开云 开云体育平台开云 开云体育平台开云 开云体育平台开云体育 kaiyun.com 官网入口开云体育 kaiyun.com 官网入口开云体育 kaiyun.com 官网入口目 录 1 1 前言 1.1 建筑钢结构的发展 建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性 强、外形丰富、维 护方便等优点，其应用越 越广泛。从 20 世纪 80 年代以来，中国 建筑钢结 构得到了空前的发展， 2005 年，我国已成为世 界上最大 的产钢国和用钢国，年钢铁消耗量已突破 3 亿吨，而其中钢结构的产 量高达 1.4 亿吨，包括了能源、交通及基础设施建设等的钢结构产业 已成为国民经济建设的支柱。 1.2 建筑钢结构的主要型式 工业厂房钢结构 高层钢结构 空间钢结构 桥梁钢结构 轻钢结构 住宅钢结构 1.3 国内已建建筑钢结构示例 到目前为止，我国已建成 300 多幢高层钢结构建筑；大跨度空间钢 结构已在各种体育馆、展览中心、大剧院、候机楼、 飞机库和一些工 2 业厂房中应用；桥梁钢结构方兴未艾；钢结构住宅在我国经过近几年的 深入研究和开发后，也已 入一个新的发展阶段。 2 钢结构基本知识 2.1 钢结构的基本概念 钢结构是以钢铁为基材，经过机械加工组装而成的结构件。 2.1.1. 钢结构的特点  材料的强度高，塑性和韧性好 钢材和其它建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得 多。因此，特别适用于跨度大或荷载很大的构件和结构。钢材还具有 塑性和韧性好的特点。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然 断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还 使钢结构具有优越的抗震性能。  钢结构构件断面小、自重轻 ； 钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土 结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的 跨度承受同样荷载，钢屋架的质量最多不过钢筋混凝土屋架的 1/3 至 1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近 1/10，为吊装提供了方便条件。  钢结构制作简便，加工周期短 ； 3 钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机 械操作。因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精 确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度 螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短 施工周期。小量的钢结构和轻钢屋架，也可以在现场就地制造，随即 用简便机具吊装。此外，对已建成的钢结构也比较容易 行改建和加 固，用螺栓连接的结构还可以根据需要 行拆迁。  钢结构材质性能均匀，易于检测和控制，可靠性高 ；  钢结构建筑易于改造，原料可重复使用，节省资源，环保资 源 ；  钢结构建筑可以实现大跨度、大空 间结构 ；  耐腐蚀性能差，涂料维护费用高 ； 钢材耐腐蚀的性能比较差，必须对结构注意防护。这使维护费用 比钢筋混凝土结构高。不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经 过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题并不严重。近年来出现的耐 大气腐蚀的钢材具有较好的抗锈性能，已经逐步推广应用。  钢材耐热但不耐火 钢材长期经受 100℃辐射热时，强度没有多大变化，具有一定的 4 耐热性能，但温度达 150℃以上时，就须用隔热层加以保护。钢材耐火 性能差，温度升高材料强度明显降低，需外加防火涂料或外包混凝土。 2.1.2. 建筑钢结构的结构形式 (1) 单层钢结构（重型钢结构）工业厂房 钢铁联合企业和重型机械制造业有许多车间属于重型厂房。所谓 “重”，就是车间里吊车的起重质量大（常在 100 吨以上），有的作业也 经常繁重（24 小时运转）。） 单层工业厂房常用的结构形式是由一系列的平面承重结构用支 撑构件联成空间整体。在这种结构形式中，外荷载主要由平面承重结 构承担，纵向水平荷载由支撑承受和传递。平面承重结构又可有多处 形式。 单层厂房常用结构 (2) 大型空 间（大跨度）钢结构  平板网架结构 5  网壳结构  空 间桁架或空 间刚架体系  悬索结构  杂交结构  张拉集成结构  索膜结构 平板网架结构 网壳结构 6 悬索结构 杂交结构 张拉集成结构 7 索膜结构 (3) 高层钢结构 根据高度的不同，多层、高层及超高层建筑可采用以下合适的结 构形式：①刚架结构，梁和柱刚性连接形成多层多跨刚架（图a），承受 水平荷载；②刚架——支撑结构，即由刚架和支撑体系（包括抗剪桁架、 剪力墙和核心简）组成的结构，（图b）即为刚架—抗剪桁架结构，③框 筒、筒中筒、束筒等简体结构，图c 为一束筒结构形式，④ 巨型结构包 括巨型桁架和巨型框架（图d）。 8 多层、高层及超高层建筑的结构形式 (4) 高耸结构 高耸结构包括塔架和桅杆结构，如高压输电线路的塔架、广播和 电视发射用的塔架和桅杆等。塔桅的主要结构形式为桅杆结构和塔架 结构。 9 塔桅结构 (5) 桥梁钢结构 用于桥梁的主要结构形式有如下几种：①实腹板梁式结构；②桁 架式结构；③拱或刚架式结构；④拱与梁桁架的组合结构；⑤斜拉结构； ⑥悬索结构。 10 桥梁的主要结构形式 (6) 轻钢结构 (7) 住宅钢结构 (8) 容器和其它构筑物 用钢板焊成的容器具有密封和耐高压的特点，广泛用于冶金、石 油、化工企业中，包括油罐、煤气罐、高炉、热风炉等。此外，经常使用 的还有皮带通廊栈桥、管道支架、钻井和采油塔架，以及海上采油平 台等其它钢构筑物。 2.1.3. 钢结构主要部件 11 钢结构主要构件包括柱、梁、桁架、支撑、连接件。 2.1.4. 钢结构部件主要连接型式 钢结构构件的连接型式：焊接、铆接、螺栓连接、螺栓连接和焊接 组合连接。  焊接：构造简单，制造方便，易于自动化操作，不削弱构件 截面，省钢，经济。缺点是产生焊接应力和焊接变形。  铆接：韧性和塑性好，传力均匀可靠，易于检查质量，缺点 是费工，不经济，现已很少用。  螺栓连接：拆装方便，操作简单，不需要特殊设备，常用于 安装节点的连接和装拆式结构中。  高强螺栓连接：受力性能好，耐疲劳好，施工简便，可拆卸， 易于掌握操作方法，将逐步取代铆接。 2.1.5. 钢结构构件主要截面类型 钢板、角钢、槽钢、工字钢、H 型钢、T 型钢、圆钢、方管、圆管、十 字型、箱形、三角形、多边型及其组合。 2.2 钢结构使用的钢材 2.2.1. 钢材的性能 力学性能 ——满足结构的功能要求（强度、刚度、疲劳等） 12 工艺性能 ——满足加工过程的要求 (1) 钢材的力学性能 强度——抗拉强度、屈服强度； 塑性——延伸率、断面收缩率 韧性——冲击吸收功 钢材拉伸试件应力——应变曲线图 A ：比例极限；B ：弹性极限；C ：屈服点（上、下屈服点）；D ：抗拉强度； 在比例极限（弹性极限）之前，应力与应变之间呈线性关系（虎克定 律）， ——OB 为材料为弹性变形阶段 超过弹性极限后，应力与应变不再呈现线性关系，材料 入弹塑 性区域， 变形增加较快曲线呈锯齿形波动，出现应力不增加而变形 继续发展，材料 入塑形变形阶段，在应力应变曲线 动阶段，其中波动的最高点为上屈服点，最低点为下屈服点（材料屈服 强度）； 塑形变形之后，材料内部晶粒重新 行排列，强度提高， 入应 变硬化阶段，出现达到最高点 D——抗拉强度，随后试件出现颈缩，试 件断裂。 钢结构设计的准则是以构件最大应力达到材料屈服点作为极限 状态，而把钢材的极限强度视为局部应力高峰的安全储备，这样能同 时满足构件的强度与刚度要求，因而对承重结构的选材，要求同时保 证抗拉强度和屈服点的强度指标。 低碳钢和低合金钢都有明显的屈服平台，对应的应变范围约从ε =0.15%至ε=2.5%，充分显示了良好的塑性变形能力，但在钢材的力学 性能指标中，采用试件的伸长率表示塑性性能，它可直接由拉伸试件 l  l 断裂后原标距长度的变化计算得到：δ = 0  100% 5 l 0 式中 l ——试件原标距长度，现统一取用 l =5d （d 为试件直径， 0 0 0 0 圆试件）或l0  5.65 F0 （矩形截面试件，F0 为原始截面面积）； l——试件拉断后的标距长度。 钢材的韧性即荷载作用下钢材吸收机械能和抵抗断裂的能力，反 14 映钢材在动力荷载下的性能。现在国内外通用以 V 型缺口的夏比试件 在冲击试验中所耗的冲击功值衡量该材料的冲击韧性（我国过去采用 U 型缺口的梅氏试件），冲击功以焦耳（J）为单位，应不低于 27J。冲击 试验中击断试件所耗的功愈大，冲击韧性愈高，材料韧性愈好，不易 脆断。钢材的冲击韧性值受温度影响很大，如图所示，存在一个由可 能塑性破坏到可能脆性破坏的转变温度区（T ～T ），T 称为临界温度， 1 2 1 T 称为转变温度。在 T 以上，只有当缺口根部产生一定数量的塑性变 0 0 形后才会产生脆性裂纹；在T 以下，即使塑性变形很不明显，甚至没有 0 塑性变形也会产生脆性裂纹，脆性裂纹一旦形成，只需很少能量就可 使之迅速扩展，至材料完全断裂。为了避免钢结构的低温脆断，结构 使用温度需高于钢材的转变温度。各种钢材的转变温度都不同，应由 试验确定。在提供有不同负温下的冲击韧性时，通过选材已避免了脆 断的风险。 15 (2) 钢材的工艺性能 1). 加工性能 把钢材加工成所需的结构构件，需历经一系列的工序，包括有各 种机加工（铣、刨、制孔），切割，冷、热矫正以及焊接等，钢材的工艺性 能应满足这些工序的需要，不能在加工过程中出现钢材开裂或材质受 损的现象。低碳钢和低合金钢所具备的良好的塑性在很大程度上满 足了加工需要。 2). 冷弯性能 钢材的冷弯性能是通过试件 180°弯曲试验来判断的一种综合性 能。钢材按原有厚度经表面加工成板状，常温下弯曲 180°后，如外表 16 面和侧面不开裂，也不起层，则认为合格；弯曲时，按钢材牌号和板厚 允许有不同的弯心直径 d （可在 0.5～3 板厚范围内变动）。冷弯性能反 映钢材经一定角度冷弯后抵抗产生裂纹的能力，是钢材塑性能力及冶 金质量的综合指标，一般 说，钢材的冷弯性能指标要比钢的塑性指 标更难达到，因为弯曲试验中塑性变形的生成是处于受制约的状态， 完全不同于拉伸试件，因此，除了反映钢材的塑性和对冷加工的适应 程度以外，还能暴露冶金缺陷（如晶粒组织、夹杂物分布及夹层等），在 一定程度上还可以反映钢材的可焊性。冷弯性能是评价钢材工艺性能 和力学性能以及钢材质量的一项综合指标，弯曲试验是鉴定钢材质量 的一项有效措施。 3). 可焊性 可焊性是指钢材对焊接工艺的适应能力，包括有两方面的要求：一 是通过一定的焊接工艺能保证焊接接头具有良好的力学性能；二是施 工过程中，选择适宜的焊接材料和焊接工艺参数后，有可能避免焊缝 金属和钢材热影响区产生热（冷）裂纹的敏感性。钢材的可焊性评定可 分化学成分判别和工艺试验法评定两种方法。化学成分判别即由碳当 量的含量来判定钢材的可焊性，即把钢材化学成分中对焊接有显著影 响的各种元素，全部折算成碳的含量。碳元素既是形成钢材强度的主 17 要元素，也是影响可焊性的首要元素，含碳量超过一定含量的钢材甚 至是不可施焊的。碳当量愈高，可焊性愈差。 国际焊接学会（IIW）推荐常用低合金结构钢的碳当量计算式为： Mn Cr  Mo  V Ni  Cu C  C    E 6 5 15 在我国新编的桥梁用结构钢标准中，推荐计算式为： Mn Mn Si Ni Cr Mo V CE (%)  C        6 6 24 40 5 4 14 国际上比较一致的看法，碳当量 CE （%）小于 0.45%，在现代焊接 工艺条件下，钢材的可焊性是良好的。 2.2.2. 各种因素对钢材性能的影响 (1) 化学成分的影响 对碳素结构钢，常规的化学成分分析是指碳、硅、锰、硫、磷（C、Si、 Mn、S、P）五元素。其中，碳是形成钢材强度的主要元素，并直接影响 钢材的可焊性，随着含碳量的增加，钢材的硬度和耐磨性、屈服点和 抗拉强度都将提高，但塑性和韧性，尤其是负温冲击韧性下降很多，冷 弯性能明显下降，可焊性恶化，因此钢结构选用钢材的碳含量不宜太 高，一般不应超过0.22%，对于焊接结构的钢材，更须控制含碳量和碳 当量。 硅（Si）通常作为脱氧剂加入普通碳素钢中，用以冶炼质量较高的 18 镇定钢。适量的硅对钢材的塑性、冲击韧性、冷弯及可焊性均无显著 的不良影响。一般镇定钢的含硅量为 0.10%～0.30%，半镇定钢的含硅 量为 0.05%～0.10%，而沸腾钢的含硅量只有痕迹（不大于 0.07%）。 锰（Mn）是一种弱脱氧剂，适当的含锰量可以有效地增加钢材的 强度、硬度和耐磨性，同时又能消除硫、氧对钢材的热脆影响，但含量 过高，冷裂纹形成倾向将成为主要问题，所以含锰量有上限限制，我 国碳素结构钢的含锰量范围为0.25%～0.80%，钢材成品的允许偏差 是+0.05%和-0.03%。 硫（S）和磷（P）在碳素结构钢中属于杂质，是有害元素。硫的存在 可能导致钢材的热脆现象，同时硫又是钢中偏析最严重的杂志之一， 片状硫化物的夹渣存在，常常是钢板产生层状撕裂的原因，因此，质 量愈好的钢材对含硫量控制愈严格，一般情况，含硫量应小于 0.05%， 要求最严格的可低于 0.008%。磷的存在虽可提高钢材的强度和抗腐 蚀性能，但会严重降低钢材的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，特 别是在低温时，使钢材的变得很脆（冷脆性）。磷亦是一个易于偏析的 元素，比硫的偏析还严重，因此磷的含量也必须严格限制，不应超过 0.045%。但值得一提的是，当铜、磷两元素在钢存时，其弊端会 相互抵消，再适当降低含碳量（C≤0.12%）后，其强度、韧性、可焊性等 19 均有较好表现，铜磷钢是在国内外现在都已得到公认的耐候钢系列 之一，其含磷量可高达 0.07%～0.15%。 低合金结构钢中的合金元素以锰（Mn）、钒（V）、铌（Nb）、钛（Ti） 和铬（Cr）、镍（Ni）等为主。钒、铌、钛等元素属于添加元素，都能明显 提高钢材强度，细化晶粒改善可焊性。镍和铬属于残余元素，是来自 废钢中的合金元素，都是不锈钢的主要元素，能提高强度、淬硬性、耐 磨性等综合性能，但对可焊性不利。为改善低合金钢的性能，尚允许 加入少量钼（Mo）和稀土（Re）元素，可改善其综合性能。 作为常用脱氧剂成分的铝元素，既能脱氧又能脱氮，并有细化晶 粒、提高韧性、减少时效倾向性的功能。国家标准中要求，当将铝元素 视为细化晶粒元素时，则钢的化学成分中酸溶铝含量不小于 0.015% 或全铝含量不小于 0.20%。 钢中主要化学元素对建筑钢性能的影响 化学元 硅 锰 镍 铬 铜 钼 钛 铝 碳 磷 硫 钒 素 S M N C C M T A C P S V 性能 i n i r u o i l 强度极 ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 0 20 限 ＋ ＋ 屈服极 ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 0 限 － － 延伸率 － 0 0 0 0 0 － － 0 0 － － ＋ 硬度 ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ 0 ＋ ＋ ＋ 0 ＋ 冲击韧 － － 0 － － ＋ ＋ 0 0 0 － ＋ 性 疲劳强 ＋ ＋ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 度 ＋ 可焊性 － － 0 － － 0 － － 0 ＋ ＋ 0 腐蚀稳 ＋ 0 － ＋ ＋ 0 ＋ ＋ ＋ ＋ 0 0 定性 ＋ ＋ 冷脆性 ＋ ＋ 0 0 － 0 － 0 ＋ 0 － ＋ 热脆性 ＋ 0 0 0 ＋ 0 0 0 0 0 0 0 21 ＋ 注:其中: ＋表示提高，＋＋表示提高幅度较大；－表示降低，－－ 表示降低幅度较大；0 表示影响不显著。 (2) 冶炼过程的影响 钢在冶炼过程中，生成有氧化铁及其固熔体杂质，会增加钢的热 脆性，使钢的轧制性能变坏。故在浇注前，应对钢水 行脱氧处理，根 据冶炼过程的脱氧程度，钢材分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢。沸腾 钢一般用锰脱氧；镇静钢一般用硅为脱氧剂；脱氧程度介于沸腾钢与镇 定钢之间的钢称为半镇静钢，它是用较少的硅 行脱氧，脱氧剂的用 量约为镇定钢的 1/2～1/3。 (3) 轧制过程的影响 钢锭的热轧过程不仅改变钢的外形尺寸，也改变了钢的内部组织 及其性能。热轧过程始于 1200～1300℃高温，终止于 900～1000℃。在 压力作用下，钢锭中的小气泡、裂纹等缺陷会焊合起来，是金属组织 更致密。轧制过程破坏钢锭的铸造组织、细化晶粒并消除显微组织缺 陷，显然，轧制钢材比铸钢具有更高的力学性能。轧制型材规格愈小， 一般 说强度愈高，而且塑性及冲击韧性也比较好，这是因为小型材 的轧制压缩比大的缘故。如轧制时压缩比过小，成品厚度较大，停轧 22 温度过高，则在随后的冷却过程中会形成降低强度和塑性的金相组织； 如停轧温度过低，将增加钢的冷脆倾向，并由于形成带状组织而破坏 钢的各向同性的性质。 为了保证钢材的质量，必要时，在轧制过程中应控制轧制温度、压 下量和冷却速度，提供在“控轧”状态下的供货状态。否则，则可采用热 处理后供货以改善质量。但一般性的建筑结构用钢，很少需要如此工 艺。 (4) 热处理的影响 钢的热处理就是将钢在固态范围内施以不同的加热、保温和冷 却，籍以改变其性能的一种工艺。根据加热和冷却的方法的不同，热 处理可分为以下几种：  退火处理：退火种类很多，大体上可分为重结晶退火和低温 退火两类。重结晶退火是将钢加热到相变临界点以上 30 ～50℃ ，保 温一段 时间，然后缓慢冷却（随炉冷却、坑冷、灰冷）到 500℃ 以下 后，在空气中冷却。退火是一种时间漫长的热处理工艺，其目的是 细化晶粒、降低硬度、提高塑性、消除组织缺陷和改善力学性能等。 低温退火是将钢加热到相变临界点以下（500～650℃ ），保温一段 时间后缓冷到 300 ～200℃ 以下出炉，钢在这个过程中无组织变化， 23 消除内应力的处理即属低温退火。  正火处理：将钢加热到临界点（AC ）以上 30 ～50℃ ，保温一 3 段时间， 行完全奥氏体化，然后在空气中冷却。正火与退火的加 热条件相同，只是冷却条件不同，正火在空气中冷却速度要快于 回火，故正火钢有较高的强度和硬度，甚至有较大的塑性和韧性， 正火的目的是细化晶粒、消除缺陷、改善性能，故对于碳素结构钢、 低合金结构钢均可以正火处理状态交货。  淬火处理：将钢材加热到相变临界点以上（一般为 900℃ 以 上），保温一段时间，然后在水或油等冷却介质中快速冷却，使奥 氏体组织变为马氏体，得到高硬度、高强度，但需要随后的回火处 理，以获得良好的综合力学性能。  回火处理： 将淬火钢重新加热到相变临界点以下的预定温 度，保温预定时间，然后冷却。其目的是减少淬火生成的内应力、 促使金相组织获得充分的转变，减少淬火钢的脆性。淬火钢回火 后的力学性能，取决于回火温度和 时间，可依据需要分别选择低 温回火（ 150～200℃ ）、中温回火（300 ～500℃ ）和高温回火（500～650 ℃ ）～。钢材的淬火加高温回火的综合操作称为调质，调质处理可 让钢材获得强度、塑性和韧性都较好的综合性能。 24 对于高强度钢材，如现行国家标准《低合金高强度结构钢》中的 Q420、Q460 的 C、D、E 级钢，其交货状态中包括淬火加回火的状态， 《焊接结构用耐候钢》标准中 Q460NH 也可有淬火加回火状态交货，其 它强度级别一般只是热轧、控轧或正火处理状态交货。 (5) 钢材缺陷 钢材缺陷包括表面质量、内部缺陷和化学成分偏析以及力学性能 不合格等几方面。 1). 表面缺陷  轧入氧化铁皮、凹坑：是轧制表面上的伤痕，由于热轧和加 工前或加工期 间氧化铁皮清除不充分造成。  压痕（凹陷）和轧痕（凸起） ：是由于轧辊或夹持辊破损造成， 可按一定距离 间隔分布或无规则分布。  划伤和沟槽： 是由于轧件和设备之 间相对运动摩擦造成的 机械损伤，可能有轻微的翻卷，很少含有氧化铁皮。  重皮：是由于钢锭表面的冷溅、重皮以及结疤清理不干净， 轧制形成的不规则鳞片状的细小表面缺陷。  气泡： 由于冶炼、浇注过程中脱氧不良造成，位于 紧结表面 以下。 25  热拉裂：表面范 围内可变取向的缺陷，出现在钢坯加工过程 中，与钢种、坯料的内应力或不利的成型条件有关。  夹杂 ：表面上的非金属夹杂物，尺寸和形状不同，沿轧制方 向延伸，随机分布。  裂纹 ：由于轧件在冷却过程中产生的应力造成的，在表面范 围分布的缺陷。  结疤和疤痕：是重叠的物质，形状和程度不同的表面重叠部 分，不规则地分布在轧件的整个范 围而且仅局部与基体金属相连。 在结疤中有较多的非金属夹杂物或氧化铁皮。 作为产品标准的要求，对钢材表面质量有明确规定，即钢材表面 不应有裂纹、气泡、结疤、夹杂、折叠。如表面有上述缺陷，允许清除， 清除的深度不得超过钢材厚度公差的一半。清除处应圆滑无棱角。型 钢表面缺陷不得横向铲除，其它不影响使用的缺陷允许存在，但应保 证钢材的最小厚度。 在实际使用中，钢材表面还会有锈蚀、麻点或划痕等缺陷，故在 钢结构施工及验收规范中也明确规定，这类缺陷的深度不得大于该 钢材厚度负偏差值的 1/2。对于钢材表面锈蚀程度的判别，遵循现行 国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定，只能有 A 、 26 B、C 三种等级，锈蚀程度最严重的 D 级是不能用于结构件的。 2). 内部缺陷 从应用角度，对钢材内部缺陷最予以关注的是夹层和裂纹，产生 夹层的原因是非金属夹杂物的存在或钢锭缩孔未完全切除，产品标准 中规定钢材不得有分层。在工程实践中，为保证重要构件用料的质量， 有时就得用超声波检验的方法，例如要求厚度方向有良好的抗层状 撕裂性能的钢板，就可以 行逐张检验以检测钢板内部缺陷。 3). 化学成分偏析 钢材中特定部位上某种元素或其化合物的含量超过规定含量的 允许偏差，造成钢材或钢材某部位的性能恶化。如中厚板中心部位的 S、P 偏析，容易造成钢材抗层状撕裂性能降低。 4). 力学性能不合格 由于冶炼、化学成分、轧制及热处理的偏差，成品钢材的力学性 能在材料复试时，不能满足订货要求标准要求的力学性能指标或订货 规定的附加要求指标。 对于力学性能不合格要求的钢材应判废、退货；特殊标识后可降 级使用（当各项指标应满足该等级要求）。 (6) 钢材交货状态 27 名称 说明 控 轧 状 钢材在热轧或锻造后不再对其 行专门处理，冷却后直 态 接交货。 经冷拉、冷轧等冷加工成型的钢材、不经任何热处理而直 接交货的状态。 冷拉（轧） 与热轧（锻）状态相比，钢材尺寸精度高、表面质量好、并有 状态 较高的力学性能，但存在很大的内应力、极易遭受腐蚀，因而 包装、储运均有严格的要求，一般应保管在库房内。 钢材出厂前经正火热处理的交货状态，比热轧终止温度 正 火 状 控制严格，因而钢材组织、性能均匀。 态 碳素结构钢、合金结构钢钢材常采用正火状态交货。 钢材出厂前经退火热处理的交货状态。退火的目的主要 是为了消除和改善前道工序的组织缺陷和内应力，并为后道 退 火 状 工序做好组织和性能上的准备。 态 合金结构钢、保证淬透性结构钢、冷镦钢、轴承钢、工具 钢、汽轮机叶片用钢、铁素体不锈耐热钢的钢材常用退火状态 交货。 28 钢材出厂前经高温回火热处理的交货状态。高温回火有利 高 温 回 于彻底消除内应力，提高塑性和韧性。碳素结构钢、合金结构 火状态 钢、保证淬透性结构钢钢材可采用高温回火状态交货。 2.2.3. 常用结构钢标准 类型 名称 编号 碳素结构钢 GB/T700 低合金高强度结构钢 GB/T1591 GB/T1987 常 用 结 建筑结构用钢板 9 构用钢标准 厚度方向性能钢板 GB/T5313 焊接结构用耐候钢 GB/T4172 焊接结构用碳素钢铸件 GB/T7659 GB/T1750 钢 材 的 钢及钢产品交货一般技术要求 5 表 面 质 量 和 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及 尺寸、外形、 GB709 允许偏差 重 量 及 允 许 热轧钢板表面质量的一般规定 GB/T1497 29 类型 名称 编号 偏差标准 7 钢板和钢带检验、包装、标志及质量证 GB/T247 明的一般规定 碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板及 GB3274 钢带 花纹钢板 GB3277 型钢验收、包装、标志及质量证明书的 GB2101 一般要求 热轧工字钢尺寸、外形、重量及允许偏 GB706 管材、型 差 材外形、尺寸、 热轧槽钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB707 重 量 及 允 许 热轧等边角钢尺寸、外形、重量及允许 GB9787 偏差标准 偏差 热轧不等边角钢尺寸、外形、重量及允 GB9788 许偏差 结构用无缝钢管尺寸、外形、重量及允 GB8162 30 类型 名称 编号 许偏差 结构用冷变空心型钢尺寸、外形、重量 GB/T6728 及允许偏差 热轧扁钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB704 GB/T1126 轧制 H 型钢 3 热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允 GB702 许偏差 冷拔无缝异型钢管 GB3094 结构用高频焊接薄璧 H 型钢 JG/T137 直缝电焊钢管 GB/13793 低压流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢 SY/T5037 管 钢 材 的 钢的化学分析用试样取样法及成品化 GB/T222 力 学 性 能 和 学成分允许偏差 化 学 成 分 分 钢及钢产品力学性能试验取样位置及 GB/T2975 31 类型 名称 编号 析试验标准 试样制备 金属拉伸试验试样 GB6397 金属材料室温拉伸试验方法 GB/T228 金属夏比缺口冲击实验方法 GB/T229 金属材料弯曲实验方法 GB232 钢结构设计规范 GB50017 －2003 冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018 钢 结 构 －2002 设计规范 高层建筑钢结构设计规程 DBJ08-32- 92 轻型钢结构设计规程 DBJ08-68- 97 建筑工程质量验收统一标准 GB50300 钢 结 构 －2001 施 工 验 收 规 钢结构工程施工质量验收规范 GB50205 范 －2001 32 类型 名称 编号 建筑钢结构焊接规程 JGJ81 － 2002 钢结构高强度螺栓连接的设计、施工 JGJ82 －91 及验收规程 型钢混凝土组合结构技术规程 JGJ138 － 2001 网架结构设计与施工规程 JGJ7—91 屋面工程质量验收规范 GB50207 －2002 2.2.4. 常用结构钢编号方法 现行国家标准《碳素结构钢》、《低合金高强度结构钢》、《建筑结构 用钢》，把屈服点的“屈”字汉语拼音字母“Q”作为结构钢编号的第一个 字母。编号原则（举例说明）为： 33 Q 2 B F F—沸腾钢，b—半 35 脱 Z—镇定钢（可省略） 沸腾钢 TZ—特 殊 镇 定 钢 氧方法 表示钢材冲击韧性等级，分别为 A 、B、 （可省略） C、D、E。 钢材的标称屈服强度值，单位为 N/mm2 对应的等级要求为： 钢材的屈服强度标识“屈”字的拼音首位 （MPa） A—不 要 求 ； B—+20℃ ； C—0℃ ； 2.2.5. 常用建筑结构用钢牌号介绍 字母 D—-20℃ ；E—-40℃ 的夏比冲击功大于标 (1) 碳素结构钢 （GB/T700—2006） 准规定的值 a. 牌号和钢材化学成分 2). 钢材的力学性能 34 说明：（1）钢材牌号中的屈服强度为 16mm 及以下厚度的屈服强 度值，随着厚度的增加，钢材实际屈服强度要求在降低（厚度效应），但 抗拉要求不变 ； 35 （2）夏比冲击吸收功值按一组 3 个试样单值的平均值计算，允许 其中一个试验的单值小于标准规定值，但不得小于规定值的 70% 。 钢材一般以热轧、控轧或正火状态交货。 (2) 低合金高强度结构钢 （GB/T1591—1994） a. 牌号和钢材化学成分 36 b. 钢材的力学性能 37 (3) 高耐候结构钢 （GB/T4171—2000) 高耐候结构钢按化学成分分为：铜磷钢和铜磷铬镍钢两类。其牌 号有 Q295GNH、Q295GNH、Q345GNH、Q345GNH、Q390GNH。其中， “GNH”表示“高耐候”，“L”表示含铬、镍的高耐候钢。 这类钢材适用于耐大气腐蚀的建筑结构，产品通常在交货状态下 使用，可制作螺栓连接、铆接和焊接结构件，但作为焊接结构用材时， 板厚不应大于 16mm。 (4) 焊接结构用耐候钢 （GB/T4172—2000) 焊接结构用耐候钢具有良好的焊接性能，厚度可达 100mm，其牌 号有 Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q460NH。其中，“NH”表示“耐候”， “L”表示含铬、镍的高耐候钢，质量等级分 C、D、E。 (5) 厚度方向性能钢板（GB5313—1985） 1). 实用范 围  在一些重要受力构件中，不仅要求钢板沿长度方向和 宽度 方向具有一定的力学性能，而且要求厚度方向有良好的抗层状撕 裂性能；  实用于厚度为 15～ 150mm，屈服强度不大于 500MPa 的镇 38 静 钢钢 板 。 厚 度 小 于 15mm 和 大 于 150mm 或 屈 服 强 度 大 于 500MPa 的钢板，订货时另行协商；  钢板的抗层状撕裂性能采用厚度方向拉伸试验的断面收缩 率 评定。 2). 钢材级别和技术要求 断面收缩率z （%） 厚度方向性 含硫量（%） 三个试样平 单个试样值 能级别 不大于 均值 不小于 Z15 0.010 15 10 Z25 0.007 25 15 Z35 0.005 35 25 3). 钢材适用范 围及牌号 一般适用于制作钢结构的厚度为 6～100mm 的高层建筑用钢板， 分 2 个强度级别，4 个牌号。牌号由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服 点数值、高层建筑的汉语拼音字母（GJ）以及质量等级（C、D、E）符号组 成，对厚度方向性能钢板再加后缀字母“Z”。四个牌号为 Q235GJ、 39 Q235GJZ、Q345GJ、Q345GJZ。 (6) 桥梁结构用钢板（GB/T714—2000） 桥梁结构用钢有三个牌号：Q235q、Q345q、Q370q、Q420q，质量 等级分 C、D、E 级。 2.2.6. 结构钢材的品种、规格和标准 (1) 钢板和钢带 钢板（钢带）按轧制方法有冷轧板和热轧板的区分。 钢板按板厚划分则有薄板、厚板、特厚板，划分界限为 4mm 以下 为薄钢板，4～20mm 为中厚板，20～60mm 为厚钢板，厚度大于 60mm 为特厚板。 薄钢板一般采用冷轧法轧制，适用国家标准《冷轧钢板和钢带的尺 寸、外形、重量及允许偏差》（GB/T708-88）。 热轧钢板是建筑钢结构应用最多的钢材之一，国家标准《碳素结构 钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》（GB/T3274-88）规定了他们的 技术条件，适用范围为4～200mm 热轧厚钢板和厚度大于 4～25mm 的热轧钢带，交货状态是以热轧和热处理状态交货。热轧钢板的尺寸 和允许偏差等在国标《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》 （GB/T709-88）中有明确规定。 40 钢板厚度的允许偏差 (2) 普通型材 普通型材包括工字钢、槽钢、角钢三大类，还包括圆钢管、方钢管、 H 型钢等。 工字钢是一种工字形截面型材，但上下翼缘是齐头的，翼缘内表 面必须有倾斜度（1 ：6）、翼缘外薄而内厚。工字钢分普通工字钢和轻型 41 工字钢两种，其型号用截面高度（单位为 cm）表示，20 号以上普通工字 钢根据腹板厚度和翼缘宽度的不同，同一号工字钢又有 a、b 或 a、b 、c 三种区别，其中a 类腹板最薄、翼缘最窄，b 类较厚较宽，c 类最厚最宽。 随着轧制 H 型钢的出现，工字钢将被逐渐淘汰。 槽钢是槽形截面（［）的型材，亦有热轧普通槽钢和轻型槽钢两种， 与工字钢一样是以截面高度的厘米数表示型号，从［14 开始，亦有 a、b 或 a、b 、c 规格的区分，其不同之点是腹板厚度和翼缘的宽度。 角钢是传统的格构式钢结构构件中应用最广泛的轧制型材，有 等边角钢和不等边角钢两大类。角钢的型号以其肢长表示，单位以厘 米计，在一个型号内，可以有 2～7 个肢厚的不同规格，为截面选择提 供了绝大的方便。 (3) 热轧 H 型钢和剖分 T 型钢 H 型钢与工字钢的区别有几个方面：首先是翼缘宽；其次翼缘内表 面不需要有斜度、上下表面平行；从材料分布形式来看，工字钢截面中 材料主要集中在腹板左右，愈向两侧延伸，钢材愈少，而轧制 H 型钢 中，材料分布侧重在翼缘部分，截面特性明显优越于传统的工、槽、角 钢及它们的组合截面，使用有较好的经济效果。交货状态以热轧状态 交货。 42 1). 分类代号  宽翼缘 H 型钢——HW （W 为 Wide 英文字头）  中翼缘 H 型钢——HM （M 为 Middle 英文字头）  窄翼缘 H 型钢——HN （N 为 Narrow 英文字头）  宽翼缘剖分 T 型钢——TW （W 为 Wide 英文字头）  中翼缘剖分 T 型钢——TM （M 为 Middle 英文字头）  窄翼缘剖分 T 型钢——TN （N 为 Narrow 英文字头） 2). 热轧 H 型钢和剖分 T 型钢的规格标记方法 高度 H×宽度 B×腹板厚度 t1×翼板厚度 t2 例如：HW100×100×6×8 ；TN125×60×6×8。 3). 热轧 H 型钢和剖分 T 型钢的截面尺寸、截面积、理论重量 和截面特性参数  重点关注截面特性参数—— 惯性矩 I 、惯性半径 i 、截面模 43 数 w 的含义和计算方法；  采用焊接 BH 代用热轧型钢时，截面特性参数应不降低。 (4) 结构用钢管 结构用钢管有无缝钢管和焊接钢管两大类。 结构用无缝钢管分热轧和冷拔两种，冷拔钢管只限于小管径，热 轧无缝钢管外径从 32～630mm，壁厚从 2.5～75mm，所用钢号主要为 优质碳素结构钢牌号为 10、20 （相当于Q235）、35、45 和低合金高强度 结构钢 Q345 一类的。 焊接钢管又分为直缝焊管和螺旋焊管两种。直缝焊管的外径从 32～152mm，壁厚从 2.0～5.5mm，现行国标为《直缝电焊钢管》 （GB/T13793—92）。在钢网架结构中广泛采用《低压流体输送用焊接钢 管》（GB/T3092—93）标准的钢管，其管径从 6.0～150mm。 (5) 冷弯型钢 冷弯型钢是用薄钢板（钢带）在连续辊式冷弯机组上生产的冷加工 型材，壁厚在 1.5～12mm，其截面形式有等边角钢、卷边等边角钢、Z 型钢、卷边 Z 型钢、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。 (6) 彩色压型钢板 44 1). 彩色涂层钢板的分类 类别 说明 用途 冷轧基板彩色涂层 没有镀层的彩涂钢 临时设施或室内使 钢板 板 用 热镀锌彩色涂层钢 镀 180～270g/m2 的 建 筑 用 （ 镀 锌 量 2 板 彩涂钢板 180g/m 以上） 含 5%铝 的 镀铝锌 热镀铝锌彩色涂层 彩涂钢板 建筑用 钢板 含 55%铝的镀铝锌 彩涂钢板 彩涂钢板涂料：底漆：环氧底漆、聚酯底漆、丙烯酸底漆、聚氨酯底 漆 面漆：聚酯（PE）、硅改性聚酯（SMP）、聚偏氟乙烯 （PVDF） 2). 压型钢板分类 分 类别 说明 类标准 45 屋面压 基本功能是防水，屋面板的连接有搭接式连 型板 接和隐藏式连接。 按 墙板压 用途分 型板 楼面压 分开口式和闭口式（燕尾压型钢板） 型板 高波板 波高 50～75mm，适用于楼盖板、屋面和墙面 按 中波板 波高大于 75mm，适用于屋面 波型分 波高小于 50mm，适用于墙面和坡度较大的 低波板 屋面 3). 常用规格 常见屋面和墙面单层压型钢板板型 展 有 序 开宽度 效宽度 适用 型号 截面简图 号 （m （m 部位 m） m） 46 展 有 序 开宽度 效宽度 适用 型号 截面简图 号 （m （m 部位 m） m） 墙面 YX35- 10 75 内外板 1 125-750 00 0 屋面 (V125) 底板 YX130 -300-600 10 60 屋面 2 (W600 00 0 板 ) YX52- 72 60 屋面 3 600 4 0 板 (U600) YX51- 50 36 屋面 4 360 0 0 板 (角驰Ⅱ) 47 展 有 序 开宽度 效宽度 适用 型号 截面简图 号 （m （m 部位 m） m） YX51- 380-760 10 76 屋面 5 (角驰 00 0 板 Ⅲ)

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