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1、高层钢结构用钢,1) 钢材分类,2.1 结构用钢(Structural Steels),按用途分： 结构用钢 船体用结构钢 焊接结构用耐候钢 ,1,1,1,2) 钢材的主要力学性能,fy 屈服点 Yield stress (Yield strength)fu 抗拉强度 Ultimate stress (Tensile strength)E 弹性模量 Youngs modulus,1,伸长率 Percent elongation,伸长率的大小，代表延性的好坏。延性(ductility)是钢材抵抗塑性变形能力大小的量度。,1,冷弯性能 Cold bending behavior,冲击功大小，代表韧
2、性好坏。韧性(toughness)是钢材抵抗冲击能力大小的量度。,断面收缩率 Percent reduction in area,称为沿厚度方向拉伸试验的断面收缩率。,1,3) 钢材的化学成分,碳C 强度提高，但塑性、冷弯、冲击、疲劳、 焊接性能下降。,锰Mn 是强度增强剂和弱脱氧剂，但对焊接不利， 不宜过多,硅Si 是强脱氧剂，可细化精粒，提高强度，且不影 响其它性能，但过量会恶化焊接性和抗锈性。,硫S(氧O) 有害元素，引起热脆和分层。,磷P(氮N) 有害元素，引起冷脆。,其他合金(钒、铌、钛、铝、铜、铬、镍、钼等) 细化晶粒、提高强度、可焊性、耐候性等,1,1) 基本要求和选材 对主要受
3、力构件用钢的基本要求,2.2 高层钢结构用钢,应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作环境、钢板的厚度等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和质量等级。国内推荐采用B级和优于B级的Q235和Q345钢材。,1,表2.1 Q235钢的化学成分和脱氧方法（GB/T700）,1,表2.2 Q235的拉伸试验和冲击试验结果要求（GB/T700）,为什么会逐渐降低？,1,表2.3 Q235钢的冷弯试验结果要求（GB/T700）,1,表2.4 部分低合金高强度钢的化学成分规定（GB/T1591）,1,表2.5 部分低合金高强度钢的力学性能要求（GB/T1591）,1,采用焊接连接的节点，当板厚40mm，且
4、承受沿厚度方向的拉力作用时，应附加板厚方向断面收缩率的要求，其值不得小于国家标准厚度方向性能钢板(GB5313)Z15级规定的允许值。以防止发生层状撕裂破坏。,1,Z向钢性能试验方法(a为板厚, l1.5d),厚度方向性能钢板(也称Z向钢板)分三级： Z15 Z25 Z35 z 15 25 35 S0.01% 0.007% 0.005% 厚度方向性能钢板拉伸试件制备图如下,1,用于抗震结构的钢材应满足：,fu / fy1.2,伸长率 20,应具有明显的屈服台阶，屈服强度波动不宜过大,对要求屈服耗能的构件，其钢材的实际屈服强度不应大于标准屈服强度太多。目前国内尚无明确规定。,对于外露、非保温建筑
5、中的钢结构宜采用耐大气腐蚀和抗冷脆的钢材。,1,2) 高层建筑用钢的发展,高层建筑结构用钢板(YB4104-2000),在Q235和Q345的基础上，经改进生产工艺而制成的用于高层建筑钢结构的高性能钢板，每个牌号分三个质量等级(C,D,E)，分别规定了0，20 和40 的冲击功指标。每个牌号又分为Z向钢和非Z向钢。其命名如下,例如常用的强度等级为345MPa的钢，要求20 的冲击功保证且要求满足Z15的Z向要求，则应采用Q345GJD/Z15高性能钢。,1,化学成分,Q345系列的高性能钢与普通Q345钢和日本SN490钢材的化学成分和强度设计值的取值对比：,1,力学性能,1,强度设计值,厚板
6、时优势明显，即使用厚板时宜采用高建钢,1,耐火耐候钢,国内的耐火耐候钢尚无部标，只有企业标准,钢材耐火性能对比,多数参照日本耐火钢标准研制,与非耐火钢板的区别为在600高温时其屈服强度不低于标准屈服强度最低值的2/3。,1,国内的耐火钢的牌号有：,上海宝钢： B400RNQ(Q235级)、B490RNQ (Q325级)。,其耐腐蚀性能为普通钢材的28倍。,武钢： WGJ510C2(Q325级)、WGJ590C2(Q410级)。,鞍钢也生产类似的耐火耐候钢，强度等级为Q235级和Q345级。,1,3) 国内外钢材牌号的对应关系,1,4) 日本研制的若干新钢种,高强高性能钢材TMCP490N/mm
7、2钢，高性能590N/mm2 (SA440)钢和780N/mm2级钢。,耐火钢(Fire-Resistent Steel)。,日本研制了低屈服点钢Ly100和Ly225。,化学成分,1,焊接性能中的碳当量(Carbon Equivalents)由下式计算：,焊接裂缝敏感性(Weld-cracking Sensitivity Composition)由下式计算：,1,低屈服点钢的机械性能和一般结构钢的对比,1,低屈服点钢材具有良好的滞回性能(Hysteretic Behavior),1,5) 高层钢结构构件的常用型材和板材,梁截面,柱截面,1,支撑截面,压型钢板,1,组合板的连接形式,1,1)
8、焊接材料,2.3 连接材料,手工焊接用焊条,E43xx， E50 xxxx,自动及半自动埋弧焊用焊丝及焊剂，应符合国家相应标准。,1,电渣焊用于焊接隐蔽焊缝,1,2) 紧固件,普通螺栓 4.6级、4.8级为C级螺栓，对孔的要求较松。 5.6级、8.8级为A、B级螺栓，对孔的精度要求较高。 上述第1个数字代表螺栓材料的抗拉强度fu，为百分数； 第2个数字为屈强比fy / fu ，为10分位数。,高强螺栓 8.8级 一般由45号、35号等优质碳素钢制成。 10.9级 一般由20MnTiB, 40B, 35VB等低合金钢制成。 一般需要进行热处理。,1,普通锚栓由Q235、Q345钢制成，所用设计强度较低 化学锚栓圆柱头焊钉 B1型 可直接焊于钢构件上； B2型 透过压型钢板与钢构件相连。,1,
