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建筑鋼結構用鋼材的分類至今為止,我國建筑鋼結構采用的鋼材仍以碳素結構鋼和低合金結構鋼為主,尚未形成像橋梁結構鋼和鍋爐用鋼那樣的專業(yè)用鋼標準,這與建筑鋼結構的發(fā)展歷史和使用特點有關,在相當長一段時期內,建筑鋼結構對鋼材性能的特殊要求并不突出,鋼鐵產(chǎn)品的通用標準一般已能滿足要求。但隨著建設規(guī)模的發(fā)展和新型結構的出現(xiàn),這一情況將逐步有所改變,例如高層建筑鋼結構用鋼板就將頒發(fā)專用標準。 1、碳素結構鋼的分類和性質 碳素結構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。 建筑鋼結構主要使用低碳鋼 （1）普通碳素結構鋼 按現(xiàn)行國家標準《碳素結構鋼》(GB700-88)規(guī)定,碳素結構鋼分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。每個牌號內又有不同的質量等級(最多可達四種),表示為A、B、C、D。對鋼材脫氧方法也應在質量等級后表明。不同牌號、不同等級的鋼材對化學成分和力學性能指標要求不同。 建筑鋼結構中應用最多的碳素鋼是Q235(即以前標準中的3號鋼),也是現(xiàn)行標準中質量等級最齊全的,其質量等級C、D的,不論從其含碳量控制嚴格程度或對沖擊韌性的保證,都優(yōu)先為焊接結構所采納使用。 （2）優(yōu)質碳素結構鋼 優(yōu)質碳素結構鋼是以滿足不同的加工要求,而賦予相應性能的碳素鋼,所以價格高,一般不用于建筑鋼結構、特定條件下的少量應用常常發(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)架結構中在用20號鋼鋼管代替3號銅鋼管來解決供貨。 2、低合金高強度結構鋼的分類和性質 低合金高強度結構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度可明顯提高,使鋼結構構件的強度、剛度、穩(wěn)定三個主要控制指標都能有充分發(fā)揮,尤其在大跨度或重負載結構中優(yōu)點更為突出,一般可比碳素結構鋼節(jié)約20%左右的用鋼量。 按新版的國家標準《低合金高強度結構鋼》(GB/T1591-94取代GB1591-88)中規(guī)定,低合金高強度結構鋼的牌號表示方法已經(jīng)與碳素結構鋼一致,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,隨著質量等級的變動,其化學成分和力學性能也有變化。 現(xiàn)行《鋼結構工程施1及驗收規(guī)范》(GB50205-95)中規(guī)定的鋼材除碳素結構鋼q235之外,還有低合金結構鋼16Mn,15Mnv和橋梁用結構鋼16Mnq、15Mrvu1,這些鋼種都應按新的標準采用。
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構鋼和焊接結構用耐候鋼兩類 （1）高耐候結構鋼 按照即將實施的國家標準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構,產(chǎn)晶通常在交貨狀態(tài)下使用,但作為焊接結構用材時,板厚應不大于16mm。 這類鋼的耐候性能比焊接結構用耐候鋼好,故稱作高耐候性結構鋼。高耐候性結構鋼按化學成分分為: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）焊接結構用耐候鋼 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100mm.在新版國家標準《焊接結構用耐候鋼》(GBT4172)中與上述幾個標準一樣,對牌號的表示和各牌號鋼的化學成分和性能分別進行了改變和調整。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、橋梁用結構鋼 由于歷史原因,橋梁建筑用鋼一直有專用標準,其規(guī)定的內容和技術要求一般都嚴于建筑鋼結構,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用的國家標準有《橋梁建筑用熱軋?zhí)妓劁摷夹g條件》(GB714-65)《橋梁用碳素鋼及普通低合金鋼鋼板技術條件》(YB168-70)和《橋梁用結構鋼》(YB(T)10-81)�，F(xiàn)根據(jù)使用要求,有關部門正在制定新的《橋梁用結構鋼》國家標準,
5、其他建筑用材(銹鋼、高強鋼、不銹鋼等) 除上述鋼種外,建筑鋼結構中偶爾也會應用以下兒種鋼材 （1）鑄鋼件 建筑鋼結構、尤其在大跨度情況下,有時需用鑄鋼件的支座,按設計規(guī)范(GB50017)除上述剩種外,建筑鋼結構中偶爾也會應用以下兒種鋼材規(guī)定,鑄鋼材質應符合國家標準(一般工程用鑄造碳素鋼》(GB576-85)規(guī)定。 （2）高強度鋼 現(xiàn)行設計規(guī)范中建議使用的鋼材強度級別為0235、Q345、Q390和Q420,對于強度更高的鋼號如Q40或更高級別的鋼號在國內尚未提上日程。 高強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,例如目前國內應用很多的20mntib高強度螺栓用鋼就是一種調質合金鋼(淬火后再回火)。高強度鋼當用于大跨度、特重型結構中受強度控制的構件時,有明顯的節(jié)約鋼材效果,例如美國在超高層鋼結構建筑中,就有在底部幾層承重結構中應用熱處理高強度鋼A514的,這種鋼材的屈服強度即使板厚達60mm時,仍保持有600N/mm2,與20mmn厚的鋼板一樣。日本建筑結構用鋼中也包括屈服強度高達460N/mm2的SM570鋼種,但在建筑鋼結構中這一類高強 度鋼一般不會大量采用,因為除強度因素外,還需考慮鋼材的工藝性能、加工費用等等. 一般來說,鋼材的強度與其韌性和可焊性往往是逆向的關系,強度高則制性低、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)屈服強度高達500N/mm2、焊接性能良好的控軋H型鋼。可以預測,在不久的將來,加工性能良好的高強鋼也將在建筑鋼結構中占有一席之地。 |
