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1、精品_精品资料_建筑钢结构第一节 建筑钢结构的特点一、钢结构的特点钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的.和其它材料的结构相比,钢结构有如下一些特点：1、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,特殊适用于跨度大或荷载很大的构件和结构.钢材仍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.良好的吸能才能和延性仍使钢结构具有优越的抗震性能.另一方面,由于钢材的强度高,做成的构件截面小而壁薄,受压时需要满意稳固的要求,强度有时不能充分发挥.2、材质匀称,和力学运算的假定比
2、较符合钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性体,而且在肯定的应力幅度内几乎是完全弹性的.因此,钢结构的实际受力情形和工程力学运算结果比较符 合.钢材在冶炼和轧制过程中质量可以严格掌握,材质波动的范畴小.3、钢结构制造简便,施工周期短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 的拼装,可以采纳安设简便的一般螺栓和高强度螺栓,有时仍可以在的面拼装 和焊接成较大的单元再行吊装,以缩短施工周期.此外,对已建成的钢结构也比较简单进行改建和加固,用螺栓连接的结构仍可以依据需要进行拆迁.4、钢结构的质量轻钢材的密
3、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, 缘由是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多.以同样的跨度承担同样荷载,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 ,为吊装供应了便利条件.对于需要远距离运输的结构,如建造在交通不便 的山区和边远的区的工程,质量轻也是一个重要的有利条件.屋盖可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_结构的质量轻,对抗击的震作用有利.另一方面,质轻的屋盖结构对可变荷载的变动比较敏锐,荷载超额的不利影响比较大.受有积灰荷载的结构如不留意准时清灰,可能会造成事故.风吸力可能造成钢屋架的拉、压杆反号,设计时
4、不能忽视.这在钢筋混凝土屋盖结构中 是不会显现的.5、钢材耐腐蚀性差钢材耐腐蚀的性能比较差,必需对结构留意防护.这使爱护费用比钢筋混凝土结构高.不过在没有腐蚀性介质的一般厂房中,构件经过完全除锈并涂上合 格的油漆,锈蚀问题并不严峻.近年来显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.6、钢材耐热但不耐火0钢材是一种不会燃烧的建筑材料,它具有抗震、抗弯等特性.在实际应用中,钢材既可以相对增加建筑物的荷载才能,也可以满意建筑设计美感造型的需要,仍防止了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷,因此钢材受到了建筑行业的青睐.但是,钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以防止的缺陷,钢材长
5、期经受 100 C辐射热时,强度没有多大变化,具有肯定的耐热性0能,但温度达 150 C以上时,它的机械性能,如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的上升而急剧下降.就须用隔热层加以爱护.钢材不耐火,重要的结构必需留意实行防火措施.钢结构通常在 450650温度中就会失去承载才能,发生很大的形变,导致钢柱、钢梁弯曲,结果因过大的形变而不能连续使用,一般不加爱护的钢结 构的耐火极限为 15 分钟左右.这一时间的长短仍与构件吸热的速度有关.一般建筑钢的热导率是 67.63w/m.K）.科学试验和火灾实例都说明,未加防火爱护的钢结构在火灾温度的作用下,只需10 分钟多,自身温度就可达540 以上,钢材
6、的机械力学性能,诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及载荷才能等,都快速下降.达到600 时,强度就几乎等于零.因此,在火灾作用下,钢结构不行防止的扭曲变形,最终导致垮塌毁坏.考察和分析钢结构火灾实例,可看出钢结构火灾具有如下特点：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3 / 12第一,钢结构垮塌快,难扑救.钢结构建筑物发生火灾后,暴露的钢构件 在烈火围困之中,一般只需 10min ,便失去支撑才能,立即变形塌落.给消防灭火工作带来极大的困难.其次,火灾影响大,缺失重.采纳钢结构的建筑往往是大跨度的厂房、仓库、礼堂、影剧院、体育馆及高层建筑等,不论是工业用房仍是民用建筑,一旦发生火灾,都
7、将造成重大经济缺失和惨痛的人员伤亡.第三,建筑物易毁坏,难修复.由于建筑物是以钢构件作为梁柱或屋架,在火灾中往往由于钢结构变形失去支撑才能,而导致建筑部分或全部垮塌毁 坏,钢结构变成“麻花壮”或“面条式”的废物,变形后的钢结构很难修复使用.要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足,必需进行防火处理,其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范畴.防止钢结构在火灾中快速升温发生形变塌落.二、钢结构的应用范畴1、大跨度结构结构跨度越大,自重在全部荷载中所占比重也就越大,减轻自重可以获得明显的经济成效.因此,钢结构强度高而质量轻的优点对于大跨结构特殊突 出.现在已经有 110M以上的屋
8、盖结构,我公司建造的钢结构厂房,跨度也有36M以上.2、重型厂房结构重型厂房.所谓“重”,就是车间里吊车的起重质量大常在 100 吨以上, 有的达到 440 吨）,有的作业也常常繁重.这些车间的主要承重骨架往往全部或部分采纳钢结构.3、轻型钢结构钢结构质量轻不仅对大跨结构有利,对使用荷载特殊轻的小跨结构也有优越性.由于使用荷载特殊轻时,小跨结构的自重也就成了一个重要因素.冷弯薄壁型钢屋架在肯定条件下的用钢量可以不超过钢筋混凝土屋架的用钢量.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4、受动力荷载影响的结构由于厂钢材具有良好的韧性,设有较大锻锤或产生动力作用等其它没备的厂房,即使屋架跨度不
9、很大,也往往用钢制成.对于抗震才能要求高的结构, 用钢来做也是比较相宜的.5、可拆卸的结构钢结构不仅质量轻,仍可以用螺栓或其它便于拆装的手段来连接.需要搬迁的结构,如建筑工的生产和生活用房的骨架,暂时性展览馆等,钢结构最为适 宜.钢筋混凝土结构施工用的模板支架,现在也趋向于用工具式的钢架.6、高耸结构和高层建筑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.广州和上海的电视塔高度分别为200M 和 205M.北京环境气象塔高 325M,是五层拉线的桅杆结构.高层建筑的骨架,也是钢结构应用范畴的一个方面.7、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
10、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.三、钢结构的进展钢结构是一种具有较大优势的建筑结构,近年来随着我国改革开放进程的加快和钢材产量的不断提高,钢结构进展快速,钢材的开发、运算的改进、新结构体系的应用等方面都有很大进展.1、高强度钢材的研制开发可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_我国目前普遍采纳的建筑钢材有Q235 钢屈服强度为 235N/mm2）、 Q345 钢屈服强为 345N/mm2）、Q390 钢屈服强度为 390N/mm2）、Q420 钢屈服强度为 420N/mm2）.第一种钢材是一般碳素结构钢,后三种是低合金高强度结构钢.这四种钢材均列入
11、钢结构设计规范.随着建设进展的需要,各特的用途的碳素钢和低合金高强度结构钢已经成为系列产品,如桥梁用钢、高层建筑用钢、船用钢等 等.采纳高强度钢材,可用较少的材料作成高效的结构,对特大跨度结构、超高层建筑和高耸结构极为有利.高强度钢材和新结构形式的应用是提高钢结构成效的重要因素,新结构形式有薄壁型钢结构、悬索结构、悬挂结构、网架结构和预应力钢结构等.这 些结构均适用于轻型、大跨屋盖结构、高层建筑.对削减用钢量有重要意义对于连接材料,协作高强度钢材的应用,也有与上述四种钢材相匹配的E43 型屈服强度为 330N/mm2）、E50 型屈服强度为 410N/mm2）、E55 型屈服强度为 440N/
12、mm2）的焊条.高强度螺栓连接是近三、四十年来快速进展和应用的螺栓连接新型式.现已在桥梁和工业与民用建筑钢结构中推广使用,主要用于直接承担动力荷载结构的安装连接、以及构件的现场拼接和高空安装连接的一些部位.2、结构和构件运算的讨论改进现代钢结构已广泛应用新的运算技术和测试技术,对结构和构件进行深化运算和测试,为明白结构和构件的实际工作供应了有利条件,先进的运算和测试技术给钢结构的设计带来了革命性的意义,如3D3S、PKPM 等钢结构设计软件,大大加快了钢结构的设计效率,也打算了材料的合理使用,从而保证了结构的安全,也增强了经济效益.3、结构形式的革新和应用高强度钢材和新结构形式的应用是提高钢结
13、构成效的重要因,新结构形式有薄壁型钢结构、悬索结构、悬挂结构、网架结构和预应力钢结构等.这些结构 均适用于轻型、大跨屋盖结构、高层建筑.对削减用钢量有重要意义.型钢截面除了传统的角钢、槽钢、工字钢外,H 型钢平行宽翼缘工字可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_钢 ）也成为近年来常用的一种型钢截面.H 型钢是一种经济断面钢材,与一般工字钢相比,翼缘要宽,侧向刚度较大,一般绕弱轴的惯性矩要大一倍以上, 抗弯、抗压、抗扭、抗震才能强,翼缘内、外表面平行,便于机械加工,便于 结构连接和安装,可使钢结构构件的用钢量削减6%17%.压型钢板是一种新产品.由厚度 0.51.5毫 M 的薄钢板,模压
14、成锯齿型.它具有肯定的抗弯才能, 现在,轻型钢结构的屋面和墙面已经大量采纳压型钢板来作为掩盖材料和围护材料.单层压型钢板可以作为屋面掩盖材料和墙面围护材料.360 卷边的单层屋面板作为屋面掩盖材料的单层压型钢板,作为墙面围护材料的单层压型钢板单层压型钢板可以压制成各种规格以满意设计的需要.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_用保温材料 聚氯乙烯或聚氨脂塑料）与压型钢板组成的合成板,其使用范围更广,作为外墙板、屋面板在轻型厂房中得到使用.由合成板组建的活动房屋,材料轻,建设速度快,特别适合作为抢险救灾的暂时过渡性房屋.此外,在旧楼房进行加层时,由于原有的基础承载问题,合成板以其材料轻
15、而得到了广泛使用.用于墙面的合成板 彩色夹心 EPS钢板）7 / 12组合楼板中,作为非承重构件的压型钢板,即是模板,也可兼作工作平台,而不需脚手架,在多层钢结构的建筑中,采纳组合楼板的建筑结构,其经济性和安全性显而易见,仍可大大缩短施工周期.单层压型钢板用彩钢卷在专用的设备上压制而成可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_用于屋面的波纹顶合成板 彩色夹心 EPS钢板）用压型钢板和彩色夹心钢板制作的轻巧房屋4、钢和混凝土组合构件的应用钢和混凝土组合构件是一种各取所长的结合,钢的强度高,宜受拉,混凝土就宜受压,两种材料结合,都能充分发挥各自优势,是一种合理的结构.采纳混凝土与钢梁通过抗剪
16、连接件组成一体的组合结构,其组合梁的混凝土板受压,钢梁受拉,各得其所,是特别经济的结构形式.另一种钢与混凝土组合结构是钢管混凝土结构,这种结构是采纳薄壁钢管圆管或方管）内灌素混凝土.在压力作用下,钢管和混凝土之间产生相互作用的紧箍力,使混凝土处于三向受压的应力状态下工作,大大提高了混凝土抗压强度,改善了塑性,提高了抗震性能,而薄钢管在混凝土挤压下不易屈曲,提高了钢管局部稳固性,使钢材强度得到充分发挥.据试验讨论,钢管混凝土强度比单钢管或同样截面混凝土强度提高了好几倍.钢管混凝土柱特殊适用于轴心受压构件,在高层建筑、工业厂房及多层住宅已有许多应用.钢管混凝土是一种具有承载力高、塑性、韧性好、节约
17、材 料、便利施工、较好经济效益等特点的新型组合结构,很有进展前景.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_四、钢材中的相关名词说明1、钢材的铁碳合金相图2、共析钢、亚共析钢、过共析钢1）共析钢大家知道固态金属及合金都是晶体,即在其内部原子是按肯定规律排列的,排列的方式一般有三种即：体心立方晶格结构、面心立方晶格结构和密排六方晶格结构.金属是由多晶体组成的,它的多晶体结构是在金属结晶过程中形成的.组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910以下为具有体心立方晶格结构可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的- 铁, 910 以上为具有面心立方晶格结构的 - 铁碳溶解在铁的晶格中形成固
18、溶体,碳溶解到 铁中的固溶体叫铁素体,溶解到铁中的固溶体叫奥氏体.铁素体与奥氏体都具有良好的塑性.当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时,剩余出来的碳将与铁形成化合物- 碳化铁Fe3C）这种化合物的晶体组织叫渗碳体,它的硬度极高,塑性几乎为零.从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平稳状态图上可见：当碳的含量正好等于0.77%时,即相当于合金中渗碳体碳化铁）约占12%,铁素体约占88%时,该合金的相变是在恒温下实现的.即在这种特定比例下的渗碳体和铁素体,在发生相变时,假如消逝两者同时消逝加热时）,假如显现就两者又同时显现,在这一点上,这种组织与纯金属的相变类似.基于这个
19、缘由,人们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待,并且命名为珠光 体,这种钢就叫做共析钢.即含碳量正好是0.77%的钢就叫做共析钢,它的组织是珠光体.2）亚共析钢常用的结构钢含碳量大都在0.5%以下,由于含碳量低于0.77%,所以组织中的渗碳体量也少于12%,于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外, 仍会有余外的显现,所以这种钢的组织是铁素体+珠光体.碳含量越少,钢组织中珠光体比例也越小,钢的强度也越低,但塑性越好,这类钢统称为亚共析钢.3）过共析钢工具用钢的含碳量往往超过 0.77%,这种钢组织中渗碳体的比例超过12%, 所以除与铁素体形成珠光体外,仍有余外的渗碳体,于是这类
20、钢的组织是珠光体+渗碳体,我们将其统称为过共析钢.2、有关钢的热处理的名词1）钢的退火将钢加热到肯定温度并保温一段时间,然后使它渐渐冷却,称为退火. 钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度,经过保温后缓慢冷却可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的热处理方法.退火的目的,是为了排除组织缺陷,改善组织使成分匀称化以及细化晶粒,提高钢的力学性能,削减残余应力.同时可降低硬度,提高塑性和韧性, 改善切削加工性能.所以退火既为了排除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力,又为后续工序作好预备,故退火是属于半成品热处理,又称预先热处理.2）钢的正火正火是将钢加热到临界温度以上,使钢全部转变
21、为匀称的奥氏体,然后在空气中自然冷却的热处理方法.它能排除过共析钢的网状渗碳体,对于亚共析钢正火可细化晶格,提高综合力学性能,对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的.3）钢的淬火淬火是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,然后很快放入淬火剂中,使其温度突然降低,以大于临界冷却速度的速度急速冷却,而获得以马氏体为主的不平稳组织的热处理方法.淬火能增加钢的强度和硬度,但要削减其塑性.淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等.4）钢的回火将已经淬火的钢重新加热到肯定温度,再用肯定方法冷却称为回火.其目的是排除淬火产生的内应力,降低硬度和脆性,以取得预期的力学性能.回火分高温回火、中温回
22、火和低温回火三类.回火多与淬火、正火协作使用.1） 调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理.高温回火是指在 500-650 之间进行回火.调质可以使钢的性能,材质得到很大程度的调整,其强度、塑性和韧性都较好,具有良好的综合机械性能.2） 时效处理：为了排除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、外形发生变化,常在低温回火后 低温回火温度 150-250 ）,精加工前,把工件重新加热到 100-150 ,保持 5-20 小时,这种为稳固精密制件质量的处理,称为时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_效.对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理,以排除残余应力,稳定钢材组织和
23、尺寸,尤为重要.5）钢的表面热处理 1）表面淬火：是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上,但热量仍未来得及传到心部之前快速冷却,这样就可以把表面层被淬在马氏体组织,而心部没有发生相变,这就实现了表面淬硬而心部不变的目的.适用于中碳钢.2） 化学热处理：是指将化学元素的原子,借助高温时原子扩散的才能,把它渗入到工件的表面层去,来转变工件表面层的化学成分和结构,从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺.依据渗入元素的种类不同,化学热处理可分为渗碳、渗氮、氰化和渗金属法等四种.a） 渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程.也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层,再经过淬火和低温回火,使工件的表面层具有高硬度和耐磨性,而工件的中心部分仍旧保持着低碳钢的韧性和塑性.b） 渗氮：又称氮化,是指向钢的表面层渗入氮原子的过程.其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲惫强度、抗腐蚀性等.目前生产中多采纳气体渗氮法.c） 氰化：又称碳氮共渗,是指在钢中同时渗入碳原子与氮原子的过程.它使钢表面具有渗碳与渗氮的特性.d） 渗金属：是指以金属原子渗入钢的表面层的过程.它是使钢的表面层合金化,以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性,如耐热、耐磨、抗氧 化、耐腐蚀等.生产中常用的有渗铝、渗铬、渗硼、渗硅等.可编辑资料 - - - 欢迎下载