2024一建建筑教材思维导图10_思维导图模板

2.1.1 建筑钢材的性能与应用

建筑钢材可分为钢结构用钢、钢筋混凝土结构用钢和建筑装饰用钢材制品等。

1.建筑钢材的主要钢种

(1)钢材按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢根据含碳量，又可分为低碳钢(含碳量小于0.25%)、中碳钢(含碳量0.25%～0.6%)和高碳钢(含碳量大于 0.6%)。
合金钢按合金元素的总含量又可分为低合金钢(总含量小于5%)、中合金钢 (总含量5%～10%)和高合金钢(总含量大于10%)。
(2)根据钢中有害杂质硫、磷的多少，工业用钢可分为普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。根据用途的不同，工业用钢常分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
(3)建筑钢材的主要钢种有碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金高强度结构钢。
(4)国家标准《碳素结构钢》GB/T700—2006 规定，碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母Q 、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号四个部分按顺序组成。
例如，Q235-AF 表示屈服强度为235MPa 的A 级沸腾钢。除常用的 Q235外，碳素结构钢的牌号还有Q195、Q215 和 Q275。
碳素结构钢为一般结构和工程用钢，适于生产各种型钢、钢板、钢筋、钢丝等。
(5)优质碳素结构钢钢材按冶金质量等级分为优质钢、高级优质钢(牌号后加 “A”) 和特级优质钢(牌号后加 “E”) 。
优质碳素结构钢一般用于生产预应力混凝土用钢丝、钢绞线、锚具，以及高强度螺栓、重要结构的钢铸件等。
(6)低合金高强度结构钢的牌号与碳素结构钢类似，不过其质量等级分为B 、C、 D 、E 、F 五级，牌号有Q355、Q390、Q420、Q460。
主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。

2.常用的建筑钢材

1)钢结构用钢

(1)钢结构用钢主要是热轧成型的钢板和型钢等。薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢。
钢材所用的母材主要是普通碳素结构钢及低合金高强度结构钢。
(2)钢结构常用的热轧型钢有：工字钢、H 型钢、T 型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等。型钢是钢结构中采用的主要钢材。
(3)钢板材包括钢板、花纹钢板、建筑用压型钢板和彩色涂层钢板等。钢板规格表示方法为“宽度×厚度×长度”(单位为mm)。
钢板分厚板（厚度大于4mm）和薄板（厚度不大于4mm) ）两种。厚板主要用于结构，薄板主要用于屋面板、楼板和墙板等。

2)钢管混凝土结构用钢管

钢管混凝土结构用钢管可采用直缝焊接管、螺旋形缝焊接管和无缝钢管。钢管焊接必须采用对接焊缝，并达到与母材等强的要求。
由施工单位自行卷制的钢管，其钢板必须平直，不得使用表面锈蚀或受过冲击的钢板，并应有出厂证明书或试验报告单。
卷管方向应与钢板压延方向一致。卷制钢管前，应根据要求将板端开好坡口。为适应钢管拼接的轴线要求，钢管坡口端应与管轴线严格垂直。
卷板过程中，应注意保证管端平面与管轴线垂直。

3)钢筋混凝土结构用钢

钢筋混凝土结构用钢主要品种有热轧钢筋、
预应力混凝土用热处理钢筋、
预应力混凝土用钢丝和钢绞线等。
热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，
主要用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的配筋。
目前，我国常用的热轧钢筋品种、强度标准值见表2.1-1。

热轧光圆钢筋强度较低，与混凝土的粘结强度也较低，主要用作板的受力钢筋、箍筋以及构造钢筋。
热轧带肋钢筋与混凝土之间的握裹力大，共同工作性能较好，其中 HRB400级钢筋是钢筋混凝土用的主要受力钢筋，是目前工程中常用的钢筋牌号。
国家标准规定，有较高要求的抗震结构适用的钢筋牌号为：在表2.1-1中已有带肋钢筋牌号后加E (例如： HRB400E、HRBF400E) 的钢筋。
该类钢筋除满足表中的强度标准值要求外，还应满足以下要求：(1)抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。
(2)屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30。 (3)最大力总延伸率实测值不应小于9%。
国家标准还规定，热轧带肋钢筋应在其表面轧上牌号标志、生产企业序号(许可证后3位数字)和公称直径毫米数字，还可轧上经注册的厂名(或商标)。

4)
建筑装饰用钢材制品

现代建筑装饰工程中，钢材制品得到广泛应用。
常用的主要有不锈钢钢板和钢管、彩色不锈钢板、彩色涂层钢板和彩色涂层压型钢板，以及镀锌钢卷帘门板及轻钢龙骨等。
(1)不锈钢及其制品
不锈钢是指含铬量在12%以上的铁基合金钢。铬的含量越高，钢的抗腐蚀性越好。
建筑装饰工程中使用的是要求具有较好的耐大气和水蒸气侵蚀性的普通不锈钢。
用于建筑装饰的不锈钢材主要有薄板(厚度小于2mm) 和用薄板加工制成的管材、型材等。
(2)轻钢龙骨轻钢龙骨以镀锌钢带或薄钢板为原料由特制轧机经多道工艺轧制而成，断面有U 形、C 形、T 形和 L 形。
主要用于装配各种类型的石膏板、钙塑板、吸声板等，分为吊顶龙骨(代号D) 和墙体龙骨(代号Q) 两大类。
与木龙骨相比，具有强度高、防火、耐潮、便于施工安装等特点。

3.建筑钢材的力学性能

钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。其中，力学性能是钢材最重要的使用性能，包括拉伸性能、冲击性能、疲劳性能等。
工艺性能表示钢材在各种加工过程中的行为，包括弯曲性能和焊接性能等。

1)拉伸性能

(1)反映建筑钢材拉伸性能的指标包括屈服强度、抗拉强度和伸长率。屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。
抗拉强度与屈服强度之比(强屈比)是评价钢材使用可靠性的一个参数。
强屈比越大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。
(2)钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性。钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率越大，钢材的塑性越大。
热轧钢筋有最大力总伸长率指标要求。
(3)预应力混凝土用高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点，抗拉强度高，无明显的屈服阶段，伸长率小。
由于屈服现象不明显，不能测定屈服点，故常以发生残余变形为 0.2%原标距长度时的应力作为屈服强度，称条件屈服强度，用σo₂ 表示。

2)冲击性能

冲击性能是指钢材抵抗冲击荷载的能力。钢的化学成分及冶炼、加工质量都对冲击性能有明显的影响。除此以外，钢的冲击性能受温度的影响较大，
冲击性能随温度的下降而减小；
当降到一定温度范围时，冲击值急剧下降，从而可使钢材出现脆性断裂，这种性质称为钢的冷脆性，这时的温度称为脆性临界温度。
脆性临界温度的数值越低，钢材的低温冲击性能越好。所以，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度低的钢材。

3)疲劳性能

受交变荷载反复作用时，钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象，称为疲劳破坏。
疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。
钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。

4.
钢材化学成分及其对钢材性能的影响

钢材中除主要化学成分铁 (Fe) 以外，还含有少量的碳 (C) 、硅 (Si) 、锰 (Mn) 、磷 (P) 、硫 (S) 、氧 (O) 、氮 (N) 、钛 (Ti) 、钒 (V) 等元素，
这些元素虽含量很少，但对钢材性能的影响很大：
(1)碳：碳是决定钢材性能的最重要元素。建筑钢材的含碳量不大于0.8%，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。
含碳量超过0.3%时钢材的可焊性显著降低。碳还增加钢材的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。
(2)硅：当含量小于1%时，可提高钢材强度，对塑性和韧性影响不明显。硅是我国钢筋用钢材中的主要添加元素。
(3)锰：锰能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性能改善，同时也可提高钢材强度。
(4)磷：磷是碳素钢中很有害的元素之一。磷含量增加，钢材的强度、硬度提高，塑性和韧性显著下降。
特别是温度越低，对塑性和韧性的影响越大，从而显著加大钢材的冷脆性，
也使钢材可焊性显著降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。
(5)硫：硫也是很有害的元素，呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，降低钢材的各种机械性能。
硫化物所造成的低熔点使钢材在焊接时易产生热裂纹，形成热脆现象，称为热脆性。硫使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。
(6)氧：氧是钢中有害元素，会降低钢材的机械性能，特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点亦使钢材的可焊性变差。
(7)氮：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，会使钢材强度提高，塑性特别是韧性显著下降。

2.1结构工程材料

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