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1、第二章-钢结构的材料 2.三种典型的金属晶体结构三种典型的金属晶体结构1）体心立方结构）体心立方结构a)原子堆垛模型 b）晶格 c)晶胞 2）面心立方结构）面心立方结构3）密排六方结构）密排六方结构3.实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构金属内所有原子排列的形式和方位都完全一致的结构，称为单晶体单晶体。实际固体金属是由许多小晶体所组成的，称为多晶体多晶体。多晶体金属的性能在各个方向上基本上是一致的。实际金属晶体的结构(1)点缺陷点缺陷晶格畸变晶格畸变，其结果使金属屈服点增高，影响金属的许多物理、化学性能。(2)线缺陷线缺陷线缺陷称为位错位错是金属的一种更重要的缺陷。位错类型有许多种，刃型位错是
2、最简单的一种。位错的特点是原子易动，对金属的塑性变形、强度、扩散、相变、疲劳腐蚀等物理、化学性能都起重要作用。(3)面缺陷面缺陷实际金属是多晶体多晶体结构，故有晶界存在。晶界晶界有一定的厚度，晶晶界界的存在就是晶体面缺陷面缺陷的一种形式。(4)体缺陷体缺陷 实际金属的晶体结构中，还会存在非金属氧化物非金属氧化物等颗粒状物质，也可能有微细裂纹或孔洞裂纹或孔洞类缺陷，这些可视为晶体的体缺陷。4.铁碳合金钢铁其基本组元是铁和碳两种元素，故称为铁碳合金1）铁素体）铁素体铁素体是碳溶解在-Fe中的固溶体，具有体心立方晶格，用符号F表示。各项力学指标力学指标如下：抗拉强度b180280MPa；屈服点s10
3、0170MPa；伸长率3050；断面收缩率7080;冲击韧度值k160200J/cm2；硬度=5080HBS。2）渗碳体）渗碳体渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，用Fe3C表示。硬度很高（9501050HV），而塑性和韧性几乎为零，脆性极大。渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形态与分布对钢的性能有很大影响。第三节第三节 结构钢材的主要力学性能结构钢材的主要力学性能一、强度一、强度钢材强度性能的指标有弹性模量弹性模量E、比例极限比例极限fP、屈服强度屈服强度fy、抗抗拉强度拉强度（极限强度）fu。单向拉伸试验可得钢材的应力一应变曲线。从中可得到钢材受力的几个阶段和强度、塑性的几项指标。由低碳钢-关系
4、曲线可见，结构钢材一次拉伸试验时，历经四个阶段。(1)弹性阶段弹性阶段(OA段)可得比例极限 fP；(2)弹塑性阶段弹塑性阶段（AB段）可得屈服强度 fY；(3)塑性阶段塑性阶段（BC段）完成屈服台阶；(4)强化阶段强化阶段（CD段）可得抗拉强度 fu，获得伸长率；(5)颈缩阶段（颈缩阶段（DE段）段）截面缩小，应力降低，到E点拉断。fy、fu、是衡量结构钢强度的主要指标。、是衡量结构钢强度的主要指标。钢结构的钢结构的设计强度设计强度一般以钢材的一般以钢材的屈服强度屈服强度作为依据确定作为依据确定 。因此对钢结构而言钢结构而言，结构钢可看成理想弹性一塑性体理想弹性一塑性体，即在屈服之前为弹性阶
5、段，屈服之后为塑性阶段，屈服强度则为其承载能力的极限。而将抗拉强度作为安全储备。二、塑性二、塑性衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率（最大应变max）和断面收缩率,可由静力拉伸试验得到。伸长率伸长率 等于试件拉断后的原标距间的伸长量和原标距比值的百分率：式中伸长率；l0试件原标距长度；l1试件拉断后标距的长度。伸长率是衡量钢材塑性性质的一项主要指标。伸长率是衡量钢材塑性性质的一项主要指标。断面收缩率断面收缩率 是试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率，按下式计算：式中 A0试件原来的断面面积，A1试件拉断后颈缩区的断面面积。断面收缩率 标志着钢材在颈缩区的三向同号拉应力三向同
6、号拉应力状态下可能产生的最大塑性变形最大塑性变形能力，是衡量钢材在该拉伸应力状态下发生永久塑性变形而不致断裂的性质的一项重要指标。值愈大，表明塑性性质愈好。fy、fu、是结构钢的基本力学指标，又称三项保证是结构钢的基本力学指标，又称三项保证。三、冲击韧性三、冲击韧性冲击韧性冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收机械能的一种能力。钢材的韧性可通过不同温度下的冲击韧性试验得到。标准试件的型式有夏比（CharPy）V形缺口试件。冲击韧性还与钢材的轧制方向轧制方向和厚度厚度有关。四、冷弯性能四、冷弯性能冷弯性能冷弯性能是指钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。通过冷弯试验
7、来检验。fy、fu、冷弯性能、冲击韧性反映了结构钢、冷弯性能、冲击韧性反映了结构钢的机械性能，又称五项保证。的机械性能，又称五项保证。冲击试验钢材冷弯试验示意图五、可焊性五、可焊性钢材的可焊性是指在一定的焊按工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。我国行业标准建筑钢结构焊接技术规程（JGJ81）采用下式计算碳当量碳当量来衡量低合金钢低合金钢的可焊性：计算的CE不超过0.38时，钢材的可焊性很好可焊性很好;计算的CE大于0.38但未超过 0.45时，钢材淬硬倾向逐渐明显，需要采取适当的预热措施预热措施并注意控制施焊工艺控制施焊工艺；计算的CE大于0.45时，钢材的淬硬倾向明
8、显，需采用较高的预较高的预热温度和严格的工艺措施热温度和严格的工艺措施来获得合格的焊缝。六、钢材六、钢材Z向收缩率向收缩率当钢材厚度较大时(40mm)，或承受沿板厚方向的拉力作用时，容易发生层状撕裂。1.层状撕裂的发生层状撕裂的发生 钢板的层状撕裂一般在焊接节点中产生。厚钢板较易产生层状撕裂，因为钢板越厚，非金属夹杂缺陷越多，且焊缝也越厚，焊接应力和变形也越大。2.钢板的钢板的Z向性能向性能轧制使晶粒细化层状撕裂过程钢板沿厚度方向的受力性能（主要为延性性能）称为Z向性能，一般以断面收缩率断面收缩率作为评定指标。GB531385厚度方向性能钢板的规定，适用于厚度15150mm及屈服点不大于500
9、Nmm2的镇静钢钢板。该标准将钢板Z向断面收缩率分为Z15、Z25、Z35等三个级别，它对应的断面收缩率相应为15、25、35。对这三个级别的钢材还规定含硫量相应地分别小于0.01、0.007，0.005。断面收缩率的级别愈高，其抗层状撕裂的性能愈好;含硫量愈高,断面收缩率的级别愈低。板板厚厚40mm称称为为厚厚板板，使使用用时时应应考考虑虑其其Z向向性性能能，即即采采用用Z向性能钢。向性能钢。Z向断面收缩率大大于于20的钢板，其其层层状状撕撕裂裂一一般般可可以以避避免免；当Z向断面收缩率小于小于20时，则有可能发生层状撕裂有可能发生层状撕裂。第四节第四节 影响结构钢材力学性能的主要因素影响结
10、构钢材力学性能的主要因素一、化学成分一、化学成分1.碳碳(C)碳钢的组织都是由铁素体和渗碳体这两个相组成的。钢的强度来自渗碳体与珠光体(渗碳体与纯铁体的混合物)。碳含量的增加，碳钢中的渗碳体数量也随着增多，因此硬度直线上升。钢材的抗拉强度和屈服强度提高；但其塑性、冷弯性能和冲击韧性、特别是低温冲击韧性降低，焊接性也变坏。碳含量不能过高，通常不超过0.22。2.锰锰(Mn)锰是有益元素有益元素，它能增加珠光体相对量，使组织细化。因此,它能显著提高钢材强度显著提高钢材强度,但不过多降低塑性和冲击韧性不过多降低塑性和冲击韧性。锰是弱脱弱脱氧剂氧剂;我国低合金钢中锰的含量在1.01.7。但是过量过量的
11、锰含量会使钢材的可焊性降低可焊性降低，钢材变脆和塑性降低,故含量有限制。3.硅硅(Si)硅是有益元素，有更强的脱氧作用，是强脱氧剂强脱氧剂。硅有细化晶粒、提高钢的强度、硬度和弹性提高钢的强度、硬度和弹性的作用；并使钢的塑性、韧性和可焊钢的塑性、韧性和可焊性不受影响性不受影响。硅的含量在碳素镇静钢中为0.120.3，低合金钢中为0.20.55，过量时则会恶化可焊性及抗锈蚀性。过量时则会恶化可焊性及抗锈蚀性。4.钒（钒（V）、铌（）、铌（Nb）、钛（）、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，可提高钢材强度和细化钢的晶粒。钒、铌、钛的化合物具有高温稳定性，使钢的高温
12、硬度提高。5.铝（铝（Al）。铬（）。铬（Cr）、镍（）、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。低合金钢的C、D及E级都规定铝含量不低于0.015，以保证必要的低温韧性。铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。6.硫硫(S)硫是有害元素有害元素，在钢中主要以FeS的形态存在。FeS塑性差，强度低，所以含S量高的钢，脆性大脆性大。更严重的是，FeS和Fe能形成低熔点（985）的共晶体分布在奥氏体晶界上，当碳钢加热到11001200进行锻、轧等压力加工时，由于低熔点共晶体熔化而使钢在热加工过程中沿着晶界开裂，这种现象称为钢的“
13、热脆热脆”。硫还能降低钢的冲击韧性降低钢的冲击韧性，同时影响疲劳性能与抗锈蚀性能影响疲劳性能与抗锈蚀性能。7磷（磷（P）磷既是有害元素有害元素也是能利用的合金元素利用的合金元素。磷固溶于铁素体中，提提高了钢的强度和硬度，但在室温下使钢的塑性、韧性显著下降，高了钢的强度和硬度，但在室温下使钢的塑性、韧性显著下降，并使脆性转变温度升高，使钢变脆并使脆性转变温度升高，使钢变脆。这种脆化现象在低温时更为严重，称为“冷脆冷脆”。磷的存在也使焊接性能变坏焊接性能变坏。磷有时也作为有效元素加入或与其他合金元素一起加入，生产出某些特殊性能钢，如耐大气腐蚀钢耐大气腐蚀钢，尤其钢中含铜时，其抗腐蚀性能更为显著，以
14、及高磷钢高磷钢等。8.氧（氧（O）、氮（）、氮（N）、氢）、氢(H)氧、氮、氢通常是在钢熔融时从空气或水分子分解等进入钢液，在冷却后余留下来的极其有害极其有害的元素。氧氧的有害作用同硫且更甚有害作用同硫且更甚，增加钢的脆性；氮氮的作用类似于磷类似于磷，能显著降低钢材的塑性、冲击韧性显著降低钢材的塑性、冲击韧性并增大其“冷脆冷脆”性；氢氢在低温时易使钢呈脆性破坏低温时易使钢呈脆性破坏，产生所谓“氢脆氢脆”破坏现象。二、冶金缺陷二、冶金缺陷 1.偏析偏析偏析偏析是钢中化学成分不一致和不均匀，特别是硫、磷偏析严重恶化钢材的性能，使塑性、冷弯性能、冲击韧性及可焊性变坏。2.非金属夹杂非金属夹杂非金属夹
15、杂是指钢中含有硫化物与氧化物等杂质。硫化物硫化物使钢材“热脆”;氧化物氧化物则严重地降低钢材的机械性能和工艺性能。3.裂纹裂纹在冶炼和轧制还是加工和使用过程，钢材若出现裂纹（微观或宏观的），均要使冷弯性能、冲击韧性及疲劳强度大大降低，使钢材抗脆性破坏的能力降低。4.分层分层钢材在厚度方向不密合的情况称为分层。钢材分层缺陷是浇注时的夹碴在轧制后形成的。它将严重降低冷弯性能、冲击韧性、疲劳强和抗脆断能力。三、钢材的硬化三、钢材的硬化 1.冷作硬化冷作硬化在常温下加工叫冷加工。冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大塑性变形塑性变形，产生塑性变形后的钢材在重新加荷时将提高屈服点提高屈服点（图
16、2-12）,同时降低了钢的塑性和韧性降低了钢的塑性和韧性，这种现象称为冷作硬化冷作硬化（或应变硬化）。2.时效硬化时效硬化在高温时熔化于铁中的少量氮和碳，随着时间的增长逐渐从纯铁中析出，形成自由碳化物和氮化物，对纯铁体的塑性变形起遏制作用，从而使钢材的钢材的强度提高，塑性、韧性下降强度提高，塑性、韧性下降。这种现象称为时效硬化时效硬化。人工时效人工时效应变时效应变时效四、温度影响四、温度影响当温度从常温开始下降，特别是在负温度范围内时，钢材强度虽有提高，但其塑性和韧性降低，材料逐渐变脆，这种性质称为低温冷脆。钢材的韧性也可以根据冷脆转变温度的高低来评价，冷脆转变温度越低钢材韧性越好。五、五、应
17、力集中应力集中高峰区的最大应力与净截面的平均应力之比称为应力集中系数。六、热处理六、热处理调质调质（淬火后高温回火）等，可以显著提高强度，并有良好的塑性与韧性。第五节第五节 复杂应力作用下结构钢材的屈服条件复杂应力作用下结构钢材的屈服条件 受双向或三向复杂应力的作用,用材料力学中的能量强度理论，来确定钢材在多轴应力状态下的屈服条件。能量强度理论能量强度理论材料多项受力时单位体积的畸变能等于其单向受力屈服时单位体积的畸变能则屈服。当折算应力折算应力用主应力表示：由上式可知：钢材在多轴应力状态下，当处于同号应力场时，钢材易产生脆性破坏；而当处于异号应力场时，钢材将发生塑性破坏。平面应力时，折算应力
18、可简化为：梁中，只存在正应力与剪应力，上式化为：当钢梁受纯剪时，=0,极限屈服状态为：所以钢材的抗剪设计强度抗剪设计强度取为0.58f,f为钢材抗拉强度设计值。第六节第六节 钢材的破坏形式钢材的破坏形式 钢材有两种破坏形式，一种是塑塑性性破破坏坏，也叫延性破坏；另一种是脆脆性性破破坏坏。疲劳破坏是钢材在多次反复荷载作用下引起的断裂破坏，其性质属于脆性断裂。一、塑性破坏一、塑性破坏 钢材晶粒中对角面上的剪应力值超过抵抗能力而引起晶粒相对滑移的结果。断口与作用力方向常成45o，断口呈纤维状，色泽灰暗而不反光，有时还能看到滑移的痕迹。二、脆性断裂二、脆性断裂 脆性破坏在破坏前无明显变形，平均应力小,
19、按材料力学计算的名义应力往往比屈服点低很多。脆性断裂没有任何预兆，破坏断口平直和呈有光泽的晶粒状。1.概述概述2.影响脆性断裂的因素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)制造安装质量差(4)结构受有较大动力荷载，或在较低环境温度下工作等。3.脆性断裂的防止脆性断裂的防止三、疲劳破坏三、疲劳破坏（一）概述（一）概述钢材经过多次循环反复荷载的作用，虽然平均应力低于抗拉强度甚至低于屈服点，也会发生断裂的现象叫疲劳破坏。顾得曼（Goodman）提出了关于交变应力和平均应力的一些疲劳图。他认为不论非焊接结构和焊接结构，其疲劳强度均与最大应力、应力比和钢材强度级别有关。通过大量全尺
20、寸梁试件的疲劳断裂试验证明：影响焊接结构疲劳强度的最重要因素是应力幅（最大应力与最小应力的代数差）、接头细部构造类型，而不是最大应力、应力比。（二）几个概念（二）几个概念 1应力幅应力幅反复荷载引起的应力循环形式有同号应力循环和异号应力循环两种类型。在应力循环中，最大拉应力与最小拉应力（或压应力）的代数差叫应力幅应力幅，即（压应力取负号）。应力幅总为正值。在每一次应力循环中，若应力幅为常数，叫常幅应力循环常幅应力循环，若不是常数而是变量，则叫变幅应力循环变幅应力循环。对于焊接结构焊接结构，由于残余应力残余应力的存在和影响，其疲劳破坏并不是最大应力重复作用的结果，而是应力幅重复作用的结果，故其疲
21、疲劳强度劳强度主要取决于应力幅应力幅，并且与构件或连接的细部构造和作用与构件或连接的细部构造和作用的循环次数的循环次数有关，而与表示荷载循环特征的应力比及钢材种类应力比及钢材种类无关。对于非焊接结构非焊接结构，疲劳强度与最大应力和应力比最大应力和应力比有关。2.疲劳强度与应力循环次数（疲劳寿命）的关系疲劳强度与应力循环次数（疲劳寿命）的关系当应力循环的形式不变，钢材的疲劳强度与应力 循环的次数（疲劳寿命）N有关。（三）疲劳计算（三）疲劳计算 采用容许应力幅容许应力幅方法，采用标准荷载值标准荷载值，应力按弹性状态按弹性状态计算。我国钢结构设计规范（钢结构设计规范（GB50017-2003）根据构
22、件或连接计算部位的应力集中和焊接缺陷的影响，将构件和连接分为8类类(见附录6)。第1类是没有应力集中的主体金属，第8类是应力集中最严重的角焊缝。1.疲劳计算的条件疲劳计算的条件 直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件（如吊车梁、吊车衍架。工作平台梁等）及其连接，当应力变化的循环次数循环次数 n大于或等于 5 104次次时，应进行疲劳计算。2.常幅疲劳计算常幅疲劳计算 式中 对焊接部位为应力幅，对非焊接部位采用折算应力幅:计算部位每次应力循环中的最大应力（拉为正）；计算部位每次应力循环中的最小应力（拉为正压为负值）；常幅疲劳的容许应力幅（N/mm2），应按下式计算:n应力循环次数；C、参数，根据附
23、录6的连接类别，按表2-1采用。3.变幅疲劳计算变幅疲劳计算式中 变幅疲劳的等效应力幅（N/mm2），应按下式计算:ni以应力循环次数表示的结构预期使用寿命ni预期寿命内应力幅水平达到i的应力循环次数。4.吊车梁疲劳计算吊车梁疲劳计算式中 f欠载效应的等效系数，按表2-2采用。吊车梁和吊车桥架欠载效应的等效系数f 表2-22106循环次数n为2106次的容许应力幅，按表2-3采用。循环次数n为2106次的容许应力幅 表2-3 对一般简支实腹吊车梁疲劳验算位置有4处(见图)：下翼缘与腹板连接角焊缝；横向加劲肋下端的主体金属；下翼缘螺栓和虚孔处的主体金属；下翼缘连接焊缝处的主体金属。简支吊车梁疲
24、劳计算位置 第七节第七节 结构钢材的种类、规格及其选用结构钢材的种类、规格及其选用 一、结构钢材的种类一、结构钢材的种类 1、按用途分类、按用途分类 结构钢、工具钢和特殊钢（如不锈钢等）。结构钢又分建筑用钢和机械用钢。2.按炉种分类按炉种分类转炉钢 平炉钢 电炉钢3.按冶炼方法分类按冶炼方法分类沸腾钢（代号为F）、半镇静钢（代号为b）、镇静钢（代号为Z）和特殊镇静钢（代号为TZ），镇静钢和特殊镇静钢的代号可以省去。4.按成型方法分类按成型方法分类 轧制钢（热轧、冷轧）、锻钢和铸钢。5.按化学成分分类按化学成分分类碳素钢和合金钢。建筑工程中常用的是碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢。
25、(1)碳素结构钢碳素结构钢质量等级，A、B、C、D四级。A级钢只保证抗拉强度fu、屈服点fy、伸长率，必要时尚可附加冷弯试验的要求，在化学成分中对碳、锰可以不作为交货条件。B、C、D级钢均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击韧性（试验温度分别为+20、0、-20）。化学成分对碳、硫、磷的极限含量要求更严。钢材的牌号由屈服点的汉语拼音字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A。B、C、D）、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。如Q235A、Q235B等。冶炼方法一般由供方自行决定，设计者不再另行提出(2)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢质量等级增加一个等级E，要求-40的冲击韧性。牌号如Q345
26、B、Q390C、Q420等等。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.(3)优质碳素结构钢优质碳素结构钢以不热处理或热处理（退火、正火或高温回火）状态交货。要求热处理状态交货的应在合同中注明；未注明者，按不热处理交货。二、钢材的规格二、钢材的规格有热轧成型的钢板和型钢以及冷弯（或冷压）成型的薄壁型钢。（一）钢板（一）钢板热轧钢板有厚钢板和薄钢板及扁钢，表示为“一一厚宽长”。1.厚钢板厚钢板厚度 4.560mm，宽度 6003000mm，长度 412m。2.薄钢板薄钢板厚度为 0.354mm，宽度 5001500mm，长度 0.54m。3.扁钢扁钢厚度为460mm，宽
27、度 12200mm，长度 39m。（二）型钢（二）型钢 1角钢角钢分等边和不等边角钢.不等边角钢表示为:“长边短边厚度”，如 125 8010。等边角钢则以边宽和厚度表示，如 90 10.(a)热轧型钢截面 (b)薄壁型钢截面 2.工字钢工字钢 普通工字钢、轻型工字钢。用号数表示，号数即为其截面高度的厘米数。20号以上的工字钢，同一号数有三种腹板厚度分别为a、b、c三类。如 I32a、I32b、I32c，a类腹板较薄，用作受弯构件较为经济。3.H型钢型钢截面为H形，翼缘较宽且内外表面相互平行的热轧型材其截面面积分配合理，抗弯能力强，经济性好，侧向刚度大，残余应力小，制作与构造方便，在多高层钢结
28、构中广泛用于梁、柱、支撑等构件。(a)H型钢截面 (b)剖分T型钢截面 （1）H型钢的优点型钢的优点 翼缘宽度大有利于提高绕弱轴方向的承载力 上下边缘平行的翼缘板便于连接构造 比焊接H型钢质量高(2)H型钢的分类型钢的分类 宽翼缘（宽翼缘（HW)常用作柱及支撑，其截面宽高比为1:1。弱轴的回转半径相对较大，具有良好的受压承载力。截面规格为：100100400400 mm。中翼缘（中翼缘（HM）作柱和梁，截面宽高比1:1.3l:2，截面规格为mm：150100600300。窄翼缘（窄翼缘（HN）常用作梁，其翼缘较窄，也称梁型H型钢，截面宽高比为1:21:3，有良好的受弯承载力，截面高度10090
29、0mm。4.槽钢槽钢普通槽钢和轻型槽钢两种，以其截面高度的厘米数编号，如30a。号码相同的轻型槽钢，其翼缘较普通槽钢宽而薄，腹板也较薄，回转半径大，重量轻。5.钢管钢管无缝钢管和焊管(有缝钢管)两种，用符号“后面加“外径厚度”表示，如4006，单位均为毫米。（三）薄壁型钢（三）薄壁型钢用l.55mm厚的薄钢板（一般用Q235或Q345钢）经模压或弯曲而成。有防锈涂层的彩色压型钢板所用钢板厚度为0.4l.6mm，一般用于轻型屋面及墙面。薄壁型钢能充分利用钢材的强度，节约钢材。三、结构钢材的选用三、结构钢材的选用 1.结构钢材选材原则结构钢材选材原则 （1）结构或构件的重要性；）结构或构件的重要性
30、；（2）荷载性质（静载或动载）；）荷载性质（静载或动载）；（3）连接方法（焊接、螺栓连接）；）连接方法（焊接、螺栓连接）；（4）荷载特征）荷载特征；（5）结构的工作温度）结构的工作温度；（6）钢材厚度；）钢材厚度；（7）环境条件）环境条件2.结构钢材选材的要求。结构钢材选材的要求。（1）基本要求）基本要求 1）应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、环境温度以及构件所处部位等情况，选择合适的牌号和材质；2）承重结构的钢材应保证抗拉强度、屈服点、伸长率和硫、磷的合格保证；对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证（由于Q235A钢的碳含量不作为交货条件，故一般不用于焊接结构）。3）焊接承重结构以及重要的
31、非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。4）对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。5）对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。6）吊车起重量不小于50t的中级工作制吊车梁，对钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。7）当承重构件处于外露情况和低温环境，钢材应具有耐大气腐蚀，避免低温冷脆的性能。8)慎用特厚钢板慎用特厚钢板对大于100mm的特厚钢板，由于国内尚无钢材材质标准，现阶段宜慎用。9）对钢梁宜优先采用热轧H型钢。10）在结构设计和钢材订货文件中，应注明所采用钢材的牌号、等级和对Z向性能附加保证要求。（2）焊接结构附加要
32、求）焊接结构附加要求 第八节第八节 钢结构的连接材料钢结构的连接材料一、焊接材料一、焊接材料焊条，焊丝和焊剂焊条，焊丝和焊剂。1.选用原则选用原则(1)选用的焊条或焊丝的型号应与被焊接的主体金属（杆件母材）相匹配，即要求焊接后的焊缝强度不低于主体金属强度。(2)直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构，以及要求抗震设防的高层建筑钢结构，宜采用塑性、冲击韧性均较好的碱性焊条（低氢型焊条）2.手工焊接用焊条手工焊接用焊条 碳钢焊条(E43XX和E50XX系列)和低合金钢焊条(E50XXXX和 E55XXXX系列)。焊条型号与主体钢材牌号匹配情况，可以概括为如下几种组合：1）焊接Q235钢时，
33、对组成抗侧力体系的构件，宜采用E4315、E4316型焊条；对其它构件，可采用E4300E4313型焊条。2）焊接Q345钢时，对重要的下层柱和重要的主梁等构件，宜采用E5015、E5016、E5018型焊条；对其它构件，可采用E5001E5014型焊条。3)当不同钢种的钢材连接时，宜用与低强度钢材相适应的焊条。3.自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂，应与焊件钢材的强度和材质相适应，即要求等强度焊接。焊丝应符合现行国家标准熔化焊用钢丝或气体保护焊用钢丝的规定。1）焊接 Q235钢时，可采用 H08、H08A、H08E焊丝
34、，并配合使用中锰型或高锰型焊剂；或者采用 H08M n，H08MnA焊丝，并配合使用无锰型或低锰型焊剂。2）焊接 Q345钢时，可采用 H08A或 H08E焊丝，配合使用高锰型焊剂；或者采用H08Mn和H08MnA焊丝，并配合使用中锰型或高锰型焊剂；或者采用H10MnZ焊丝，并配合使用无锰型或低锰型焊剂。4.焊条的类型焊条的类型（1）酸性焊条）酸性焊条焊缝外表美观、焊波细密、成形平滑。但是，焊接过程中合金元素烧伤较多，焊缝金属中氧和氢的含量也较多，因而熔敷金属的塑性、韧性较低。（2）碱性焊条）碱性焊条（低氢型焊条）焊缝外观波纹粗糙，但焊缝金属中含氢量较低，故又称低氢型焊条。采用碱性焊条焊接的焊
35、缝金属，其塑性、冲击韧性均较好。二、螺栓连接材料二、螺栓连接材料（1）普通螺栓）普通螺栓 常用的普通螺栓钢号为Q235，很少采用其他牌号的钢材制作,其性能等级为4.6级（小数点前的数值表示公称抗拉强度，小数点后的数值表示公称屈服强度与公称抗拉强度的比值，即屈强比。如 4.6级螺栓抗拉强度为 400Nmm2；屈服强度为 0.6400=240Nmm2）。建筑钢结构中使用的普通螺栓，一般为六角头螺栓。螺栓的标记通常为Md ，其中d为螺栓规格（即直径）、L为螺栓的公称长度。普通螺栓的通用规格为 M8、M10、M12、M16、M20、M24、M30、M36、M42、M48、M56和M64等。普通螺栓应符
36、合现行国家标准六角头螺栓A和B级和六角头螺栓C级的规定。建筑钢结构中使用的普通螺栓为C级,其连接的强度设计值按钢结构设计规范采用。（2）高强度螺栓）高强度螺栓大六角头高强度螺栓和扭剪型高强度螺栓两种类型。大六角头高强螺栓的性能等级分为88级、10.9级。扭剪型高强螺栓的性能等级仅有10.9级，一般采用20MnTiB号钢制成。大六角头高强度螺栓扭剪型高强度螺栓（3）锚栓）锚栓锚栓可采用现行国家标准碳素结构钢规定的Q235钢或低合金高强度结构钢规定的 Q345钢等塑性性能较好的钢号，不宜采用高强度钢材。（4）圆柱头焊钉）圆柱头焊钉圆柱头焊钉（带头栓钉）是建筑钢结构中用量较大的连接件。圆柱头焊钉是作为钢构件与混凝土构件之间的抗剪连接件，常用于下列连接部位：组合楼板中压型钢板及其上面的混凝土板与下部钢梁之间的抗剪连接件；钢梁与混凝土剪力墙相连接时，预埋钢板与混凝土墙间锚拉及抗剪的连接件；钢骨混凝土柱的钢骨柱与外包混凝土之间的抗剪连接件 常用的圆柱头焊钉直径为16、19及22mm。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢