整个结构体系进行二阶非弹性分析，即所谓高等分析是一个正在发展和完善的新设计方法，而且是一种较精确的方法。在近期内这两种方法将并存，并获得共同的发展。今后，随着计算机技术的发展，高等分析和设计法将逐渐成为主要的设计方法。第一章

概

述1.5本课程的任务和特点1.5.1本课程的主要任务本课程主要讲述钢结构的材料特点、钢结构在各个领域的应用及发展状况、钢结构基本构件的受力性能及其设计原理、钢结构的脆性破坏和塑性破坏形态以及钢结构的发展趋势，其目的是使学生认识钢结构的特点、受力性能和应用的知识，掌握钢结构基本构件和连接的设计方法，为进行较复杂钢结构的设计和研究打下基础。第一章

概

述1.5本课程的任务和特点1.5.2学习本课程需要注意的特点（1）钢结构的材料（2）钢结构的应用（3）钢结构的正常使用极限状态和破坏形态（4）钢结构的发展趋势（5）材料力学课程是学习本课程的重要理论基础（6）学会应用设计规范（7）结构构造知识和构造规定钢结构设计原理第二章

钢结构材料钢结构对材料的要求钢材的主要性能影响钢材性能的因素钢材的类别及选用主要内容：重点：钢结构对材料的要求钢材的类别及选用第二章

钢结构材料2.1钢结构对材料的要求较高的强度。即抗拉强度

fu和屈服强度

fy比较高。足够的应变能力。即塑性和韧性性能好。良好的加工和可焊性能。即适合冷、热加工，良好的可焊性。专用的特种性能。即应有耐候、耐火、Z向性能要求。《钢结构设计规范》(GB50017—2017)推荐的普通碳素结构钢Q235钢和低合金高强度结构钢Q345、Q390、Q420及Q460是符合上述要求的。选用GB50017规范还未推荐的钢材时，需有可靠依据。以确保钢结构的质量。第二章

钢结构材料2.2钢材的主要性能2.2.1强度

比例极限fP、弹性极限fe

这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比f

P略高处还有弹性极限，但弹性极限与f

P极其接近，所以通常略去弹性极限的点，把f

P看做是弹性极限。屈服点fy

应变

在

fP之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力-应变间成曲线关系，一直到屈服点。抗拉强度fu

屈服平台之后，应变增长时又需有应力的增长，但相对地说·应变增加得快，呈现曲线关系直到最高点。伸长率伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比。取圆形试件直径d的五倍或十倍为标定长度，其相应的伸长率用δ5和δ10表示，伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形的能力。结构制造时，这种能力使材料经受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显损坏。第二章

钢结构材料2.2钢材的主要性能屈服点是建筑钢材的一个重要力学特性，其意义是：1．作为结构计算中材料强度标准，或材料抗力标准。应力达到fy时的应变与fP时的应变较接近，可以认为应力达到fy时为弹性变形的终点。同时，达到fy

后在一个较大的应变范围内应力不会继续增加，表示结构一时丧失继续承担更大荷载的能力，故此以fy作为弹性计算时强度的标准。2．形成理想弹塑性体的模型，为发展钢结构计算理论提供基础。

fy之前，钢材近于理想弹性体，

fy之后，塑性应变范围很大而应力保持不增长，所以接近理想塑性体。因此，可以用两根直线的图形作为理想弹塑性体的应力-应变模型。钢结构设计规范对塑性设计的规定，就以材料是理想弹塑性体的假设为依据，忽略了应变硬化的有利作用。第二章

钢结构材料2.2钢材的主要性能2.2.2塑性塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力,可由静力拉伸试验得到的力学性能指标伸长率δ和截面收缩率Ψ来衡量。

δ和Ψ数值愈大，表明钢材塑性愈好。截面收缩率Ψ是颈缩断口截面面积的缩减值与原截面面积的比值，以百分数表示。Ψ可反映钢材在三向拉应力状态下的最大塑性变形能力，这对高层建筑结构用钢板考虑Z向(厚度方向)抗层状撕裂时更为重要。屈服点、抗拉强度和伸长率是钢材的三个重要力学性能指标。钢结构中所采用的钢材都应满足钢结构设计规范对这三项力学性能指标的要求。第二章

钢结构材料2.2钢材的主要性能2.2.3Z向性能Z向性能即钢板在厚度方向的抗层状撕裂性能，可用厚度方向的截面收缩率进行衡量。试验时，试件应取厚度方向，并采用摩擦焊将试件两端加长，以便于夹持。根据《建筑结构用钢板》(GB/T19879-2015)的规定，对于厚度方向性能的钢板分3种厚度方向性能级别，即Z15、Z25和Z35，它们分别表示其Ψz≥15%、25%和35%。第二章

钢结构材料2.2.4冲击韧性

衡量钢材抗冲击性能的指标是钢材的韧性。韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性指标用冲击韧性值表示，用冲击试验获得。冲击试验一般采用截面10mm×10mm、长55mm且中间开有V形缺口的试件，放在冲击试验机上用摆锤击断(图2.4)，并得出其吸收(消耗)的冲击功Akv(单位J)，以作为冲击韧性指标。Akv值愈大，则钢材的韧性愈好。韧性值受温度影响，温度低于某值时将急剧降低。设计处于不同环境温度的重要结构,尤其是受动载作用的结构时，要根据相应的环境温度对应提出常温(20±5℃)冲击韧性、0℃冲击韧性或负温(-20℃或-40℃)冲击韧性的保证要求。2.2钢材的主要性能第二章

钢结构材料2.2.5冷弯性能根据试样厚度，按规定的弯心直径将试样弯曲180度，其表面及侧无裂纹或分层则为“冷弯试验合格”。“冷弯试验合格”一方面同伸长率符合规定一样，表示材料塑性变形能力符合要求，另一方面表示钢材的冶金质量(颗粒结晶及非金属夹杂分布，甚至在一定程度上包括可焊性)符合要求，因此，冷弯性能是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。重要结构中需要有良好的冷热加工的工艺性能时，应有冷弯试验合格保证。2.2钢材的主要性能第二章

钢结构材料2.2.6可焊性可焊性是指采用一般焊接工艺就可完成合格的(无裂纹的)焊缝的性能。钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在0.12％~0.20％范围内的碳素钢，可焊性最好。碳含量再高可使焊缝和热影响区变脆。2.2钢材的主要性能第二章

钢结构材料2.2.7钢材的耐火性和抗腐蚀性能2.2.7.1耐火性需满足在一定高温下，保持结构在一定时间内不致垮塌，以保证人员和重要物资安全撤离火灾现场。耐火钢一般是在低碳钢或低合金钢中添加V（钒）、Ti（钛）、Nb（铌）合金元素，组成Nb-V-Ti合金体系。或再加少量Cr（铬）、Mo（钼）合金元素。具有耐火性能的钢材，可根据防火要求的需要，不用或减薄防火涂料,故有良好的经济效果，且可加大使用空间。2.2钢材的主要性能第二章

钢结构材料2.2钢材的主要性能2.2.7钢材的耐火性和抗腐蚀性能2.2.7.2抗腐蚀性能对建筑钢材的抗腐蚀性能要求，不需要像对不锈钢那样的高要求，它只需满足在自然环境下可裸露使用（如输电铁塔等），其抗腐蚀性提高到普通钢材的6-8倍，即可获得良好效果。具有抗腐蚀性能的钢一般是在低碳钢或低合金钢中添加合金元素，如Cu、P、Cr、Ni等，以提高抗腐蚀性能。为取得钢材的耐火、抗腐蚀性能，一般均是在低碳钢或低合金钢中添加与其相关的合金元素，且添加的某些合金元素可综合提高钢材性能（包括力学性能、Z向性能和可焊性能）。第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.1化学成分的影响

钢是含碳量小于2％的铁碳合金，碳大于2％时则为铸铁。制造钢结构所用的材料有碳素结构钢中的低碳钢、低合金结构钢和高性能建筑结构用钢。

碳素结构钢由纯铁、碳及杂质元素组成，其中纯铁约占99％，碳及杂质元素约占1％。

低合金结构钢中，除上述元素外还加入合金元素，后者总量通常不超过3％。碳及其他元素虽然所占比重不大，但对钢材性能却有重要影响。第二章

钢结构材料2.3.1化学成分的影响碳（C）碳是碳素结构钢中仅次于铁的主要元素，是影响钢材强度的主要因素，随着含碳量的增加，钢材强度提高，而塑性和韧性、尤其是低温冲击韧性下降，同时可焊性、抗腐蚀性、冷弯性能明显降低。结构用钢的含碳量一般不应超过0.22%，对焊接结构应低于0.2%。碳含量

：<0.25%低碳钢0.25%-0.6%中碳钢>0.6%高碳钢纯铁渗碳体（Fe3C)珠光体：

纯铁+渗碳体钢材强度2.3影响钢材性能的因素第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.1化学成分的影响锰（Mn）锰是一种弱脱氧剂，适量的锰含量可以有效地提高钢材的强度，又能消除硫、氧对钢材的热脆影响，而不显著降低钢材的塑性和韧性。锰在碳素结构钢中的含量为0.3%-0.8%，在低合金钢中一般为1.0%-1.7%。碳素钢中为有益杂质，低合金钢中合金元素但Mn可降低金属可焊性，应限量使用第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.1化学成分的影响硅（Si）硅是一种强脱氧剂，适量的硅可提高钢材的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和可焊性无明显不良影响。

但硅含量过大时，会恶化钢材可焊性及抗锈蚀性。

碳素钢中≤0.35%，合金钢中≤0.5%-0.6%钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)

钒、铌、钛都能使钢材晶粒细化。我国的低合金钢都含有这三种元素，作为锰以外的合金元素，既可提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.1化学成分的影响铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)

铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，不仅进一步减少钢中的有害氧化物，而且能细化晶粒。

保证低温韧性，低合金钢C\D\E级规定铝含量≥0.015%

铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。用于低合金高强度及高性能钢第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.1化学成分的影响硫（S）硫是一种有害元素，降低钢材的塑性、韧性、可焊性、抗锈蚀性等，在高温时使钢材变脆，即热脆。因此，钢材中硫的含量不得超过0.05%，在焊接结构中不超过0.045%。生成杂质硫化铁（易于熔化）热脆：800-1000℃焊接出现裂缝减小冲击韧性、影响疲劳性能和抗锈蚀能力。（严格控制含量0.045%-0.05%）

抗层间撕裂钢（0.01%以下）第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.1化学成分的影响磷(P)

磷既是有害元素也是能利用的合金元素。

磷是碳素钢中的杂质，它在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆。在高温时磷也能使钢减少塑性。

但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。

含量0.045%以内第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.1化学成分的影响氧(O)、氮(N)

氧和氮也是有害杂质，在金属熔化的状态下可以从空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.2制作过程的影响1．冶炼钢材的冶炼方法主要有平炉炼钢、氧气顶吹转炉炼钢、碱性侧吹转炉炼钢及电炉炼钢。在建筑钢结构中，主要使用氧气顶吹转炉生产的钢材。目前氧气顶吹转炉钢的质量，由于生产技术的提高，已不低于平炉钢的质量。冶炼这一冶金过程形成钢的化学成分与含量、钢的金相组织结构，不可避免地存在冶金缺陷，从而确定不同的钢种、钢号及其相应的力学性能。冶炼：

脱碳、脱氧、脱磷、脱硫

去有害气体、去杂渣

调成份第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.2制作过程的影响2．浇铸把熔炼好的钢水浇铸成钢锭或钢坯两种方法：一种是浇入铸模做成钢锭，另一种是浇入连续浇铸机做成钢坯。铸锭过程中因脱氧程度不同，最终成为镇静钢、半镇静钢与沸腾钢。镇静钢：强脱氧，氧气杂质少晶粒细缺陷不严重钢在冶炼及浇铸过程中会不可避免地产生冶金缺陷。常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔及裂纹等等。这些缺陷都将影响钢的力学性能。非金属杂质

（

硫化物

）、气泡（浇筑时产生CO未及时排出）

第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.2制作过程的影响3．轧制钢材的轧制能使金属的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合，因而改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多，其强度比厚板略高、浇铸时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层，所以分层是钢材(尤其是厚板)的一缺陷。设计时应尽量避免拉力垂直于板面的情况，以防止层间撕裂。第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素2.3.2制作过程的影响4．热处理

热处理的目的在于取得高强度的同时能够保持良好的塑性和韧性。正火属于最简单的热处理：把钢材加热至850~900oC并保持一段时间后在空气中自然冷却，即为正火。如果钢材在终止轧制时温度正好控制在上述温度范围，可得到正火的效果，称为正火轧制。回火是将钢材重新加热至650

oC并保温一段时间，然后在空气中自然冷却。淬火是把钢材加热至900

oC以上，保温一段时间，然后放入水或油中快速冷却。淬火加回火也称调质处理，强度很高的钢材，包括高强度螺栓的材料都要经过调质处理。第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素（1）时效的影响时效硬化指钢材仅随时间的增长而转脆，应变时效:应变硬化+时效硬化由于这些是使钢材转脆的性质，所以有些重要结构要求对钢材进行人工时效（加速时效进行），然后测定其冲击韧性，以保证结构具有长期的抗脆性破坏能力。2.3.3影响钢材性能的其他因素第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素(2).温度的影响钢材对温度相当敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。相比之下，低温性能更重要。正温范围总的趋势是随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。约在200oC以内钢材性能没有很大变化，430-540oC之间则强度(fy与fu)急剧下降；到600oC时强度很低不能承担荷载。此外，250oC附近有兰脆现象，约260-320oC时有徐变现象。

兰脆现象指温度在250oC左右的区间内，fu有局部性提高，fy也有回升现象，同时塑性有所降低，材料有转脆倾向。在兰脆区进行热加工，可能引起裂纹。

徐变现象指在应力持续不变的情况下钢材以很缓慢的速度继续变形的现象。第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素耐火钢极大改善钢材高温下力学性能。耐火钢随温度升高强度、弹模缓慢下降600℃时，耐火钢强度高于室温屈服强度2/3，弹性模量为室温值的80%第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素负温效应：在负温范围内，fu和fy都增高但塑性变形能力减小，材料转脆，对冲击韧

性影响突出。T1和T2称为温度转变区T0转变温度第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素（3）应力集中的影响

当截面完整性遭到破坏，如有裂纹(内部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角时以及截面的厚度或宽度突然改变时，构件中的应力分布将变得很不均匀。在缺陷或截面变化处附近，应力线曲折、密集、出现高峰应力的现象称为应力集中。

孔边应力高峰处将产生双向或三向的应力。这是因为材料的某一点在x方向伸长的同时，在y方向(横向)将要收缩，当板厚较大时还将引起z方向收缩。第二章

钢结构材料2.3影响钢材性能的因素（4）残余应力与重复荷载的影响残余应力是钢材在热轧、氧割、焊接时的加热和冷却过程中产生的，在先冷却部分常形成压应力，而后冷却部分则形成拉应力。残余应力对构件的刚度和稳定性都有降低。在重复荷载作用下，钢材的破坏强度低于静力作用下的抗拉强度,且呈现突发性的脆性破坏特征，这种破坏现象称为钢材的疲劳。第二章

钢结构材料2.4钢材的类别及选用2.4.1钢材的种类1．碳素结构钢碳素结构钢的牌号（简称钢号）有Q235A、B、C及D。（其中的Q是屈服强度中屈字汉语拼音的字首，后接的阿拉伯字表示以N/mm2为单位屈服强度的大小）A、B、C或D等表示按质量划分的四类级别。最后还有一个表示脱氧方法的符号如

F,Z或b。从Q195到Q275，是按强度由低到高排列的；钢材强度主要由其中碳元素含量的多少来决定，但与其他一些元素的含量也有关系。所以，钢号的由低到高在较大程度上代表了含碳量的由低到高。第二章

钢结构材料2．低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在钢的冶炼过程中添加少量几种合金元素使钢的强度明显提高，故称低合金高强度结构钢。Q345、Q39O、Q420、Q460是钢结构设计规范规定采用的钢种。其符号的含义和碳素结构钢牌号的含义相同。每种钢都包括A、B、C、D、E五种质量等级，和碳素结构钢一样，不同质量等级是按对冲击韧性的要求区分的。A级无冲击功要求B级要求提供20℃冲击功AKv≥34J（纵向）C级要求提供0℃冲击功AKV≥34J（纵向）D级要求提供一20℃冲击功AKv≥34J（纵向）E级要求提供一40℃冲击功AKv≥27J（纵向）不同质量等级对碳、硫、磷、铝等含量的要求也有区别。低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢，C、D、E级属于特殊镇静钢。2.4钢材的类别及选用2.4.1钢材的种类第二章

钢结构材料3.优质碳素结构钢优质碳素结构钢是碳素钢经过热处理（如调质处理和正火处理）得到的优质钢。优质碳素结构钢与碳素结构钢的主要区别在于钢中含杂质元素较少，硫、磷含量都不大于0.035%，并且严格限制其他缺陷。根据《优质碳素结构钢》（GB/T699—2015），优质碳素结构钢共有31种品种。2.4钢材的类别及选用2.4.1钢材的种类第二章

钢结构材料4.优质钢丝绳悬索结构和斜张拉结构的钢索、桅杆结构的钢丝绳等通常都采用由高强钢丝组成的平行钢丝束、钢绞线和钢丝绳。高强钢丝是由优质碳素钢经过多次冷拔而成，分为光面钢丝和镀锌钢丝两种类型。钢丝强度的主要指标是抗拉强度，其值在1570-1700N/mm2范围内，而屈服强度通常不作要求。高强钢丝的伸长率较小，最低为4%，但高强钢丝（和钢索）却有一个不同于一般结构钢材的特点——松弛，即在保持长度不变的情况下所承拉力随时间延长而略有降低。

2.4钢材的类别及选用2.4.1钢材的种类第二章

钢结构材料2.4钢材的类别及选用2.4.1钢材的种类5.高性能建筑结构用钢根据现行国家标准《建筑结构用钢板》（GB/T19879-2015）的规定，高性能建筑结构用钢分为Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ、Q420GJ、Q460GJ、Q500GJ、Q550GJ、Q620GJ、Q690GJ，数字表示屈服强度的大小，单位为“N/mm2”，GJ代表高性能建筑结构用钢。相比于同级别的低合金高强度结构钢，GJ系列钢材中硫磷等有害元素含量得到限制（含硫量不超过0.010%）、微合金元素含量得到控制，屈服强度变化范围小，塑性性能较好，有冷加工成型要求或抗震要求的构件宜优先采用。第二章

钢结构材料2.4钢材的类别及选用2.4.1钢材的种类6.耐候耐火钢耐候钢比碳素结构钢具有较好的耐腐蚀性能。耐候钢是在钢中加入少量的合金元素，如铜（Cu）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、铌（Nb）、钛（Ti）、锆（Zr）、钒（V）等，使其在金属基体表面上形成保护层，以提高钢材的耐候性能。耐候钢比碳素结构钢的力学性能高，冲击韧性、特别是低温冲击韧性较好。它还具有良好的冷成型性、热成型性和可焊性。第二章

钢结构材料2.4钢材的类别及选用2.4.2钢材的牌号钢结构用钢的一般牌号，是采用国家标准《碳素结构钢》（GB/T700—2006）和《低合金高强度结构钢》（GB/T1591—2018）的表示方法。它由代表屈服强度的字母、屈服强度（按厚度t≤16mm钢材）的数值、质量等级符号、脱氧方法符号等4个部分按顺序组成。所采用的符号分别用下列字母表示：Q——钢材屈服强度“屈”字汉语拼音首位字母；A、B、C、D、E——分别为质量等级；F——沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母；Z——镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；TZ——特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母。第二章

钢结构材料2.4钢材的类别及选用2.4.2钢材的牌号（GB/T700—2006）对碳素结构钢的牌号共分4种，即Q195、Q215、Q235和Q275。其中Q235钢是《钢结构设计标准》推荐釆用的钢材，属于低碳钢，它的质量等级分为A、B、C、D四级，各级的化学成分和力学性能有所不同。（GB/T1591-2018）对低合金高强度结构钢的牌号共分8种，即Q355、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690。第二章

钢结构材料2.4.3钢材的选用选择钢材的目的是要做到结构安全可靠，同时用材经济合理。为此，在选择钢材时应考虑下列各因素：

1.结构或构件的重要性；2.荷载性质（静载或动载）3.应力特征