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钢结构材料与结构构件

一、主钢材的品种和牌号

钢材的品种繁多,性能各异,在钢结构中采用的钢材主要有二个种类,一是碳素结构钢(或称普通碳素钢),二是低合金结构钢。低合金钢因含有锰、钒等合金元素而具有较高的强度。

二、连接材料

钢结构的连接是通过一定的方式将各个杆件连成整体。杆件间要保证正确的相互位置,以保证传力和使用要求,连接部位应有足够的静力强度和疲劳强度。因此,连接是钢结构设计和施工中重要的环节,钢结构的连接应符合安全可靠、节省钢材、构造简单和施工方便的原则。
钢结构的连接方法分为铆接、焊接、普通螺栓和高强度螺栓连接,依据连接方法的不同,连接材料分为以下几种。
1、铆钉
2、普通螺栓
3、高强度螺栓
4、焊接材料: 焊接材料主要有电焊条、焊丝及焊剂。

三、高层钢结构材料选用的基本要求

(一)钢材选用的原则
钢材选用的原则是:既能使结构安全可靠和满足使用要求,又要最大可能节约钢材和降低造价。不同使用条件,应当有不同的质量要求。在一般结构中当然不宜轻易地选用优质钢材,而在主要的结构中更不能盲目地选用质量很差的钢材。就钢材的力学性能来说,屈服点、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性等各项指标,是从各个不同的方面来衡量钢材质量的指标,在设计钢结构时,应该根据结构的特点,选用适宜的钢材。钢材选择是否合适,不仅是一个经济问题,而且关系到结构的安全和使用寿命。
选定钢材时应考虑下列结构特点:
1、结构的类型及重要性
由于使用条件、结构所处部位等方面的不同,结构可以分为重要、一般和次要三类。例如民用大跨度屋架、重级工作制吊车梁等就是重要的;普通厂房的屋架和柱等属于一般的;梯子、栏杆、平台等则是次要的,应根据不同情况,有区别地选用钢材的牌号。

2、荷载的性质
按所承受荷载的性质,结构可分为承受静力荷载和承受动力荷载两种。在承受动力荷载的结构或构件中,又有经常满载和不经常满载的区别。因此,荷载性质不同,就应选用不同的牌号。例如对重级工作制吊车梁,就要选用冲击韧性和疲劳性能好的钢材,如Q345C或Q235C。而对于一般承受静力荷载的结构或构件,如普通焊接屋架及柱等(在常温条件下),可选用Q235BF。

3、连接方法
连接方法不同,对钢材质量要求也不同。例如焊接的钢材,由于在焊接过程中不可避免地会产生焊接应力、焊接变形和焊接缺陷,在受力性质改变和温度变化的情况下,容易引起缺口敏感,导致构件产生裂纹,甚至发生脆性断裂,所以焊接钢结构对钢材的化学成分、力学性能和可焊性都有较高的要求。如钢材中的碳、硫、磷的含量要低,塑性和韧性指标要高,可焊性要好等。但对非焊接结构(如用高强度螺栓连接的结构),这些要求就可放宽。

(二)高层钢结构材料选用的基本要求
1、高层钢结构所用钢材的钢种、钢号、强度设计值、选用原则及所要求保证的机械性能、化学成分限值等以及连接所用的焊接材料、螺栓紧固件等材料的要求,除将钢材的冷弯性能作为基本保证条件外,其它基本上与一般钢结构相同,对厚板钢材的强度设计值应按《高层建筑钢结构设计与施工规程》的规定执行。此外,Q235A级普通碳素结构钢只宜作次要的非焊接构件。
2、抗震高层建筑钢结构的钢材性能,还应满足下述要求:
(1)钢材屈强比不低于1.2,按8度和8度以上抗震设防的结构不低于1.5;
(2)有明显的屈服台阶,伸长率大于20%,且有保持延性的良好可焊性;
(3)甲、乙类高层建筑钢结构的钢材屈服点不宜超过其标准值的10%。

3、承重结构处于外露和低温环境时,其钢材还应考虑耐大气腐蚀和避免低温冷脆的要求。

4、采用焊接连接的梁-柱节点范围内,当节点约束较强,板厚大于50mm,并承受沿板厚方向的拉力作用时,应附加要求板厚方向的伸长率保证(大于20%~25%),以防止层状撕裂。

5、同一高层结构中,根据构件所处的部位,受力情况的不同可分别选用不同的钢号及强度级别的钢材。

6、围护结构及组合板所用的压型钢板,宜采用Q235钢。

7、高层钢结构中所采用的抗剪栓焊钉,其钉杆磁环等材料应符合有关标准规定的要求,其施焊应采用专用焊机焊具,以保证其抗剪承载力。

8、高层建筑钢结构的组合楼板及组合构件所用的混凝土标号、钢筋及其设计强度,以及轻骨料混凝土材料等,应符合国家现行规范的要求。

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