1、,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第二章 钢结构的材料Chapter 2 Material of Steel Structure,教学目的、要求 掌握对钢结构用材的要求，理解钢材的主要性能及影响钢 材性能的因素，了解钢材性能的鉴定 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 2.1 对钢结构用材的要求 2.2 钢材的主要性能重点 2.3钢结构的破坏形式 2.4 影响钢材性能的因素难点,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.1、钢结构对材料的要求,（1） 较高的抗拉强度fu和屈服点fy,
2、（2） 塑性、冲击韧性好,（3） 冷加工性能好,（4） 可焊性好,（5） 耐久性好,Chapter 2 Material of Steel Structure,第二章 钢结构的材料,第一章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.2.1 单向拉伸时的工作性能,（1）试验条件（a）试件的尺寸要符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽等缺陷。试件的标定长度取其直径的5或10倍。（b）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。（c）试验温度要控制在室温20左右。,2.
3、2、钢材的主要性能,第一章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,（2）钢材的应力-应变关系,A. 有屈服点钢材s-e曲线可以分为四个阶段：,(a)弹性阶段(OB段),单调拉伸应力-应变曲线,OA段：纯弹性阶段s=Ee A点对应的应力： fp （比例极限） Proportional limit,AB段：有一定的塑性变形, 但整个OB段卸载时,e=0 B点对应的应力： fe （弹性极限 elastic limit),第一章 钢结构的材料,Chapter 2
4、 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,（b）屈服阶段（BCD),塑性变形：卸载后试件不能完全恢复原来的长度。不能恢复的这一部分变形称为塑性变形。,屈服点（屈服强度yielding strength）fy：屈服阶段 曲线波动部分的最低值。,流幅：从屈服阶段的开始到曲线再度上升的应变幅度称为流幅。,特点：应力与应变不再成正比关系，应变增加很快，应力-应变曲线呈锯齿形波动， 出现应力不增加而应变仍然在继续发展。,第 一章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel
5、Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,（c）强化阶段(DE段),随荷载的增加缓慢增大,但增加较快 抗拉强度（极限强度ultimate strength）fu 试件所能承受的最大 拉应力,（d）颈缩阶段(EF段),截面出现了横向收缩，截面面积开始显著缩小，塑性变形迅速增大，应力不断降低，变形却延续发展，直至F点试件断裂。,F,第一章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,B.对无明显屈
6、服点的钢材,设计时以卸载后试件中残余应变为0.2所对应的应力 作为屈服点 “条件屈服点”或“名义屈服点”,无屈服点钢材的应力-应变曲线,没有明显屈服点的钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。,第一章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.2.2 单向拉伸时钢材的机械性能指标,（1）屈服点fy 应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力（取屈服阶段波动部分的应力最低值），它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。,（2）抗拉强度
7、fu 应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材破坏前所能承受的最大应力。,（3）钢材的塑性 当应力超过屈服点后，钢材能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用断面收缩率和伸长率表示，通过静力拉伸试验得到。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,（4）伸长率 试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。,l0 原标距长l1 拉断后标距长度d0 试件直径试件有两种标距：l0/ d0=5 和 l0/ d0=10 相应的伸长率用5和10表
8、示。伸长率,实际工程中以伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形能力。,第一章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,（5）断面收缩率 是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比。,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,断面收缩率越大，钢材的塑性越好。由于在测量试件的断面面积时容易产生较大的误差，因而钢材塑性指标仍然采用伸长率作为保证要求。,第一章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Ste
9、el Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.2.3 应力应变曲线的简化,曲线简化的依据： 1）钢材在屈服点之前的性质接近理想的弹性体。 2）屈服点之后的流幅现象又接近理想的塑性体，并且流幅的范围（e0.15-2.5）已足够用来考虑结构或构件的塑性变形的发展。,简化的应力应变曲线,钢材是符合理想中的弹性-塑性材料,第一章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.2.4 钢材的其它
10、性能,冷弯性能是判别钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标。,1.冷弯性能,钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。,鉴别指标：通过冷弯冲头加压。当试件弯曲至180时，检察试件弯曲部分的外面、里面和侧面，如果没有裂纹、断裂或分层，即认为试件冷弯性能合格。,第一章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.冲击韧性,韧性 钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。韧性指标用冲击韧性值表示，
11、冲击韧性也叫冲击功，用符号Akv表示，单位为J。,冲击韧性试验 一般采用试件长55mm，截面1010mm2，中间一小槽。在摆锤式冲击试验机上进行试验，冲断试件后，读出摆锤消耗的功。,冲击韧性试验,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,冲击试验试件的缺口形式冲击韧性与试件刻槽（缺口）有关，常用缺口形式为夏氏V型，夏氏钥孔型和梅氏U型，我国国家标准规定：冲击试验缺口采用夏氏V型。,冲击试验试件的缺口形式,冲击韧性还与试验的温度有关。我国钢材标准中将试
12、验分为四档，即+20, 0，-20和-40时的冲击韧性。温度越低，冲击韧性越低。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,3.可焊性,好的可焊性是指焊接安全、可靠、不发生焊接裂缝，焊接接头和焊缝的冲击韧性以及热影响区的塑性和力学性能都不低于母材。,影响钢材可焊性的因素,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（如Q235B）。对于高强度低合金钢中，低合金元素大多对可焊性有不利影响，我国行业标准
13、JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程推荐使用碳当量来衡量低合金钢的可焊性。当碳当量小于0.38%，钢材的可焊性好(如Q345)，可不采取措施直接施焊。,（2.4.1）,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.3 钢材的破坏形式,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,补充：钢材的生产,钢材的生
14、产大致分为炼铁、炼钢和轧制三道工序。,电炉钢是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。（质量好，但耗电量大，成本高，一般只用来冶炼特种用途的钢材。）,炼钢炉有三种形式：转炉、平炉和电炉。,转炉钢是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液的碳和其它杂物氧化，在高温下使铁液变为钢液。（生产周期短，效率高，质量好，成本低，已经成为国内外发展最快的炼钢方法。）,平炉钢是利用煤气和其它燃料供应热能，把废钢、生铁熔液或铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。（生产周期长，效率低，成本高，现已逐步被转炉钢所取代。）,（1）炼 钢,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structu
15、re,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。用连续铸造法生产钢坯的工艺和设备，由于机械化、自动化程度高的优势，已经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭工艺和设备。,钢液中残留的氧，将使钢材晶粒粗细不均匀并发生热脆，降低钢材的力学性能。按照钢液在炼钢炉中进行脱氧的方法和程度不同，碳素结构钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。,（2） 浇 注,（3）脱 氧,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of
16、Steel Structure,在锰和硅脱氧后，再用铝补充脱氧，其脱氧程度高于镇静钢。,沸 腾 钢,采用的脱氧剂为脱氧能力较弱的锰，因此脱氧不完全，且浇注时会有气体逸出，出现钢液的沸腾现象，由于沸腾钢在铸模中冷却很快，气体逸出不完全，凝固后的钢材中留有较多的杂质和气体，钢的质量较差。,镇 静 钢,采用锰加硅做脱氧剂，脱氧较完全，由于硅在还原的过程中会产生热量，使钢液冷却缓慢，让气体充分逸出，钢的质量好，但成本高。,半 镇 静 钢,特殊镇静钢,脱氧程度和钢材质量介于上述二者之间。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 D
17、esign Principles of Steel Structure,（4）加工（热加工、冷加工和热处理 ）,热处理 指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。（退火、正火、淬火和回火）,热加工 指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300 ）,冷加工 指在常温下对钢材进行加工。（冷作硬化现象）,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Struct
18、ure,钢材的机械性能指标,1、屈服点 fy 2、抗拉强度 fu 3、伸长率 4、断面收缩率 5、冷弯性能 6、冲击韧性 AKV,小 节,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,为什么采用钢材的屈服点作为钢材设计强度的标准值？对无明显屈服点的钢材，其设计强度如何确定？,思考题,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Str
19、ucture,2.4. 各种因素对钢材的影响,2.4.1 化学成份的影响,钢材的化学成分直接影响钢的组织构造，从而影响钢材的力学性能。铁（Fe）是钢材的基本元素，普通碳素钢中占99%，此外还有碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）等有益元素，及硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等有害元素，这些含量不大于1%，但对钢材力学性能却有很大影响。低合金钢中有5%的合金元素，如铜(Cu)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)等。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel S
20、tructure,碳（C）：形成钢材强度的主要成分，随其含量增加，强度增加，塑性和韧性降低，可焊性和抗腐蚀性降低。 碳素钢按碳含量区分，小于0.25的为低碳钢，介于0.25和0.6之间的为中碳钢，大于0.6的为高碳钢。钢结构用钢中，碳含量一般控制在0.22%以下，当其含量在0.2以下时，可焊性良好。,2. 硫（S）：钢材中的有害元素，具有热脆性（温度达到800-1000时，硫化铁会熔化使钢材变脆，从而引发热裂纹）。规范规定结构用钢中硫的含量不得超过0.05%。,3. 氧（O）：有害杂质，与S相似。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure
21、,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,4.磷（P）：磷在一定程度上可提高钢的强度和抗锈蚀的能力。钢材中的有害元素，具有冷脆性（温度较低时促使钢材变脆）。因此，磷的含量也要严格控制，规范中规定不得超过0.045%。,5.氮（N）：有害杂质，与P相似。,6.锰（Mn）：有益元素。在普通碳素钢中，是一种弱脱氧剂，可提高钢材强度，与S形成MnS，熔点1600，可以消除硫对钢材的热脆影响。,7.硅（Si）：有益元素。在普通碳素钢中，是一种强脱氧剂，常与锰共同除氧，生成镇静钢。,8.钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于
22、受荷较大的焊接结构。,9.铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.4.2 冶金缺陷的影响,1.偏析 金属结晶后化学成分分布不均匀的现象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。,3.裂纹 钢材中存在的微观裂纹。,2.非金属夹杂 指钢材中的非金属化合物，如硫化物、氧化物，他们使钢材性能变脆。,4.气泡 浇铸时由FeO和C作用所生成的CO气体不能充分逸出而滞留在钢锭那形成的
23、微小空洞。,5.分层 浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分层。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.4.3 钢材的硬化,冷作硬化 在冷加工或一次加载使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸载后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的现象 。,时效硬化 随着时间的增加，纯铁体中有一些数量极少的碳和氮的固熔物质析出，使钢材的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降的现象 。在交变荷载、重复荷载和温度变化等情况下，会加速时效硬化的发展。,应变
24、时效硬化 钢材产生一定数量的塑性变形后，铁素体晶体中的固溶碳和氮更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材又发生时效硬化现象。在高温作用下会快速发展（人工时效）,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.4.4 温度的影响,正温范围： （1）温度在150以内，钢材材质
25、变化很小，钢结构可用于温度不高于150的场合。 （2）温度在250左右的区间内出现蓝脆现象，fu 有局部性提高，同时塑性降至最低，材料有转脆倾向。 （3）当温度达到600时，钢材进入热塑性状态，强度下降严重，将丧失承载能力。,负温范围：随着温度的降低，钢材的强度提高，而塑性和韧性降低，逐渐变脆，称为钢材的低温冷脆。钢材的冲击韧性对温度的降低十分敏感。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,（1）冲击功曲线的反弯点T0称为转变温度。界限温度T1和T
26、2分别为脆性转变温度和全塑性转变温度。,（2）钢材由塑性破坏转变为脆性破坏是在温度区间T1 T2内完成的，此温度区间称为钢材的脆性转变温度区。,（3）在脆性转变温度以下，钢材表现为完全的脆性破坏；而在全塑性转变温度以上，钢材则表现为完全的塑性破坏。,（4）不同牌号和等级的钢材具有不同的转变温度区和转变温度，均应通过试验来确定。在钢结构设计中，为了防止脆性破坏，选用钢材时应使其工作温度大于T1,接近T0。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.
27、4.6 应力集中的影响,在钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化和内部缺陷等，此时截面中的应力分布不再保持均匀，而是在一些区域产生局部高峰应力，形成所谓应力集中现象。,应力集中现象,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,不同槽口试件静力拉伸试验的应力应变曲线,应力集中对-曲线关系的影响,可以看出截面槽口改变愈急剧，应力集中现象愈厉害，其抗拉强度愈高，但塑性愈差，破坏的脆性倾向愈大。,第二章 钢结构的材料,Chapt
28、er 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.5 在复杂应力作用下钢材的屈服条件,第四能量强度理论 材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的能量来表达,推导 当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。,钢材单元体上的复杂应力状态,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,在三向应力作用下，钢材由弹性
29、状态转变为塑性状态的条件，可以用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点相比较来判断。,（2.5.1）,用主应力 、 、 表示时，有:,（2.5.2）,或,当 时钢材处于弹性阶段，时钢材处于塑性阶段。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,当钢材厚度较薄时，厚度方向的应力很小，常可忽略不计，这时三向应力状态可以简化为平面应力状态：,（2.5.3）,一般梁中只存在正应力和剪应力，则上式可写为：,（2.5.4）,纯剪时=0 则有：,（2.5.5）,即钢材的
30、剪切屈服点是拉伸屈服点fy的0.58 倍,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,不同受力状态对钢材材性的影响,（a）单向拉伸 （b）双向拉伸 （c）双向异号应力,分析结果： （1）相对于单向拉伸而言，钢材在钢材在双向拉力作用下屈服点和抗拉强度提高，但是塑性下降。,双向应力作用下对 钢材材性的影响,（3）主应力异号时，易屈服，破坏呈塑性，差别越大越明显。,（2）主应力同号时，不易屈服，塑性下降，越接近越明显。,第二章 钢结构的材料,Chapter
31、2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,补充： 防止脆性断裂的方法,外因 钢材在构造和加工工程中引起的应力集中、低温影响、动力荷 载的作用、冷作硬化和应变时效硬化等,内因 钢材的化学成分、组织构造和缺陷等,(1）合理的选用钢材;,(2）对于低温工作和受动力荷载的钢结构，应使所选钢材的脆性转变温度低于结构的工作温度;,(3) 尽量使用较薄的型钢和板材，使其具有良好的冲击韧性;,(4）设计时结构的构造要合理，避免构件截面的突然改变，使之能均匀、连续的传递应力，从而减小构件的应力集中。,影响
32、钢材出现脆性破坏的因素,合 理 设 计,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,正 确 制 造,(1) 严格按照设计要求进行制作，不得随意进行钢材代换，不得随意将螺栓连接该为焊接连接，不得随意加大焊缝厚度。,(2) 为了避免冷作硬化现象的发生，应采用钻孔或冲孔后再扩钻的方法，以及对剪切边进行刨边。,(3) 为了减少焊接残余应力导致的应力集中，应该制定合理的焊接工艺和技术措施，并由考试合格的焊工施焊，必要时可采用热处理方法消除主要构件中的焊接残余应力
33、。,(4) 焊接中不得在构件上任意打火起弧，影响焊接的质量，应按照规范的要求进行。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,合 理 使 用,(1) 不得随意改变结构使用用途或超负荷使用结构。,(2) 原设计在室温工作的结构，在冬季停产时要注意保暖。,(3) 不要在主要结构上任意焊接或附加零件悬挂物。,(4) 避免因生产和运输不当对结构造成的撞击或机械损伤。,(5) 平时对结构应注意检察和维护。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Materi
34、al of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.6 建筑用钢种类、规格和选用,2.6.1 建筑用钢的种类及牌号,（1）碳素结构钢（GB/T 700-1988）,a）碳素结构钢的表达方式由（屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号）四个部分组成。,b)质量等级符号是根据钢材的化学成分和冲击韧性不同化分为A、B、C、D共4个质量等级。,c)脱氧方法符号也有四种，其中F代表沸腾钢，b代表半镇静钢，Z代表镇静钢，TZ代表特种镇静钢，在具体标注时Z和TZ可以省略。,d）钢结构设计规范将Q235牌号的钢
35、材选为承重结构用钢。其化学成分和脱氧方法、拉伸和冲击试验以及冷弯试验结果均应符合规范GB/T700的要求。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,（2）低合金高强度结构钢(GB/T 1591-1994),a)含碳量均不大于0.20，强度的提高主要依靠添加少量几种合金元素来达到，但合金元素的总量低于5。,b)牌号为Q345，Q390,Q420的钢材都有较高的强度和较好的塑性、韧性和焊接性能，被规范选为承重结构用钢。,c)低合金高强度结构钢的牌号命名
36、与碳素结构钢相似，只是质量等级分为A、B、C、D、E五等，低合金高强度结构钢采用的脱氧方法均为镇静钢或特殊镇静钢，故可不加脱氧方法的符号。,d)钢材的化学成分和拉伸、冲击、冷弯试验结果应满足规范GB/T1591要求。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,（3）优质碳素结构钢(GB/T 699-1988),a)磷、硫等有害元素的含量均不大于0.035，对于其他缺陷的限制也较严格。,b)主要用作制造冷拔高强钢丝、高强螺栓以及自攻螺钉等。,第二章 钢
37、结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.6.2 钢材的规格,钢结构所用的钢材主要有热轧成型的钢板和型钢，以及冷加工成型的冷扎薄钢板和冷弯薄壁型钢。,（1）热轧钢板,a) 分为厚钢板、薄钢板和扁钢。,b) 表示方法：在符号“-”后加“宽度厚度长度”,c) 供应规格 （单位：mm）,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Struc
38、ture,（2）热轧型钢,常用的热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢、钢管等。,a) 角钢 1) 分为等边和不等边两种。,2）表示方法为在符号“”后加“长边宽短边宽厚度”（对不等边角钢），或加“边长厚度”（对等边角钢）。,3）我国生产的角钢最大边长为200mm，角钢的供应长度一般为4-19m。,肢宽度肢厚度,等边角钢,长肢宽度短肢宽度肢厚度,不等边角钢,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,b)工字钢,1) 分为普通工字钢、轻型工字钢和H型工字钢三种。,
39、3) H型钢的基本类型分为宽翼缘（HW），中翼缘（HM）和窄翼缘（HN）三类，表示方法为在代号后加“高度宽度腹板厚度翼缘厚度” 。,2）普通工字钢的型号用符号“工”后面加截面高度的厘米数表示，20号以上的工字钢，又按腹板的厚度不同，分为a、b或a、b、c等类别，轻型工字钢的表示方法同普通工字钢。,4）普通工字钢的型号为10-63号，轻型工字钢的型号为10-70号，供应长度为5-19m。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,c) 槽钢,1) 分为
40、普通槽钢和轻型槽钢两种 。,2）表示方法和工字钢相似 。,3）国内生产的最大型号为40c。供应长度为5-19m。,d)钢管,1) 分为无缝钢管和焊接钢管两种 。,2）型号可用代号“D”后加“外径壁厚”表示。,3）国产热轧无缝钢管的最大外径可达630mm，供应长度为3-12m。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,（3）冷弯薄壁型钢和压型钢板,冷弯薄壁型钢（壁厚1.5-6mm）和压型钢板（壁厚0.4-1.6mm），截面形式和尺寸均可按受力特点合理
41、设计，能充分利用钢材的强度，达到节约钢材的目的。在国内外轻钢建筑结构中被广泛应用。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.6.3 钢材的选择,（1）选择钢材的原则安全可靠，经济合理,为了保证承重结构的承载能力，防止出现脆性破坏，在选择钢材时应具体考虑以下因素： 结构或构件的重要性、荷载特征、连接方式、工作环境、结构的应力状态、钢材的厚度。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构
42、设计原理 Design Principles of Steel Structure,a）结构或构件的重要性 对于重要的结构或构件（框架的横梁，桁架，屋面楼面的大梁等）应采用质量较高的钢材。,b)荷载特征 静力荷载作用下可选择经济性较好的Q235钢材；动力 荷载作用下应选择综合性能较好的钢材。,c)连接方式 焊接结构对材质的要求严格，应严格控制C、S、P的 极限含量；非焊接结构对C的要求可降低一些。,d)工作环境 处于低温下工作的结构，应选择抗脆性破坏能力强的 钢材，防止钢材的冷脆硬化导致的脆性破坏。,e)结构的应力状态 当选用的型材或板材的厚度较大时，应该采用质量较高的钢材，以防止钢材中较大的
43、残余拉应力和缺陷等与外力共同作用形成三向拉应力，引起材料的脆性破坏。,f)钢材的厚度 钢材越厚其强度越低，选用厚度较大时应采用质量较高的钢材。,国内外钢材牌号对应关系,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,2.6.4 钢材选择的建议,1）承重结构的钢材宜采用Q2
44、35钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合国家标准碳素结构钢GB/T700和低合金高强度结构钢GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，应符合相应有关标准的规定和要求。,2）承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚具有含碳量的合格保证。,3）对于需要验算疲劳的焊接结构和非焊接结构，应具有冲击韧性的合格保证.,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,4）重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚
45、度大于等于16mm的钢材应具有常温冲击韧性合格的保证。,5) 当焊接结构为防止钢材的层状撕裂而采用 Z 向钢时，其材质应符合现行国家标准厚度方向性能钢板GB/T5313的规定。,6) 对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性气态和固态介质作用下的承重结构，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准焊接耐候钢GB/T4172的规定。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,1、钢材的主要机械性能（强度、塑性、韧性等） 2、钢材的两种破坏形式
46、3、各种因素对钢材的影响 4、钢材的种类、规格和选用,小结,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,1、钢材的主要性能,钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏,钢材的机械性能指标：屈服点fy、抗拉强度fu、伸长率、断面收缩率、冷弯性能和冲击韧性Cv,在复杂应力作用下，钢材由弹性状态转变为塑性状态的 条件，用折算应力和钢材在单向应力时的屈服点相比较来判断。,当 时钢材处于弹性阶段，时钢材处于塑性阶段。,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Mater
47、ial of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,3、各种因素对钢材的影响,外因 钢材在构造和加工工程中引起的应力集中、温度影响、动力荷载的作用、冷作硬化和时效硬化等,内因 钢材的化学成分、组织构造和缺陷等,原则：合理设计、正确制造、合理使用,2、钢材的两种破坏形式,钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏,第二章 钢结构的材料,Chapter 2 Material of Steel Structure,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,4、钢材的种类、规格和选用,建筑用钢的种类：碳素结构钢（GB/T 700）、低合金高强度结构钢(GB/T1591)、优质碳素结构钢(GB/T699),钢结构所用的钢材规格：热轧成型的钢板和型钢，以及冷加工成型的冷扎薄钢板和冷弯薄壁型钢。,钢材选择的原则：安全可靠、经济合理 为了保证承重结构的承载能力，防止出现脆性破坏，在选择钢材时应具体考虑以下因素：结构或构件的重要性、荷载特征、连接方式、工作环境、结构的应力状态、钢材的厚度。,第二章 钢结构的材料,
