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轻型钢结构材料-主体结构材料介绍

浏览: 发布日期:2019-09-29 23:52

2.1.1材料类型
        结构钢材的常用类型有:碳素结构钢、低合金结构钢、高强度钢、耐火耐候钢等。其中,轻型钢结构一般采用碳素结构钢和低合金结构钢。
       1.碳素结构钢
        按含碳量的多少,碳素结构钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。一般而言,含碳量为0.03%-0.25%的称为低碳钢;含碳量在0.26%~0.60%之间的称为中碳钢;含碳量在60%~2.00%的称为高碳钢。含碳量越高钢材强度越高,而塑性、韧性和低温冲击韧性下降,同时降低钢材的可焊性和抗腐蚀性,建筑结构中主要使用低碳钢。按钢材质量,碳素结构钢可分为A、B、C、D四个等级,由A到D表示质量由低到高。不同质量等级对冲击韧性(夏比V形缺口试验)的要求有区别。A级无冲击功的规定;B级要求提供20℃时冲击功Ak≥27J的合格保证;C级要求提供0℃时冲击功Ak≥27J的合格保证;D级要求提供一20℃时冲击功Ak≥27J的合格保证。按冶炼中的脱氧方法,钢材可分为沸腾钢(F)、半镇静钢(b)、镇静钢(Z)和特殊镇静钢(TZ)四类。
2.低合金结构钢
        低合金钢是在碳素结构钢中添加一种或几种少量的合金元素(钢内各合金元素的总含量小于5%),从而提高其强度、耐腐蚀性、耐磨性或低温冲击韧性。低合金结构钢的含碳量一般较低(少于0.20%),以便于钢材的加工和焊接。低合金结构钢质量等级分为A、B、C、D、E五级,由A到E表示质量由低到高。不同质量等级对冲击韧性(夏比形缺口试验)的要求有区别。A级无冲击功要求;B级要求提供20C时冲击功A≥34的合格保证;C级要求提供OC时冲击功Ak≥34的合格保证;D级要求提供一20C时冲击功A≥34的合格保证;E级要求提供一40C时冲击功A≥34的合格保证。不同质量等级对碳、硫、磷、铝的含量的要求也有区别。低合金钢的脱氧方法为镇静钢(Z)或特殊镇静钢(TZ)。
2.1.2钢材规格
        钢结构所用的钢材主要为热轧成型的钢板和型钢、冷弯成型的薄壁型钢等。
       1.钢板
       钢板主要有厚钢板、薄钢板和扁钢(带钢)
       厚钢板:厚度4.5~60mm,宽度600~3000mm,长度4-~12m;
       薄钢板:厚度1.0~4mm,宽度500,长度0.5~4m;
       扁钢:厚度3~60mm,宽度10~200mm,长度3~9m。
       厚钢板主要用于焊接梁柱构件的腹板和翼缘及节点板,薄钢板主要用于制造冷弯薄壁型钢,扁钢可作为节点板和连接板等。
2.热轧型钢
       钢结构常用热轧型钢为角钢、槽钢、圆管、工字钢和H型钢截面等。H型钢截面可用于轻型钢结构中的受压和压弯构件,其他型钢截面在轻型钢结构中一般用于辅助结构或支撑结构构件。
3.薄壁型钢
       薄壁型钢的截面尺寸可按合理方案设计,能充分发挥和利用钢材的强度、节约钢材。薄壁型钢的壁厚一般为1.5-5mm,但承重构件的壁厚不宜小于2mm.常用薄壁型钢截面有槽形、卷边槽形(C形)、Z形等。轻型钢结构中的次结构构件如檩条等一般采用薄壁型钢。
2.1.3钢材设计指标
       钢材的多项性能指标可通过单向一次(也称单调)拉伸试验获得。钢材的单调拉伸应力应变曲线(图21)。由低碳钢和低合金钢的试验曲线看出,在比例极限o以前钢材的工作是弹性的;比例极限以后,进入了弹塑性阶段;达到了屈服点y后,出现了一段纯塑性变形,也称为塑性平台;此后强度又有所提高,出现强化阶段,直至产生颈缩而破坏。破坏时的残余延伸率表示钢材的塑性性能。调质处理的低合金钢没有明显的屈服点和塑性平台。这类钢的屈服点是以卸载后试件中残余应变为0.2%所对应的应力,称为名义屈服点或f2(图2-1)。
       钢材的单调拉伸应力应变曲线提供了三个重要的力学性能指标:抗拉强度∫u、屈服点强度
∫y和伸长率。抗拉强度f是钢材一项重要的强度指标,它反映钢材受拉时所能承受的极限应力。屈服点强度是钢结构设计中应力允许达到的最大限值,因为当构件中的应力达到屈服点时,结构会因过度的塑性变形而不适于继续承载。伸长率是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标,以试件破坏后在标定长度内的残余应变表示。
       上述力学性能指标中,屈服强度是衡量结构的承载能力和确定基本强度设计值的重要指标。钢材的强度设计值一般都以屈服强度除以适当的抗力分项系数来确定。用于轻型钢结构房屋的钢材强度设计指标见3.2节。


图2-1钢材的单调拉伸应力应变曲线
2.1.4钢材选用
       用于承重的冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢和钢板,应采用现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700规定的Q235和《低合金高强度结构钢》GB/T1591规定的Q345钢材门式刚架、吊车梁和焊接的檩条、墙梁等构件宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢材。非焊接的檩条和墙梁等构件可采用Q235A钢材。当有根据时,门式刚架、檩条和墙梁可采用其他牌号的钢材制作。
       此外,轻型钢结构设计中钢材的选择还应考虑以下方面
1.结构类型及其重要性

       结构可分为重要、一般和次要三类。重级工作制吊车梁和特别重要的轻型钢结构主结构及次结构构件属于重要结构构件;普通轻型钢结构厂房的主结构梁柱和次结构构件属于一般结构构件;而辅助结构中的楼梯、平台、栏杆等属于次要结构构件。重要结构可选用Q345钢或Q235C或D;一般结构可选用Q235B;次要结构可选用Q235-B·F。
2.荷载性质

       荷载可分为静力荷载和动力荷载两种,动力荷载又有经常满载和不经常满载的区别直接承受动力荷载的结构一般采用Q235B、Q235C、Q235D及Q345钢,对于环境温度高于-20℃、起重量Q<50的中、轻级工作制吊车梁也可选用Q235B·F承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构也可选用Q235B和Q235B·F。主要受力构件宜采用Q345及以上等级的钢材。
3.工作温度

       根据结构工作温度选择钢材的质量等级。例如,工作温度低于-20℃时宜选用Q23C或Q235D;高于-20℃时可选用Q235B。
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