高层建筑钢结构-高层钢结构用钢.ppt

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1、高层建筑钢结构高层建筑钢结构 高层钢结构用钢高层钢结构用钢1)钢材分类2.1 结构用钢结构用钢(Structural Steels)v按用途分：结构用钢 船体用结构钢 焊接结构用耐候钢 1高层建筑钢结构高层建筑钢结构低碳钢 C0.25中碳钢 0.260.6高碳钢 0.62.11低合金钢 合金元素总量10v按化学成分：碳素钢 (Carbon)合金钢 (Alloy)v按有害成分：普通钢 S0.05 P0.045 优质钢 S0.045 P0.04 高级优质钢 S0.035 P0.031高层建筑钢结构高层建筑钢结构v按脱氧程度分：沸腾钢 F 仅用锰脱氧 镇静钢 Z 采用硅或铝脱氧 半镇静钢 b 介入上

2、述二者之间 特镇静钢 Tz 采用铝、硅脱氧v按炉种分：氧气顶吹转炉钢 平炉钢 电炉钢1高层建筑钢结构高层建筑钢结构2)钢材的主要力学性能vfy 屈服点 Yield stress (Yield strength)vfu 抗拉强度 Ultimate stress (Tensile strength)vE 弹性模量 Youngs modulus单向拉伸试单向拉伸试验的荷载应验的荷载应力应变曲线力应变曲线1高层建筑钢结构高层建筑钢结构v伸长率 Percent elongation伸长率的大小，代表延性的好坏。延性伸长率的大小，代表延性的好坏。延性(ductility)是钢是钢材抵抗塑性变形能力大小的量

3、度。材抵抗塑性变形能力大小的量度。对试验标准对试验标准件的尺寸要件的尺寸要求求1高层建筑钢结构高层建筑钢结构v冷弯性能 Cold bending behaviorv 冲击韧性 Impact toughness 冲击功 Impact energy 夏比缺口韧性 Charpy V-Notch toughness(CVN toughness)冲击功大小，代表韧性好坏。韧性冲击功大小，代表韧性好坏。韧性(toughness)是钢材是钢材抵抗冲击能力大小的量度。抵抗冲击能力大小的量度。v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高层建筑钢结构高

4、层建筑钢结构3)钢材的化学成分v 碳C 强度提高，但塑性、冷弯、冲击、疲劳、焊接性能下降。v锰Mn 是强度增强剂和弱脱氧剂，但对焊接不利，不宜过多v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。v硫S(氧O)有害元素，引起热脆和分层。v磷P(氮N)有害元素，引起冷脆。v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高层建筑钢结构高层建筑钢结构1)基本要求和选材 对主要受力构件用钢的基本要求2.2 高层钢结构用钢高层钢结构用钢v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

5、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高层建筑钢结构高层建筑钢结构表2.1 Q235钢的化学成分和脱氧方法（GB/T700）1高层建筑钢结构高层建筑钢结构表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？为什么会逐渐降低？1高层建筑钢结构高层建筑钢结构表2.3 Q235钢的冷弯试验结果要求（GB/T700）1高层建筑钢结构高层建筑钢结构表2.4 部分低合金高强度钢的化学成分规定（GB/T1591）1高层建筑钢结构高层建筑钢结构表2.5 部分低合金高强度钢的力学性能要求（GB/T1591）1高层建筑钢结构高层建筑钢结构v采用焊接连接

6、的节点，当采用焊接连接的节点，当板厚板厚40mm，且承受沿厚且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要求，其值不得小于国家标准厚度方向性能钢板厚度方向性能钢板(GB5313)Z15级规定的允许值。以防止发生级规定的允许值。以防止发生层状撕裂层状撕裂破坏。破坏。1高层建筑钢结构高层建筑钢结构 Z向钢性能试验方法向钢性能试验方法(a为板厚为板厚,l1.5d)v厚度方向性能钢板厚度方向性能钢板(也称也称Z向钢板向钢板)分三级：分三级：Z15 Z25 Z35 z 15 25 35 S0.01%0.007%0.005

7、%厚度方向性能钢板拉伸试件制备图如下厚度方向性能钢板拉伸试件制备图如下1高层建筑钢结构高层建筑钢结构v用于抗震结构的钢材应满足：用于抗震结构的钢材应满足：fu/fy1.2伸长率伸长率 20应具有明显的屈服台阶，屈服强度波动不宜过大应具有明显的屈服台阶，屈服强度波动不宜过大v对要求屈服耗能的构件，其钢材的实际屈服强度不应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。大于标准屈服强度太多。目前国内尚无明确规定。v对于外露、非保温建筑中的钢结构宜采用耐大气腐蚀对于外露、非保温建筑中的钢结构宜采用耐大气腐蚀和抗冷脆的钢材。和抗冷脆的钢材。1高层建筑钢结构高层

8、建筑钢结构2)高层建筑用钢的发展v高层建筑结构用钢板高层建筑结构用钢板(YB4104-2000)在在Q235和和Q345的基础上，经改进生产工艺而制成的的基础上，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质量等级(C,D,E)，分别规定了，分别规定了0，20 和和40 的冲击功指标。每个牌号又分为的冲击功指标。每个牌号又分为Z向钢和非向钢和非Z向钢。向钢。其命名如下其命名如下其中其中x为为C、D、E质量等级，质量等级，y为为Z向钢性向钢性能级别能级别15、25、35 Q235GJx/(Zy)Q345GJx/(Zy)

9、例如常用的强度等级为例如常用的强度等级为345MPa的钢，要求的钢，要求20 的冲击功保的冲击功保证且要求满足证且要求满足Z15的的Z向要求，则应采用向要求，则应采用Q345GJD/Z15高性能高性能钢。钢。1高层建筑钢结构高层建筑钢结构化学成分化学成分Q345系列的高性能钢与普通系列的高性能钢与普通Q345钢和日本钢和日本SN490钢材的化学成分钢材的化学成分和强度设计值的取值对比：和强度设计值的取值对比：1高层建筑钢结构高层建筑钢结构力学性能力学性能1高层建筑钢结构高层建筑钢结构强度设计值强度设计值厚板时优势明显，即使用厚板时宜采用高建钢厚板时优势明显，即使用厚板时宜采用高建钢1高层建筑钢

10、结构高层建筑钢结构v耐火耐候钢耐火耐候钢国内的耐火耐候钢尚无部标，国内的耐火耐候钢尚无部标，只有企业标准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多数参照日本耐火钢标准研制与非耐火钢板的区别为在与非耐火钢板的区别为在600高温时其屈服强度不低高温时其屈服强度不低于标准屈服强度最低值的于标准屈服强度最低值的2/3。1高层建筑钢结构高层建筑钢结构国内的耐火钢的牌号有：国内的耐火钢的牌号有：上海宝钢：上海宝钢：B400RNQ(Q235级级)、B490RNQ(Q325级级)。其耐腐蚀性能为普通钢材的其耐腐蚀性能为普通钢材的28倍。倍。武钢：武钢：WGJ510C2(Q325级级)、WGJ59

11、0C2(Q410级级)。鞍钢也生产类似的耐火耐候钢，强度等级为鞍钢也生产类似的耐火耐候钢，强度等级为Q235级和级和Q345级。级。1高层建筑钢结构高层建筑钢结构3)国内外钢材牌号的对应关系1高层建筑钢结构高层建筑钢结构4)日本研制的若干新钢种日本研制的若干新钢种v高强高性能钢材高强高性能钢材TMCP490N/mm2钢，高性能钢，高性能590N/mm2(SA440)钢和钢和780N/mm2级钢。级钢。v耐火钢耐火钢(Fire-Resistent Steel)。v日本研制了低屈服点钢日本研制了低屈服点钢Ly100和和Ly225。化学成分化学成分1高层建筑钢结构高层建筑钢结构焊接性能中的碳当量焊接

12、性能中的碳当量(Carbon Equivalents)由下式计算：由下式计算：焊接裂缝敏感性焊接裂缝敏感性(Weld-cracking Sensitivity Composition)由下式计算：由下式计算：1高层建筑钢结构高层建筑钢结构低屈服点钢的机械性能和一般结构钢的对比低屈服点钢的机械性能和一般结构钢的对比1高层建筑钢结构高层建筑钢结构低屈服点钢材具有良好的滞回性能低屈服点钢材具有良好的滞回性能(Hysteretic Behavior)1高层建筑钢结构高层建筑钢结构5)高层钢结构构件的常用型材和板材梁截面梁截面柱截面柱截面1高层建筑钢结构高层建筑钢结构支撑截面支撑截面压型钢板压型钢板1高

13、层建筑钢结构高层建筑钢结构组合板的连接形式组合板的连接形式1高层建筑钢结构高层建筑钢结构1)焊接材料2.3 连接材料连接材料v手工焊接用焊条手工焊接用焊条药皮类型，电流形式药皮类型，电流形式焊接方位焊接方位熔敷金属化学熔敷金属化学成分分类号成分分类号 E43xx，E50 xxxxv自动及半自动埋弧焊用焊丝及焊剂，应符合国家相自动及半自动埋弧焊用焊丝及焊剂，应符合国家相应标准。应标准。1高层建筑钢结构高层建筑钢结构v电渣焊用于焊接隐蔽焊缝电渣焊用于焊接隐蔽焊缝1高层建筑钢结构高层建筑钢结构2)紧固件v普通螺栓普通螺栓 4.6级、级、4.8级为级为C级螺栓，对孔的要求较松。级螺栓，对孔的要求较松。

14、5.6级、级、8.8级为级为A、B级螺栓，对孔的精度要求较高。级螺栓，对孔的精度要求较高。上述第上述第1个数字代表螺栓材料的抗拉强度个数字代表螺栓材料的抗拉强度fu，为百分数；为百分数；第第2个数字为屈强比个数字为屈强比fy/fu，为为10分位数。分位数。v高强螺栓高强螺栓 8.8级级 一般由一般由45号、号、35号等优质碳素钢制成。号等优质碳素钢制成。10.9级级 一般由一般由20MnTiB,40B,35VB等低合金钢制成。等低合金钢制成。一般需要进行热处理。一般需要进行热处理。1高层建筑钢结构高层建筑钢结构v普通锚栓由普通锚栓由Q235、Q345钢制成，所用设计强度较低钢制成，所用设计强度较低 化学锚栓化学锚栓v圆柱头焊钉圆柱头焊钉 B1型型 可直接焊于钢构件上；可直接焊于钢构件上；B2型型 透过压型钢板与钢构件相连。透过压型钢板与钢构件相连。1