高层建筑钢结构-第二章高层钢结构用钢

高层建筑钢结构2020年2月25日星期二2高层钢结构用钢1)钢材分类2.1结构用钢(StructuralSteels)按用途分：结构用钢船体用结构钢焊接结构用耐候钢………钢其它少量元素冶炼CFe高层建筑钢结构2020年2月25日星期二低碳钢C≤0.25％中碳钢0.26~0.6％高碳钢0.6~2.11％低合金钢合金元素总量5％中合金钢5~10％高合金钢10％按化学成分：碳素钢(Carbon)合金钢(Alloy)按有害成分：普通钢S≤0.05％P≤0.045％优质钢S≤0.045％P≤0.04％高级优质钢S≤0.035％P≤0.03％高层建筑钢结构2020年2月25日星期二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介入上述二者之间特镇静钢Tz采用铝、硅脱氧按炉种分：氧气顶吹转炉钢平炉钢电炉钢高层建筑钢结构2020年2月25日星期二2)钢材的主要力学性能fy屈服点Yieldstress(Yieldstrength)fu抗拉强度Ultimatestress(Tensilestrength)E弹性模量Young’smodulus单向拉伸试验的荷载应力应变曲线高层建筑钢结构2020年2月25日星期二伸长率Percentelongation%1000ll)65.5(5:00005Aldl)30.11(10:000010Aldl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。对试验标准件的尺寸要求高层建筑钢结构2020年2月25日星期二冷弯性能Coldbendingbehavior%1000AA冲击韧性Impacttoughness冲击功Impactenergy夏比缺口韧性CharpyV-Notchtoughness(CVNtoughness)冲击功大小，代表韧性好坏。韧性(toughness)是钢材抵抗冲击能力大小的量度。断面收缩率PercentreductioninareaZ称为沿厚度方向拉伸试验的断面收缩率。PPda图2.3.4冷弯试验高层建筑钢结构2020年2月25日星期二3)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、耐候性等高层建筑钢结构2020年2月25日星期二1)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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。高层建筑钢结构2020年2月25日星期二表2.1Q235钢的化学成分和脱氧方法（GB/T700）化学成分，％SiSP牌号等级CMn不大于脱氧方法A0.14~0.220.30~0.550.050B0.12~0.200.30~0.700.0450.045F、b、ZC≤0.180.0400.040ZQ235D≤0.170.35~0.800.300.0350.035TZ高层建筑钢结构2020年2月25日星期二拉伸试验冲击试验屈服点σs，N/mm2伸长率δs，％钢板厚度（直径），mm钢板厚度（直径），mm≤1616~4040~6060~100100~150150≤1616~4040~6060~100100~150150V型冲击功(纵向)J牌号等级不小于抗拉强度σbN/mm2不小于温度℃不小于A－－B20C0Q235D235225215205195185375~460262524232221-2027表2.2Q235的拉伸试验和冲击试验结果要求（GB/T700）为什么会逐渐降低？高层建筑钢结构2020年2月25日星期二表2.3Q235钢的冷弯试验结果要求（GB/T700）冷弯试验B=2a180°a，钢材厚度（直径），mm6060~100100~200牌号试样方向弯心直径d纵向a2a2.5aQ235横向1.5a2.5a3a高层建筑钢结构2020年2月25日星期二表2.4部分低合金高强度钢的化学成分规定（GB/T1591）化学成分，％牌号质量等级C≤MnSi≤P≤S≤VNbTiAl≥Cr≤Ni≤Q345ABCDE0.200.200.200.180.181.00~1.601.00~1.601.00~1.601.00~1.601.00~1.600.550.550.550.550.550.0450.0400.0350.0300.0250.0450.0400.0350.0300.0250.02~0.150.02~0.150.02~0.150.02~0.150.02~0.150.015~0.0600.015~0.0600.015~0.0600.015~0.0600.015~0.0600.02~0.200.02~0.200.02~0.200.02~0.200.02~0.20－－0.0150.0150.015高层建筑钢结构2020年2月25日星期二表2.5部分低合金高强度钢的力学性能要求（GB/T1591）屈服点σs，N/mm2冲击功，AkV，(纵向)，J钢板厚度（直径），mm伸长率δs，％+20℃0℃-20℃-40℃180弯曲试验d=弯心直径；a=试样厚度(直径)≤1616~3535~5050~100钢材厚度(直径)，mm牌号质量等级不小于抗拉强度σbN/mm2不小于≤1616~100Q345ABCDE345345345345345325325325325325295295295295295275275275275275470~630470~630470~630470~630470~630212122222234343427d=2ad=2ad=2ad=2ad=2ad=3ad=3ad=3ad=3ad=3a高层建筑钢结构2020年2月25日星期二采用焊接连接的节点，当板厚≥40mm，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。高层建筑钢结构2020年2月25日星期二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：Z15Z25Z35ψz≥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高层建筑钢结构2020年2月25日星期二用于抗震结构的钢材应满足：fu/fy≥1.2伸长率δ≥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、非保温建筑中的钢结构宜采用耐大气腐蚀和抗冷脆的钢材。高层建筑钢结构2020年2月25日星期二2)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。其命名如下其中x为C、D、E质量等级，y为Z向钢性能级别15、25、35Q235GJx/(Zy)Q345GJx/(Zy)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。高层建筑钢结构2020年2月25日星期二化学成分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：高层建筑钢结构2020年2月25日星期二力学性能高层建筑钢结构2020年2月25日星期二强度设计值厚板时优势明显，使用厚板时宜采用高建钢高层建筑钢结构2020年2月25日星期二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。高层建筑钢结构2020年2月25日星期二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2－8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。高层建筑钢结构2020年2月25日星期二3)国内外钢材牌号的对应关系国别中国美国日本欧盟英国俄罗斯澳大利亚Q235A36SS400SM400SN400Fe36040C235250C250Q345A242,A441,A572-50,A588SM490SN490Fe510FeE35550B,C,DC345350C350Q39050FC390400Hd400钢材牌号Q420A572-60SA440BSA440CC440高层建筑钢结构2020年2月25日星期二4)日本研制的若干新钢种高强高性能钢材TMCP490N/mm2钢，高性能590N/mm2(SA440)钢和780N/mm2级钢。耐火钢(Fire-ResistentSteel)。日本研制了低屈服点钢Ly100和Ly225。化学成分高层建筑钢结构2020年2月25日星期二低屈服点钢的机械性能和一般结构钢的对比高层建筑钢结构2020年2月25日星期二低屈服点钢材具有良好的滞回性能(HystereticBehavior)高层建筑钢结构2020年2月25日星期二5)高层钢结构构件的常用型材和板材梁截面柱截面高层建筑钢结构2020年2月25日星期二支撑截面压型钢板高层建筑钢结构2020年2月25日星期二组合板的连接形式高层建筑钢结构2020年2月25日星期二1)焊接材料2.3连接材料手工焊接用焊条药皮类型，电流形式焊接方位熔敷金属化学成分分类号E43xx，E50xx－xx自动及半自动埋弧焊用焊丝及焊剂，应符合国家相应标准。高层建筑钢结构2020年2月25日星期二电渣焊用于焊接隐蔽焊缝高层建筑钢结构2020年2月25日星期二2)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。高层建筑钢结构2020年2月25日星期二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。