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建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類至今為止,我國建筑鋼結(jié)構(gòu)采用的鋼材仍以碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼為主,尚未形成像橋梁結(jié)構(gòu)鋼和鍋爐用鋼那樣的專業(yè)用鋼標(biāo)準(zhǔn),這與建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史和使用特點有關(guān),在相當(dāng)長一段時期內(nèi),建筑鋼結(jié)構(gòu)對鋼材性能的特殊要求并不突出,鋼鐵產(chǎn)品的通用標(biāo)準(zhǔn)一般已能滿足要求。但隨著建設(shè)規(guī)模的發(fā)展和新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),這一情況將逐步有所改變,例如高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼板就將頒發(fā)專用標(biāo)準(zhǔn)。 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼的分類和性質(zhì) 碳素結(jié)構(gòu)鋼是最普遍的工程用鋼,按其含碳量的多少,又可粗略地分成低碳鋼、中鋼和高碳鋼。通常把含碳量在0.03%-0.25%范圍內(nèi)稱為低碳鋼,含碳量在0.26%--0.60%之間的稱中碳鋼,含碳量在0.6%-2.0%的為高碳鋼。 建筑鋼結(jié)構(gòu)主要使用低碳鋼 （1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB700-88)規(guī)定,碳素結(jié)構(gòu)鋼分5個牌號,即Q195215、(235、0255和Q275,其中Q是代表鋼材屈服點的字母,隨后的數(shù)值表示屈服點的大小,如Q235表示a,=235N/mm2的鋼材。每個牌號內(nèi)又有不同的質(zhì)量等級(最多可達(dá)四種),表示為A、B、C、D。對鋼材脫氧方法也應(yīng)在質(zhì)量等級后表明。不同牌號、不同等級的鋼材對化學(xué)成分和力學(xué)性能指標(biāo)要求不同。 建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最多的碳素鋼是Q235(即以前標(biāo)準(zhǔn)中的3號鋼),也是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中質(zhì)量等級最齊全的,其質(zhì)量等級C、D的,不論從其含碳量控制嚴(yán)格程度或?qū)_擊韌性的保證,都優(yōu)先為焊接結(jié)構(gòu)所采納使用。 （2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是以滿足不同的加工要求,而賦予相應(yīng)性能的碳素鋼,所以價格高,一般不用于建筑鋼結(jié)構(gòu)、特定條件下的少量應(yīng)用常常發(fā)生在因規(guī)格欠缺而必需的材料代用、這時于以代劣,例如以往鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中在用20號鋼鋼管代替3號銅鋼管來解決供貨。 2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的分類和性質(zhì) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是指在煉鋼過程中增謬一些合金元素,其總量不超過5%的鋼材加入合金元素后鋼材強(qiáng)度可明顯提高,使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定三個主要控制指標(biāo)都能有充分發(fā)揮,尤其在大跨度或重負(fù)載結(jié)構(gòu)中優(yōu)點更為突出,一般可比碳素結(jié)構(gòu)鋼節(jié)約20%左右的用鋼量。 按新版的國家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T1591-94取代GB1591-88)中規(guī)定,低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法已經(jīng)與碳素結(jié)構(gòu)鋼一致,即由代表屈服點的漢語拼音字母(Q)、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號(A、B、C、D、E)三個部分按順序排列表示。鋼的牌號共有Q295、Q345、0390、Q420和Q460五種,隨著質(zhì)量等級的變動,其化學(xué)成分和力學(xué)性能也有變化。 現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)工程施1及驗收規(guī)范》(GB50205-95)中規(guī)定的鋼材除碳素結(jié)構(gòu)鋼q235之外,還有低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn,15Mnv和橋梁用結(jié)構(gòu)鋼16Mnq、15Mrvu1,這些鋼種都應(yīng)按新的標(biāo)準(zhǔn)采用。
3、耐大氣腐蝕用鋼(耐候鋼) 在鋼的冶煉過程中,加入少量特定的合金元素、一般指Cu、P、Cr、Ni等,使之在金屬基體表面上形成保護(hù)層,以提高鋼材耐大氣腐蝕性能,這類鋼統(tǒng)稱為耐大氣腐蝕鋼或耐候鋼. 我國現(xiàn)行生產(chǎn)的這類鋼又分為高耐候結(jié)構(gòu)鋼和焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼兩類 （1）高耐候結(jié)構(gòu)鋼 按照即將實施的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4171(取代GB/4171-—1984)的規(guī)定,這類鋼材適用于耐大氣腐蝕的建筑結(jié)構(gòu),產(chǎn)晶通常在交貨狀態(tài)下使用,但作為焊接結(jié)構(gòu)用材時,板厚應(yīng)不大于16mm。 這類鋼的耐候性能比焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼好,故稱作高耐候性結(jié)構(gòu)鋼。高耐候性結(jié)構(gòu)鋼按化學(xué)成分分為:銅磷鋼和銅磷鉻鎳鋼兩類。其牌號表示方法是由分別代表“屈服點”和“高耐候”的拼音字母Q和CNH以及屈服點的數(shù)字組成,含Cr、Ni的高耐候鋼。 （2）焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼 這類候鋼以保持鋼材具有良好的焊接性能為特點,其適用厚度可達(dá)100mm.在新版國家標(biāo)準(zhǔn)《焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼》(GBT4172)中與上述幾個標(biāo)準(zhǔn)一樣,對牌號的表示和各牌號鋼的化學(xué)成分和性能分別進(jìn)行了改變和調(diào)整。牌號表示由代表“屈服點的字母Q和“耐候”的字母NH以及鋼材的質(zhì)量等級(C、D、E)順序組成,例Q035NHC。規(guī)定共分Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q460NH四種牌號. 4、橋梁用結(jié)構(gòu)鋼 由于歷史原因,橋梁建筑用鋼一直有專用標(biāo)準(zhǔn),其規(guī)定的內(nèi)容和技術(shù)要求一般都嚴(yán)于建筑鋼結(jié)構(gòu),在工程中萬一發(fā)生材料代用,也是屬于以優(yōu)代劣,在使用中不存在任何疑慮。 m斷梁建筑用鋼原先應(yīng)用的國家標(biāo)準(zhǔn)有《橋梁建筑用熱軋?zhí)妓劁摷夹g(shù)條件》(GB714-65)《橋梁用碳素鋼及普通低合金鋼鋼板技術(shù)條件》(YB168-70)和《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》(YB(T)10-81)�，F(xiàn)根據(jù)使用要求,有關(guān)部門正在制定新的《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》國家標(biāo)準(zhǔn),
5、其他建筑用材(銹鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼等) 除上述鋼種外,建筑鋼結(jié)構(gòu)中偶爾也會應(yīng)用以下兒種鋼材 （1）鑄鋼件 建筑鋼結(jié)構(gòu)、尤其在大跨度情況下,有時需用鑄鋼件的支座,按設(shè)計規(guī)范(GB50017)除上述剩種外,建筑鋼結(jié)構(gòu)中偶爾也會應(yīng)用以下兒種鋼材規(guī)定,鑄鋼材質(zhì)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)(一般工程用鑄造碳素鋼》(GB576-85)規(guī)定。 （2）高強(qiáng)度鋼 現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中建議使用的鋼材強(qiáng)度級別為0235、Q345、Q390和Q420,對于強(qiáng)度更高的鋼號如Q40或更高級別的鋼號在國內(nèi)尚未提上日程。 高強(qiáng)度鋼往往是通過冶煉時增加更多的合金元素及熱處理工藝而獲得,例如目前國內(nèi)應(yīng)用很多的20mntib高強(qiáng)度螺栓用鋼就是一種調(diào)質(zhì)合金鋼(淬火后再回火)。高強(qiáng)度鋼當(dāng)用于大跨度、特重型結(jié)構(gòu)中受強(qiáng)度控制的構(gòu)件時,有明顯的節(jié)約鋼材效果,例如美國在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中,就有在底部幾層承重結(jié)構(gòu)中應(yīng)用熱處理高強(qiáng)度鋼A514的,這種鋼材的屈服強(qiáng)度即使板厚達(dá)60mm時,仍保持有600N/mm2,與20mmn厚的鋼板一樣。日本建筑結(jié)構(gòu)用鋼中也包括屈服強(qiáng)度高達(dá)460N/mm2的SM570鋼種,但在建筑鋼結(jié)構(gòu)中這一類高強(qiáng) 度鋼一般不會大量采用,因為除強(qiáng)度因素外,還需考慮鋼材的工藝性能、加工費用等等. 一般來說,鋼材的強(qiáng)度與其韌性和可焊性往往是逆向的關(guān)系,強(qiáng)度高則制性低、焊接性能變壞,這主要是由于合金元素含量增加的緣故。但隨著軋制工藝的革新,出現(xiàn)了利用軋制余熱的控軋工藝,控軋鋼材各種性能(強(qiáng)度、韌性和可焊性)能同時改善,例如國外現(xiàn)在已能生產(chǎn)屈服強(qiáng)度高達(dá)500N/mm2、焊接性能良好的控軋H型鋼。可以預(yù)測,在不久的將來,加工性能良好的高強(qiáng)鋼也將在建筑鋼結(jié)構(gòu)中占有一席之地。 |
