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•2010年全球共产钢14.1亿吨，较2009年增长16.8%。中国以绝对优势稳居世界第一产钢国地位，产量近6.3亿吨，占全球产量的44.3%。2009年中国粗钢产量达到了5.678亿吨,同比增长13.5%,创下了单个国家粗钢年产量的新纪录。此外,2009年中国粗钢产量占全球总产量的百分比提高至47%,较2008年扩大了9个百分点。第六章钢结构6.0概述钢结构是以钢板、型钢、薄壁型钢制成的构件通过焊接、铆接、螺栓连接等方式而组成的结构。与其他材料的结构相比，具有如下的特点：（1）钢材强度高，结构自重轻（2）塑性、韧性好（3）材质均匀（4）工业化程度高6.0.1钢结构的特点（5）可焊性（6）耐腐蚀性差（7）耐火性差（8）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，这应引起设计者的特别注意。（1）大跨度结构（2）重型厂房结构（3）受动力荷载作用的厂房结构（4）多层、高层和超高层建筑（5）高耸结构（6）板壳结构（7）可拆卸结构6.0.2钢结构的应用范围钢按用途分为：结构钢、工具钢和特殊钢结构钢又可分为建筑用钢和机械用钢；按冶炼方法分为：转炉钢和平炉钢转炉钢目前采用氧气顶吹转炉钢，成本比平炉钢要低；按脱氧方法分为：沸腾钢（F）、半沸腾钢（b）、镇静钢(Z)特殊镇静钢(TZ)镇静钢和特殊镇静钢的代号在钢的牌号中可省略，镇静钢脱氧充分，沸腾钢脱氧较差，一般采用镇静钢；6.1.1结构用钢的品种与牌号6.1钢结构材料和选用原则（一）钢材按成型方法分为轧制钢、锻钢和铸钢；按化学成分分为碳素钢和合金钢在建筑工程中常用碳素结构钢、低合金钢和优质碳素结构钢。（1）碳素结构钢碳素结构钢按质量等级分为A、B、C、D四级，质量等级中以A级最差，D级最优。该标准中钢材牌号表示方法由字母Q、屈服点数值、质量等级代号（A、B、C、D）及脱氧方法代号（F、b、Z、TZ）四个部分组成。如下列牌号：Q235、Q345（N/mm2）（2）低合金结构钢低合金结构钢的国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T1591）中按质量等级分为A、B、C、D、E五级。采用与碳素结构钢相同的表示方法，即用钢材厚度（直径）≤6mm时的屈服点大小表示：如Q345、Q420钢结构所用钢材主要为：热轧钢板、型钢、冷弯薄壁型钢和压型钢板。（1）钢板钢板分为薄钢板、厚钢板和扁钢，其规格用符号“—”加“宽度×厚度”的毫米数来表示。如—600×12表示宽度为600mm、厚度为12mm的钢板。薄钢板：厚0.35~4.0mm，宽500~1500mm，长0.5~4m；厚钢板：厚4.5~60mm，宽600~3000mm，长4~12m；扁钢：厚4~60mm，宽12~200mm，长3~9m。6.1.2钢材规格（2）热轧型钢钢结构常用的型钢是角钢、槽钢、工字钢和H型钢（如图）。工字钢也分普通和轻型两种，分别用符号“I”和“QI”表示。H型钢分宽翼缘H型钢（HK）、窄翼缘H型钢（HZ）和H型钢桩（HU）。图6.1热轧型钢（3）冷弯薄壁型钢和压型钢板薄壁型钢是用1.5~5mm的薄钢板经模压或冷弯成型，其截面形式如图6.2所示。图6.2冷弯薄壁型钢图6.3压型钢板压型钢板是用0.4~2mm厚的钢板、镀锌钢板、彩色涂层钢板经冷轧而成的波形板，我国已有26种压型钢板型号，图6.3为其中几种。（1）屈服强度与抗拉强度建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉伸试验曲线表明，该试验是将钢材的标准试件在拉伸试验机上，按规定的加荷速度逐渐施加拉力荷载，使试件逐渐伸长，直至拉断破坏。根据加荷过程中所测得的数据画出应力－应变曲线（即σ－ε曲线）如图6.4所示为低碳钢的应力－应变曲线6.1.3钢材的机械性能图6.4低碳钢单向拉伸应力－应变图当应力超过fp后，应变比应力增加得快，到达b点后，应变急剧增加，而应力基本不变，此阶段称为屈服阶段，应力－应变曲线呈水平段，钢筋产生相当大的塑性变形，c点对应的应力fy称为屈服强度。没有明显屈服点和塑性平台的钢材，则以卸荷后残余变形为0.2%时所对应的应力为屈服点，称为名义屈服点f0.2。屈服阶段后，钢材内部组织经重新调整进入强化阶段，直至曲线最高点即抗拉强度fu，出现颈缩，此时变形剧增，应力下降，最后试件断裂。抗拉强度是钢材破坏前所能承受的最大应力，但是巨大的塑性变形，使之无实用意义，只作为强度贮备。fy/fu叫做屈强比，其值愈大，说明钢材被充分利用；愈小则安全储备愈大。（2）塑性钢材的塑性是指应力超过屈服点后，能产生显著的塑性变形，而不立即断裂的性质，可用试件静力拉伸时的伸长率来衡量。伸长率为试件拉断后，原标距的伸长值与原标距比值的百分数，即100100%lll（3）冷弯性能冷弯性能是指钢材在冷加工时（即常温下加工），对产生裂缝的抵抗能力。冷弯试验方法是在材料试验机上，通过冷弯冲头加压，将厚度为a、宽度为b的板材按规定的弯心直径d弯曲180°，以弯曲处无裂纹、不起层为合格。同时又可检查钢材的内部缺陷（颗粒组织、结晶情况、杂质分布等），鉴定钢材的可焊性，因此冷弯性能是衡量钢材质量的综合性指标（图6.5）。图6.5冷弯试验示意图（4）冲击韧性钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，也是钢材在动力荷载作用下，抵抗脆性破坏的能力。钢结构用钢机械性能指标规定见表6.1和表6.2表6.1Q235钢的机械性能表6.2Q345及Q390钢的机械性能6.1.4其他因素对钢材性能的影响钢锭是在1200~1300℃高温下，经多次热轧而成材的。热轧改善钢锭的铸造组织，使结晶致密，消除部分缺陷，提高了力学性能。钢锭厚度与型钢厚度之比称为压缩比，压缩比愈大，质量愈好。1、冶炼和轧制过程2、钢材的硬化钢材随时间的增长，其强度提高而塑性、韧性下降的现象叫时效硬化。所谓人工时效是使钢材先发生10%左右的塑性变形，再加热至250℃保持1h，然后在空气中冷却，则时效可在几小时内完成。钢材在弹塑性或塑性阶段卸荷后再重新加荷，其屈服点将提高，弹性工作范围加大，而塑性和韧性却降低，这种现象叫做冷作硬化。钢在250℃左右时，抗拉强度有所提高而塑性、韧性下降，这种现象叫蓝脆（因表面氧化膜呈蓝色）。应避免在蓝脆温度范围内进行热加工，否则易出现裂纹。当温度从常温下降时，强度略有提高，但塑性和韧性则降低而变脆，当温度下降到某一区间时，冲击韧性急剧下降，破坏特征明显地转变为脆性破坏，这就是低温冷脆。3温度的影响4应力集中的影响由于截面几何形状的突变，造成应力线密集曲折，从而在孔洞边缘、缺口尖端出现局部高峰应力，而其他部位应力降低，形成所谓的应力集中现象。由图6.6可以看到，应力集中的程度取决于构件形状的变化，变化剧烈，高峰应力则大。承受静力荷载的构件，应遵照《规范》的有关要求，避免截面形状的突变，设计时可不考虑应力集中问题。图6.6应力集中钢材在连续的重复荷载作用下，虽然应力低于抗拉强度，甚至低于屈服点时，也会发生破坏，这种现象称为钢的疲劳。疲劳破坏之前，并无明显的塑性变形和局部收缩，是一种突然性的脆性断裂。疲劳是因为钢材质地不均匀以及应力分布不均匀而引起的。5重复荷载作用的影响（1）承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢（2）下列情况的承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢：1）焊接结构A.直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构B.室外空气温度低于-20C时的直接承受动力荷载或振动荷载但不可不验算疲劳的结构C.室外空气温度低于-30C时的所有承重结构2）非焊接结构室外空气温度等于或低于-20C时的直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构6.1.5钢材的选用（3）承重结构采用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，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。（4）对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。（5）吊车起重量不小于50t的中级工作制吊车梁，对钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。表6.5钢材的强度设计值（N/mm2）表6.6钢铸件的强度设计值（N/mm2）表6.7焊缝的强度设计值（N/mm2）表6.8螺栓连接的强度设计值(N/mm2)表6.9铆钉连接的强度设计值（N/mm2）表6.10钢材和钢铸件的物理性能指标表6.11受弯构件挠度容许值