fv
125 120 115 110 180 170 155 145 205 190 180 170 220 210 195 185
fce
325
Q345钢
＞16～40 ＞40～60 ＞60～100 ≤16
400
Q390钢
＞16～40 ＞40～60 ＞60～100 ≤16
415
Q420钢
＞16～40 ＞40～60 ＞60～100
9.1 钢结构的材料
• 9.1.2.3 钢材的选用 • 钢材选用的原则是：结构安全可靠，用材经济合理。一般 应考虑以下几点： • ①结构的重要性。重要结构或构件对钢材要求高。 • ②荷载的特征。承受动力荷载的结构对钢材要求较高。 • ③连接方法。焊接结构要求钢材具有可焊性。 • ④工作条件。如环境温度对钢材的要求。 • ⑤钢材厚度。钢材机械性能一般随厚度增大而降低，钢材 经多次轧制后，钢的内部组织更为紧密，强度更高，质量 更好。
6
9.1 钢结构的材料
图9.1 钢材的一次拉伸应力-应变曲线
7
9.1 钢结构的材料
• ①屈服点fy • 钢材的屈服点（屈服强度）是衡量结构承载能力 和确定强度设计值的指标。如图9.1所示，当应力 达到屈服点之后，钢材便产生了较大且明显的应 变，使结构的变形迅速增加而不能继续使用。因 而，设计时取屈服点fy作为确定材料强度设计值的 依据。 • ②抗拉强度fu • 抗拉强度是应力-应变曲线上的最高点对应的应力 值，是钢材能够达到的最大应力值。屈服强度与 抗拉强度的比值能够反映钢材的强度储备。
9.1 钢结构的材料
• ②槽钢：分普通槽钢和轻型槽钢两种。 • 普通槽钢用代表槽钢的符号及截面高度的厘米数 表示：如30a表示截面高度300mm，肢板厚度较 薄的普通槽钢；轻型槽钢的表示方法是在前述普 通槽钢符号后加“Q”，即表示轻型槽钢。如 25Q表示截面高度为250mm的轻型槽钢。因轻型 槽钢腹板均较薄，故不再按厚度划分。 • ③工字钢：工字钢也分普通工字钢和轻型工字钢 两种。其表示方法与槽钢类似。如32a表示截面 高度为320mm、腹板较薄的普通工字钢。32Q表 示截面高度为320mm的轻型工字钢。 25
钢结构
1
目 录
9 钢结构
9.1 钢结构的材料 9.2 钢结构的连接 9.3 钢结构构件 9.4 钢屋盖
2
9 钢屋盖
1掌握钢材的主要力学性能及影响因素； 2掌握钢结构的连接方法及受力特点； 3掌握钢结构基本受力构件的构造要求； 4掌握钢屋盖结构的组成与结构形式； 5了解门式刚架的组成与构造。
9.1 钢结构的材料
低合金钢中除上述元素外，还有一些约占3%的合金元素， 如铜(Cu)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)等。碳和其他 元素所占比例虽然不大，却对钢材性能起决定性作用。 碳含量对钢材强度、塑性、韧性和可焊性有极大影响。 含碳量提高，钢材的强度增加，但塑性、冲击韧性下 降，可焊性和抗锈蚀性能变差。 锰和硅是有益元素，是炼钢的脱氧剂。适量的锰和硅可 提高钢材强度，对塑性和韧性无明显的不良影响。
13
9.1 钢结构的材料
• 9.1.1.2 影响钢材性能的因素 • 影响钢材性能的因素有很多，其中以钢材的化学 成分影响最大，而冶炼、轧制、冷加工、热处理、 温度等的影响也不能忽视，现分述如下： • （1）化学成分 • 钢材的基本化学元素是铁。钢结构所用钢材包括 碳素结构钢中的低碳钢和低合金钢。碳素结构钢 由纯铁及其他元素组成，其中纯铁占99%，碳及 其他元素仅占1%左右，其他元素包括硅（Si）、 14 锰(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。
9.1 钢结构的材料
• （3）冷弯薄壁型钢和压型钢板 • 薄壁型钢是用15~6mm薄钢板经冷弯或模压而 成型的。压型钢板（图9.4）是薄壁型钢的一种形 式，用厚度为0.4~2mm的薄钢板、镀锌钢板或表 面涂有彩色油漆的彩色涂层钢板经冷轧（压）成 型，是近年发展起来的一种新型板材，多用做轻 型屋面板等构件。 • 薄壁型钢和压型钢板自重轻，节省材料，十分经 济，但薄壁对锈蚀的影响比较敏感。
5
9.1 钢结构的材料
• 9.1.1.1 钢材的主要力学性能 • 钢材的主要力学性能反映了钢材的内在质量及受 力后的特性，需经拉伸试验、冷弯试验和冲击韧 性试验测定。 • （1）强度和塑性 • 强度是材料受力时抵抗破坏的能力。图9.1为低碳 钢在常温、静载条件下，单向拉伸试验时的应力 应变曲线。拉伸试验提供三项机械性能指标： 屈服点、抗拉强度和伸长率。
31
9.1 钢结构的材料
• （3）冲击韧性 • 冲击韧性反映钢材抵抗冲击荷载的能力， 它用材料在断裂时所吸收的总能量来量度。 冲击韧性值受温度影响较大，温度过低其 值剧降。 • 冲击韧性是衡量钢材强度和塑性的综合性 能指标。
12
9.1 钢结构的材料
• （4）可焊性 • 钢材的可焊性是指在一定工艺和结构条件 下，钢材经过焊接能获得良好的焊接接头 的性能。可焊性良好的钢材，用普通的焊 接方法焊接后，焊接金属及其附近的热影 响区金属不产生裂纹，并且它们的机械性 能不低于母材。
17
9.1 钢结构的材料
• ①时效硬化就是钢材在热处理后的放置过 程中内部组织发生变化，导致钢材在放置 后比放置前变硬的现象。 • ②冷作硬化是钢材在常温或在结晶温度以 下进行加工后，强度和硬度显著提高，塑 性和冲击韧性降低的现象。 • ③应变时效是钢材在应变力作用下，材料 的组织性能随时间发生变化，从而导致钢 18 材强度提高，塑性和韧性急剧下降的现象。
15
9.1 钢结构的材料
• 钒和钛作为合金元素添加到钢中，可以提高钢材 的强度和抗锈蚀能力，而不显著降低塑性。 • 硫和磷是钢中的有害元素，尤其是硫。它们降低 钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。硫使钢 材在高温（800~1000℃）下变脆，称为“热脆”； 磷使钢材低温时变脆，称为“冷脆”。但是，磷 可以提高钢材的强度和抗锈蚀能力。 • 氧和氮属有害元素，但含量较少。氧的作用类似 于硫，使钢材产生热脆；氮的作用与磷相似，使 16 钢材产生冷脆。
8
9.1 钢结构的材料
• • ③伸长率δ 伸长率是反映钢材塑性性能的重要指标，伸长率用试件被拉断时的最大伸长 值（塑性变形值）与原标距之比的百分数表示，即：

• •
l1 l 0 l0
100
(9.1)
直径）； δ10。
式中l1——试件拉断后的标距长度； l0——试件原标距长度，一般取5d 或10d（d为试件 δ——伸长率，对不同标距用下标区别，如δ5、 伸长率越大，说明材料破坏前产生的变形越大，塑性性能越好。
3
9.1
钢结构的材料
4
9.1 钢结构的材料
9.1.1 钢材的主要力学性能及影响因素
• 钢材种类繁多，性能差别很大，适用于钢结构的 钢材仅是其中的一小部分。 • 用作钢结构的钢材必须具备下列性能：较高的强 度，较强的变形能力，良好的加工性能。此外， 根据结构的具体工作条件，还要求钢材具有适应 低温、高温和腐蚀性环境的能力。同时，钢结构 中使用的钢材还应价格便宜，以降低工程造价。
440
注：附表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。
22
9.1 钢结构的材料
9.1.2 钢材的规格、品种及选用
• 9.1.2.1钢材的规格 • 钢结构所用的钢材品种主要有热轧钢板和 型钢（图9.3），以及冷弯薄壁型钢和压型 钢板。
图9.3 型钢的规格
(a)钢板；(b)等边角钢；(c)不等边角钢；(d)钢管； (e)槽钢；(f)工字钢;(g)H型钢;(h)T型钢
30
9.1 钢结构的材料
• 一般钢结构的构件，多选用Q235钢，对荷载和跨 度较大、低温环境以及承受较大动力荷载的构件， 可选用Q345或Q390钢。建筑结构中通常采用 Q235沸腾钢便可满足要求，但低温条件和较大动 力荷载下不宜用沸腾钢。 • 结构用钢至少必须有屈服强度、抗拉强度和伸长 率三项机械性能指标合格保证（统称三项保证）， 同时还应有硫、磷含量的合格保证。焊接结构还 需碳含量的合格保证。
27
9.1 钢结构的材料
图9.4 冷弯薄壁型钢
（a）等边角钢；（b）卷边等边角钢；（c）Z形钢； （d）卷边Z形钢；（e）槽钢；（f）卷边槽钢； （g）向外卷边槽钢（帽形钢）； （h）方管；（i）圆管；（j）压型板
28
9.1 钢结构的材料
• 9.1.2.2 钢材的品种 • 钢材的种类繁多，按化学成分可分为碳素钢和低 合金钢；按用途可分为结构钢、工具钢和特殊用 途钢；按冶炼方法可分为平炉钢、氧气转炉钢等； 按浇铸方法可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和 特殊镇静钢。我国建筑结构用钢中常见的钢材是 碳素结构钢和低合金钢。 • 碳素结构钢的牌号由屈服点的汉语拼音开头字母 Q、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)、 脱氧方法符号四个部分按顺序组成，如Q235-A· F 代表屈服点为235N/mm2、质量等级为A级的沸腾 钢；Q235- B代表屈服点为235N/mm2 、质量等 级为B级的镇静钢。 29
9.1 钢结构的材料
• （2）钢材的缺陷 • 钢材在冶炼、浇铸和轧制过程中会产生偏 析、非金属夹杂、裂纹、气孔和分层等缺 陷。上述缺陷降低了钢材的塑性、韧性、 可焊性和抗锈蚀性。 • （3）钢材的硬化 • 钢材硬化使钢材强度提高，但塑性和韧性 降低。硬化有三种情况：时效硬化、冷作 硬化和应变时效。
9.1 钢结构的材料
• 当温度从常温开始下降时，随着温度的降 低，钢材的屈服强度和抗拉强度略有提高， 但塑性、韧性下降，材料逐渐变脆。当温 度降至某一特定值（转变温度）时，材料 将会发生脆性断裂，称为低温冷脆现象。
20
9.1 钢结构的材料
• 9.1.1.3 钢材强度设计指标 • 钢材的强度设计值见表9.1。
23
9.1 钢结构的材料