第五節(jié) 建筑鋼材

　　鋼和鐵的主要成分均是鐵和碳，其中含碳量大于2%的為生鐵，含碳量小于2%的為鋼。

　　一、鋼材的分類：

　　1、按照化學(xué)成分劃分：

　　碳素鋼：主要為鐵碳合金，按照含碳量分為

　　低碳鋼(碳含量<0.25%)、

　　中碳鋼(碳含量0.25~0.6%)

　　高碳鋼(碳含量>0.6%)

　　合金鋼：含有合金元素，按照合金元素量分為

　　低合金鋼(合金元素<5%)

　　中合金鋼(合金元素5~10%)

　　高合金鋼(合金元素>10%

　　2、按照脫氧程度劃分：

　　沸騰鋼：脫氧不充分，質(zhì)量差，尤其是韌性差，但是成本低。

　　鎮(zhèn)靜鋼：脫氧很充分，質(zhì)量好，成本高。

　　半鎮(zhèn)靜鋼：性能介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼。

　　3、按照質(zhì)量(主要為硫和磷的含量)劃分為：

　　普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼等

　　二、主要力學(xué)性能

　　1、抗拉性能

　　2、沖擊韌性：指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。

　　(1)指標(biāo)：沖擊破壞時單位面積消耗的功。

　　(2)特點：鋼材的沖擊韌性會隨溫度降低而減低，當(dāng)溫度降低到一定范圍時，會表現(xiàn)出脆性，這種現(xiàn)象稱為鋼材的冷脆性，發(fā)生脆性轉(zhuǎn)變的溫度稱為脆性臨界溫度，脆性臨界溫度越低，低溫沖擊韌性越好。因此，對直接承受動荷載而且可能在負(fù)溫下工作的重要結(jié)構(gòu)，必須進(jìn)行沖擊韌性檢驗。脆性臨界溫度應(yīng)低于使用環(huán)境的最低溫度。

　　3、冷彎性能：指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，反映了鋼材在惡劣條件下的塑性。

　　冷彎性能的檢測：以彎曲角度及彎心直徑對試件厚度(或直徑)的比值表示。檢查彎曲處若沒有無裂紋、斷裂及起層等現(xiàn)象。則認(rèn)為鋼材的冷彎性能合格。

　　4、硬度：指材料表面局部抵抗壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。用布氏硬度HB表示。

　　5、耐疲勞性：材料在交變應(yīng)力作用下，在遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度時突然發(fā)生斷裂，稱為疲勞破壞。疲勞極限：在規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生脆斷所承受的最大應(yīng)力值。

　　三、影響鋼材性能的因素

　　1、鋼材的晶體組織形態(tài)及其對鋼材性能的影響

　　分為：鐵素體、滲碳體和珠光體三種基本組織。

　　鐵素體是碳在鐵中的固溶體，塑性、韌性好，強(qiáng)度和硬度差。

　　滲碳體是鐵碳化合物，脆硬，塑性、韌性差。

　　珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，具有較好的強(qiáng)度，較好的塑性和韌性。

　　含碳量小于0.8%：隨含碳量增加，珠光體含量增加，鐵素體減少，強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。

　　含碳量大于0.8%：隨含碳量增加，珠光體減少，滲碳體增加，強(qiáng)度會降低硬度增大，塑性、韌性降低

　　2、化學(xué)成分

　　(1)含碳量：隨著含碳量的增加，其強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低。當(dāng)含碳量大于0.3%時，鋼的可焊性顯著降低;當(dāng)含碳量大于1%時，脆性增大，硬度增加，強(qiáng)度下降。此外，含碳量增加，鋼的冷脆性和時效敏感性增大，耐銹蝕性降低。

　　(2)合金成分：

　　Si：主加元素，硅含量的增加將顯著提高鋼材的強(qiáng)度和硬度，而對塑性和韌性無顯著影響。

　　Mn：錳的增加可提高鋼材的強(qiáng)度、耐腐蝕和耐磨性，消除熱脆性。

　　有害成分：P、S、O、N

　　硫：是有害元素，引起熱脆性，使機(jī)械性能、焊接性能及抗腐蝕性能下降。

　　磷：是有害元素，引起冷脆性，降低塑性、韌性、焊接性和冷彎性，提高耐磨性及耐腐蝕性。

　　2、加工處理：

　　冷加工：將鋼材于常溫下進(jìn)行冷拉、冷軋或冷拔，使其產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服點的過程�？商岣咔�服點，抗拉強(qiáng)度不變，塑性、韌性、彈性模量降低。

　　時效處理：經(jīng)過冷加工后的鋼材，在常溫下存放15~20天或加熱到100~200℃并保持一定時間。時效可使屈服點進(jìn)一步提高，抗拉強(qiáng)度也增大，塑性和韌性繼續(xù)降低，彈性模量恢復(fù)。

　　四、建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)及其選用

　　(一)鋼材原材

　　1、碳素結(jié)構(gòu)鋼：

　　(1)牌號劃分：牌號包括四個部分：屈服點字母(Q)、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級代號和脫氧程度符號。牌號增大，含碳量及強(qiáng)度增大，冷彎性和伸長率下降。Q235是常用鋼材種類。

　　(2)特性：碳素結(jié)構(gòu)鋼冶煉方便，成本較低，具有良好的塑性及各種加工性能。在惡劣的條件下，如沖擊、溫度大幅度變化或超載時具有良好的安全性。但與低合金鋼相比，其強(qiáng)度較低，在一些特殊情況下不能滿足性能要求。

　　2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

　　(1)牌號劃分：屈服點字母(Q)、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級代號劃分牌號。性能要求有屈服點、抗拉強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌性及冷彎。

　　(2)特性：強(qiáng)度較高，耐腐蝕、耐低溫性、抗沖擊韌性及使用壽命等綜合性能良好，焊接性及冷加工性能好，易于加工和施工。

　　(二)常用建筑鋼材

　　1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋

　　(1)熱軋鋼筋：Ⅰ級光圓，用Q235碳素鋼軋制，做非預(yù)應(yīng)力鋼筋。Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ級鋼筋為帶肋鋼筋，由合金鋼軋制而成，Ⅱ或Ⅲ做非預(yù)應(yīng)力或預(yù)應(yīng)力鋼筋，Ⅳ做預(yù)應(yīng)力鋼筋。

　　(2)冷拉鋼筋：為了提高鋼筋的強(qiáng)度及節(jié)約鋼筋，常對熱軋鋼筋進(jìn)行冷拉，屈服點提高17~27%。

　　(3)冷拔低碳鋼絲：將直徑為6.5～8mm的Q235熱軋盤條鋼筋經(jīng)過冷拔加工而制成冷拔低碳鋼絲。屈服點提高40~60%，屬硬鋼。分為：甲、乙兩級，甲級為預(yù)應(yīng)力鋼絲，乙級為非預(yù)應(yīng)力鋼絲。

　　(4)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲及鋼絞線：預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條經(jīng)酸洗、冷拉等工藝制成。鋼膠線是用7根直徑為2.5～7.0mm的高強(qiáng)度鋼絲，鉸捻后經(jīng)一定熱處理工藝后，清除內(nèi)應(yīng)力而制成。鋼絞線主要用于大跨度、大負(fù)荷的后張法預(yù)應(yīng)力橋梁等結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。

　　(5)冷軋帶肋鋼筋：將熱軋鋼筋再冷軋成肋。強(qiáng)度提高，塑性較好，與混凝土的握裹力好。LL550用于非預(yù)應(yīng)力混凝土受力主筋，LL650和LL800用于預(yù)應(yīng)力混凝土受力主筋。

　　(6)熱處理鋼筋：熱軋低碳鋼筋經(jīng)淬火和回火處理而成。強(qiáng)度提高，韌性好，塑性不小。不能焊接，電焊切割。用于預(yù)應(yīng)力砼。

　　(7)冷軋扭鋼筋：強(qiáng)度高，與砼握裹力大。用于預(yù)應(yīng)力及承受較大荷載的部位如梁、柱。

　　2、鋼結(jié)構(gòu)用鋼

　　(1)熱軋型鋼：角鋼、I字鋼、槽鋼、T型鋼、H型鋼、Z型鋼等。其標(biāo)記包括型鋼名稱、橫斷面主要尺寸、型鋼標(biāo)準(zhǔn)及鋼號與鋼種標(biāo)準(zhǔn)。主要用于鋼結(jié)構(gòu)中。

　　(2)冷彎薄壁型鋼：有角鋼、槽鋼等開口薄壁型鋼及方形、矩形等空心薄壁型鋼。通常由2～6mm薄鋼板冷彎或模壓而成，用于輕型鋼結(jié)構(gòu)。

　　(3)鋼板和壓型鋼板：熱軋鋼板按厚度分為中厚板(>4mm)和薄板(0.35～4mm);冷軋鋼板只有薄板(厚度為0.2~4mm)一種。薄鋼板可在面層鍍鋅(俗稱白鐵皮)、敷以有機(jī)涂層(或稱彩色鋼板)。薄鋼板經(jīng)冷壓或冷軋成波形、雙曲形、V型等形狀，稱為壓型鋼板。

　　五、鋼材的防銹與防火

　　(一)鋼材防銹

　　鋼結(jié)構(gòu)防銹方法：涂刷防銹漆，如底漆紅丹、環(huán)氧富鋅漆、鐵紅環(huán)氧底漆，面漆有鉛灰油、醇酸磁漆、酚醛磁漆�；虮砻驽冧\或涂塑。

　　鋼筋防銹：限制水灰比和水泥用量、限制氯鹽外加劑、提高密實度、加防銹劑等。

　　(二)鋼材防火

　　裸露的、表面未做防火處理的鋼結(jié)構(gòu)耐火極限為15min，所以對鋼結(jié)構(gòu)，尤其是有可能經(jīng)歷高溫環(huán)境的鋼結(jié)構(gòu)，需要做好防火處理。

　　主要方法是涂敷防火隔熱層。