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  上海建筑設計院

 1、建筑鋼材有兩種可能的破壞形式

塑性破壞和脆性破壞,二者的特征可從塑性變形、名義應力、斷口形式三方面來理解。影響脆性破壞的因素有有害化學元素、冶金缺陷等,但總的來看,鋼材的質量、應力集中和低溫的影響比較大。防止脆性破壞必須合理設計、正確制造和正確使用三者的相互配合。

2、鋼材的σ-ε曲線在下列標準條件下獲得的:

Ⅰ)標準試件(無應力集中);
Ⅱ)靜荷載一次拉伸到破壞;
Ⅲ)試驗溫度為20°C。
按建筑鋼材的σ-ε曲線其工作可分為彈性、彈塑性、塑性和強化四個階段,并將其簡化成理想彈塑性體。從拉伸試驗得到抗拉強度fu、屈服強度fy、伸長率δ5三個鋼材基本性能指標,fu、fy是靜力強度指標,δ5是鋼材在靜荷載作用下塑性性能指標。承重結構鋼材都應具有這三個指標合格的保證,對重要或需要冷加工的構件,其鋼材尚應具有冷彎試驗的合格保證。

3、沖擊韌性Cv

沖擊韌性Cv是表示鋼材在動力荷載作用下抵抗脆性斷裂能力指標,對直接承受較大動力荷載的結構應提出相應沖擊韌性要求。

 

4、應力

鋼材在靜荷載作用下,單向應力時,要求截面最大應力不超過屈服點;復雜應力狀態時,要求折算應力δeq不超過fy。

5、理解各種因素對鋼材性能的不利影響

對化學成分要分清有利元素和有害元素,應特別注意碳、硫、磷的影響。重視應力集中產生的影響,其后果是導致局部產生雙向或三向受拉的應力狀態,使鋼材變脆。應通過合理的構造措施(如平緩過度)盡量避免應力集中。

6、正確選擇鋼材和提出合理指標要求

規范推薦Q235、16Mn、16Mnq、15MnV、15MnVq鋼為承重結構鋼,理解它們牌號的表示方法,冶金工廠對材質應保證的項目和能附加保證的項目,掌握根據設計結構的具體條件正確選擇鋼材和提出合理指標要求的方法。

 

附:鋼結構牌號

GB/T5613-1995標準中對鑄鋼規定了兩種牌號表示方法
1)以屈服強度和抗拉強度力學性能為主的牌號表示方法,如ZG200-400等。ZG是代表鑄鋼的符號,200和400分別是屈服強度和抗拉強度的最低值( MPa).
2)以化學成分為主的牌號表示方法,如ZG20Cr13等。Cr為鉻元素符號,20為平均碳含量(以萬分之幾計),13為鉻平均含量(質量分數)(%)。
另加一些字母和符號分別表示不同的含義,如ZD345―570為一般工程與結構用低合金鑄鋼;ZG200―400H為焊接結構有用碳素鑄鋼;ZGMn 13為鑄鋼。

拓展

 

鋼結構用鋼主要有兩種:低碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼。
低合金高強結構鋼的牌號最低由Q295開始,而碳素結構鋼最高的牌號是Q275截止,盡管對公稱屈服點的含義解釋相同,但數值并無重復且恰好銜接。
1、碳素結構鋼的牌號為:Q×××(A~D)+脫氧方式。其中Q×××表示屈服強度;A~D表示沖擊韌性質量等級由底到高;在灌注過程中,由脫氧程度不同分鎮靜鋼〖TZ、Z〗,半鎮靜鋼〖b〗,沸騰鋼〖F〗。對于Q235來說,A、B兩級可以是(Z、b、F),C級只能是(Z),D級只能是(TZ)。
2、低合金高強度結構鋼:在冶煉過程中添加少量幾種合金元素,使鋼的強度明顯提高,其中合金含量低于5%,故稱為低合金高強度結構鋼;牌號表示與碳素結構鋼相同,質量等級按沖擊韌性分為 A~E 5個等級。低合金高強度結構鋼的A、B級為鎮靜鋼,C、D、E級為特殊鎮靜鋼。
3、合金結構鋼:包括優質鋼、高級優質鋼和特級優質鋼;合金結構鋼的牌號共77個,按主加合金元素劃分為24個鋼組。

 

牌號含義:合金結構鋼的牌號由數字和合金元素化學符號組成。數字表示此鋼平均含碳量是萬分之幾;繼后的化學符號代表所加的合金元素,并后綴此元素平均含量的代表數碼(對各合金元素平均含量代碼的規定:當小于1.5%時一般不寫,但當如此表示發生牌號雷同時須將合金元素含量高的后邊標1,以示區別;當含量為1.5%~2.49%、2.50%~3.49%、3.50%~4.49%時分別寫出2、3、4標示,含量再高時,以此類推)。

質量等級標記:在鋼的牌號末尾應將所屬冶金質量劃定的等級按規定加注標記,優質鋼不加、高級優質鋼加 A 、特級優質鋼加 E。

 

鋼材選擇時要做到結構安全可靠,同時用材經濟合理。影響鋼材選擇的因素:
1、結構或構件的重要性;
2、荷載性質(靜載or動載);
3、連接方法(焊接、鉚接or螺栓連接);
4、工作條件(溫度or腐蝕介質)
對于重要結構、直接承受動荷載、處于低溫條件下的結構及焊接結構,應選用質量較高的鋼材。

輕鋼與重鋼的區別? 

首先,沒有輕鋼的叫法,輕鋼相對于普鋼。

輕型鋼結構是一個很模糊的概念,沒有嚴格的定義。  
判定結構為普鋼與輕鋼結構確實沒有一個統一的標準,很多有經驗的設計師或項目經理也常常不能完全說明白,但我們可以以一些數據綜合考慮并加以判斷: 
1、廠房行車起吊重量:大于等于25噸,可以認為為普鋼結構了。 
2、每平米用鋼量:大于等于50KG/M2,可認為是普鋼結構。 
3、主要構件鋼板厚度:大于等于10MM,輕鋼結構用的較少。 
另外,還有一些參考值:如每平米造價,最大構件重量,最大跨度,結構形式,檐高等,以上這些在判斷廠房是否為普鋼或輕鋼時可以提供經驗數據,當然現在很多建筑都是輕、普鋼都有。
但有一些我們可以較肯定的說是普鋼,如:石化廠房設施、電廠廠房、大跨度的體育場館、展覽中心,高層或超高層鋼結構。 
普通鋼結構的范圍很廣,可以包含各種鋼結構,不管荷載大小,甚至包括輕型鋼結構的許多內容,輕型房屋鋼結構技術規程只是針對其“輕”的特點而規定了一些更具體的內容,而且范圍只局限在單層門式剛架。 
輕型鋼結構是一個很模糊的概念,沒有嚴格的定義。  
一般可以有兩種理解。一種是現行《鋼結構設計規范》中第十一章“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結構”,是指用圓鋼和小于L45×4和L56×36×4的角鋼制作的輕型鋼結構,主要在鋼材缺乏年代時用于不宜用鋼筋混凝土結構制造的小型結構,現已基本上不大采用,所以這次鋼結構設計規范修訂中已基本上傾向去掉。
另一種是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》所規定的具有輕型屋蓋和輕型外墻的單層實腹門式剛架結構,這里的輕型主要是指圍護是用輕質材料。
由此可見,輕鋼與普鋼之分不在結構本身的輕重,而在所承受的圍護材料的輕重,而在結構設計概念上還是一致的。

 

 H型鋼與工字鋼的區別

1、工字型鋼主要不論是普通型還是輕型的,由于截面尺寸均相對較高、較窄,故對截面兩個主袖的慣性矩相差較大*因此,一般僅能直接用于在其腹板平面內受彎的構件或將其組成格構式受力構件。對軸心受壓構件或在垂直于腹板平面還有彎曲的構件均不宜采用,這就使其在應用范圍上有著很大的局限

2、 H型鋼屬于高效經濟裁面型材(其它還有冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板等),由于 截面形狀合理,它們能使鋼材更高地發揮效能,提高承裁能力。不同于普通工字型的是H型鋼的翼繡進行了加寬,且內、外表面通常是平行的,這樣可便于用高強度螺桂和其他構件連接。其尺寸構成合理系列,型號齊全,便于設計選用。H型鋼的軋制不同于普通工字鋼僅用一套水平軋輥,由于其翼絳較寬且無斜度(或斜度很小),故須增設一組立式軋輥同時進行輥軋。因此,其軋制工藝和設備都比普通軋機復雜。 

總之H型鋼是工字鋼的換代產品,所以兩者在實際應用中選擇使用的標準是:盡量不用工字鋼。

 

熱軋和冷軋的區別

1、冷軋成型鋼允許截面出現局部屈曲,從而可以充分利用桿件屈曲后的承載力;而熱軋型鋼不允許截面發生局部屈曲。 
2、熱軋型鋼和冷軋型鋼殘余應力產生的原因不同,所以截面上的分布也有很大差異。冷彎薄壁型鋼截面上的殘余應力分布是彎曲型的,而熱扎型鋼或焊接型鋼截面上殘余應力分布是薄膜型 。
3、熱軋型鋼的自由扭轉剛度比冷軋型鋼高,所以熱軋型鋼的抗扭性能要優于冷軋型鋼。

拓展

熱軋優點
熱軋的優點是可以破壞鋼錠的鑄造組織,細化鋼材的晶粒,并消除顯微組織的缺陷,從而使鋼材組織密實,力學性能得到改善。這種改善主要體現在沿軋制方向上,從而使鋼材在一定程度上不再是各向同性體;澆注時形成的氣泡、裂紋和疏松,也可在高溫和壓力作用下被焊合。 

熱軋缺點

一是經過熱軋之后,鋼材內部的非金屬夾雜物(主要是硫化物和氧化物,還有硅酸鹽)被壓成薄片,出現分層(夾層)現象。分層使鋼材沿厚度方向受拉的性能大大惡化,并且有可能在焊縫收縮時出現層間撕裂。焊縫收縮誘發的局部應變時常達到屈服點應變的數倍,比荷載引起的應變大得多。
二是不均勻冷卻造成的殘余應力。殘余應力是在沒有外力作用下內部自相平衡的應力,各種截面的熱軋型鋼都有這類殘余應力,一般型鋼截面尺寸越大,殘余應力也越大。殘余應力雖然是自相平衡的,但對鋼構件在外力作用下的性能還是有一定影響。如對變形、穩定性、抗疲勞等方面都可能產生不利的作用。 

冷軋是指在常溫下,經過冷拉、冷彎、冷拔等冷加工把鋼板或鋼帶加工成各種型式的鋼材。

冷軋優點
優點是成型速度快、產量高,且不損傷涂層,可以做成多種多樣的截面形式,以適應使用條件的需要;冷軋可以使鋼材產生很大的塑性變形,從而提高了鋼材的屈服點。 

冷軋缺點

缺點一是雖然成型過程中沒有經過熱態塑性壓縮,但截面內仍然存在殘余應力,對鋼材整體和局部屈曲的特性必然產生影響。 
二是冷軋型鋼樣式一般為開口截面,使得截面的自由扭轉剛度較低。在受彎時容易出現扭轉,受壓時容易出現彎扭屈曲,抗扭性能較差。
 三是冷軋成型鋼壁厚較小,在板件銜接的轉角處又沒有加厚,承受局部性的集中荷載的能力弱。

 


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