建設(shè)工程管理專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)《建筑材料》六建筑鋼材1.1鋼材的基本知識(shí)PART

0101概述

建筑鋼材——用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋、鋼絲、鋼絞線等和用于鋼結(jié)構(gòu)中的各種型鋼、鋼管和鋼板等。

鋼絲

鋼筋

鋼絞線

鋼板C型鋼H型鋼

鋼管L型鋼建筑鋼材的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度高、塑性和韌性好能承受沖擊和振動(dòng)荷載易于加工成板材、型材和線材良好的焊接和鉚接性能缺點(diǎn)：易銹蝕、維護(hù)費(fèi)用高耐火性差生產(chǎn)能耗大建筑鋼材的應(yīng)用建筑工程、橋梁、鐵路等各種結(jié)構(gòu)工程中。大跨度結(jié)構(gòu)多層及高層結(jié)構(gòu)受動(dòng)荷載作用的工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)廠房1.按化學(xué)成分分類

（１）碳素鋼。碳素鋼的化學(xué)成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵一碳合金。其含碳量為0.02％～2.06％。此外尚含有極少量的硅、錳和微量的硫、磷等元素。碳素鋼按含碳量又可分為：低碳鋼（含碳量小于0.25％）、中碳鋼（含碳量為0.25％～0.60％）高碳鋼（含碳量大于0.60％）

（２）合金鋼。是指在煉鋼過程中，有意識(shí)地加入一種或多種能改善鋼材性能的合金元素而制得的鋼種。常用合金元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻等。按合金元素總含量的不同，合金鋼可分為：低合金鋼（合金元素總含量小于５％）中合金鋼（合金元素總含量為５％～10％）高合金鋼（合金元素總含量大于10％）2.按有害雜質(zhì)含量分類按鋼中有害雜質(zhì)磷（P）和硫（S）含量的多少，鋼材可分為以下四類：(1)普通鋼。磷含量不大于0.045%；硫含量不大于0.050%。(2)優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。(3)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.030%；硫含量不大于0.030%。3.按用途分類

(1)結(jié)構(gòu)鋼。主要用作工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機(jī)械零件的鋼。(2)工具鋼。主要用于各種刀具、量具及模具的鋼。(3)特殊鋼。具有特殊物理、化學(xué)或機(jī)械性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、磁性鋼等。

沸騰鋼F

鎮(zhèn)靜鋼Z特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ按脫氧程度分4.按脫氧的方式1.2鋼材的基本知識(shí)PART0102建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能鋼材的技術(shù)性能包括力學(xué)性能和工藝性能兩個(gè)方面。力學(xué)性能主要包括拉伸性能、沖擊韌性、疲勞性能等；工藝性能是鋼材在加工制造過程中所表現(xiàn)的特性，包括冷彎性能、焊接性能、熱處理性能等一、力學(xué)性能

（一）拉伸性能以HRB400鋼筋拉伸試驗(yàn)為例有明顯的屈服現(xiàn)象鋼的受拉過程分為四個(gè)階段O彈性階段OA屈服階段AB強(qiáng)化階段BC頸縮階段CDABCD低碳鋼受拉的應(yīng)力－伸長(zhǎng)率圖屈服階段AB

αOA低碳鋼受拉的應(yīng)力－應(yīng)變圖ABCD

αOA低碳鋼受拉的應(yīng)力－伸長(zhǎng)率圖ACDBB上B下

αOA低碳鋼受拉的應(yīng)力－伸長(zhǎng)率圖ACDBB上B下

4、頸縮階段CD圖形的特點(diǎn)：

一段下降的曲線。試件的特點(diǎn)：變形迅速發(fā)展，在有雜質(zhì)或缺陷處，斷面急劇縮小—頸縮，直到斷裂。αOA低碳鋼受拉的應(yīng)力－伸長(zhǎng)率圖ACDBB上B下

塑性表示鋼材在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。它是鋼材的一個(gè)重要指標(biāo)。鋼材的塑性通常用拉伸試驗(yàn)時(shí)的伸長(zhǎng)率A、最大力總伸長(zhǎng)率Agt、斷面縮減率Z來表示。αOAACDBB上B下

LuL0

LuL0

伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。伸長(zhǎng)率越大或斷面縮減率越高，說明鋼材塑性越大。鋼材塑性大，不僅便于進(jìn)行各種加工，而且能保證鋼材在建筑上的安全使用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，以鋼材的屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)應(yīng)力的依據(jù)，抗拉強(qiáng)度在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不能完全利用。屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比，稱為屈強(qiáng)比。它反映鋼材可靠性和利用率。屈強(qiáng)比小時(shí)，鋼材的可靠性大，結(jié)構(gòu)安全。但屈強(qiáng)比過小，鋼材有效利用率太低，則可能造成浪費(fèi)。因此，在保證安全可靠的前提下，應(yīng)合理選用屈強(qiáng)比，以盡量提高鋼材的利用率。Re0A0.2%ab

對(duì)沒有明顯屈服現(xiàn)象的鋼材標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，應(yīng)力—伸長(zhǎng)率曲線沒有明顯的屈服現(xiàn)象，通常取塑性延伸率為0.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度

沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。它是用試驗(yàn)機(jī)擺錘沖擊帶有V形缺口的標(biāo)準(zhǔn)試件的背面，將其折斷后試件單位截面積上所消耗的功，作為鋼材的沖擊韌性指標(biāo)，以αk表示(J/cm2)。αk值越大，表明鋼材的沖擊韌性愈好。

（二）沖擊韌性沖擊韌性試驗(yàn)圖(a)試件尺寸；(b)試驗(yàn)裝置；(c)試驗(yàn)機(jī)鋼材在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于其抗拉強(qiáng)度時(shí)就發(fā)生破壞，這種現(xiàn)象稱為疲勞破壞。疲勞破壞的危險(xiǎn)應(yīng)力用疲勞極限來表示，它是指疲勞試驗(yàn)時(shí)試件在交變應(yīng)力作用下，于規(guī)定周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。一般認(rèn)為，鋼材的疲勞破壞是由拉應(yīng)力引起的，抗拉強(qiáng)度高，其疲勞極限也較高。鋼材的疲勞極限與其內(nèi)部組織和表面質(zhì)量有關(guān)。（三）疲勞性能二、工藝性能

（一）冷彎性能

冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是建筑鋼材的重要工藝性能。鋼材的冷彎性能指標(biāo)是用彎曲角度和彎心直徑對(duì)試件厚度(直徑)的比值來衡量的。試驗(yàn)時(shí)采用的彎曲角度愈大，彎心直徑對(duì)試件厚度(直徑)的比值愈小，表示對(duì)冷彎性能的要求愈高。鋼材的冷彎性能和伸長(zhǎng)率都是塑性變形能力的反映(a)試樣安裝；(b)彎曲90°；(c)彎曲180°；(d)彎曲至兩面重合；(e)規(guī)定彎心（二）焊接性能

可焊性是指在一定焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)是否產(chǎn)生裂縫及脆硬影響，焊接后接頭強(qiáng)度是否與母體相近的性能。

可焊性受化學(xué)成分及含量的影響。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均會(huì)降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金鋼具有良好的可焊性。2.1工程中常用鋼種PART02在建筑工程中常用鋼種是：

碳素結(jié)構(gòu)鋼、

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、

橋梁用結(jié)構(gòu)鋼等。一、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼簡(jiǎn)稱碳素結(jié)構(gòu)鋼，化學(xué)成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵-碳合金。其含碳量為0.02%~2.06%，此外尚含有少量的硅、錳和微量的硫、磷等元素?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T700—2006)具體規(guī)定了它的牌號(hào)表示方法、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法50脫氧程度代號(hào)，F(xiàn)代表沸騰鋼；Z代表鎮(zhèn)靜鋼；TZ代表特殊鎮(zhèn)靜鋼，（Z、TZ符號(hào)可予以省略)。鋼材屈服點(diǎn)數(shù)值質(zhì)量等級(jí)代號(hào)分A、B、C、D四級(jí)鋼材屈服點(diǎn)代號(hào)，以“屈”字漢語拼音首位字母“Q”表示Q235－A·F表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。

例如碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能

碳素結(jié)構(gòu)鋼隨牌號(hào)的增大，含碳量增加，其強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。

Q195、Q215號(hào)鋼強(qiáng)度低，塑性和韌性較好，易于冷加工，常用于軋制薄板和盤條，制造鋼釘、鉚釘、螺栓及鐵絲等。

Q215號(hào)鋼經(jīng)冷加工后可代替Q235號(hào)鋼使用。二、碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用Q235號(hào)鋼是建筑工程中應(yīng)用最廣泛的鋼，屬低碳鋼，具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性及可焊性，綜合性能好，能滿足一般鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土用鋼要求，且成本較低，大量被用作軋制各種型鋼、鋼板及鋼筋。Q275號(hào)鋼強(qiáng)度較高，但塑性、韌性較差，可焊性也差，不易焊接和冷彎加工，可用于軋制鋼筋、作螺栓配件等，但更多用于機(jī)械零件和工具等。三、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

一般是在普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，添加少量的一種或幾種合金元素而成。常用的合金元素有硅、錳、釩、鈦、鈮、鉻、鎳及稀土元素。其目的是為了提高鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性及耐低溫性能等。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼綜合性能較為理想，尤其在大跨度、承受動(dòng)荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)中更適用，而且與使用碳素鋼相比，可節(jié)約鋼材20%~30%，但成本并不很高。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法交貨狀態(tài)代號(hào)，交貨狀態(tài)為熱軋時(shí),交貨狀態(tài)代號(hào)AR或WAR可省略;交貨狀態(tài)為正火或正火軋制狀態(tài)時(shí),交貨狀態(tài)代號(hào)均用N表示;交貨狀態(tài)為熱機(jī)械軋制鋼用M規(guī)定的最小上屈服強(qiáng)度數(shù)值鋼的屈服強(qiáng)度的“屈”字漢語拼音的首字母質(zhì)量等級(jí)符號(hào)(B、C、D、E、F)

鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度“屈”字的漢語拼音首字母Q、規(guī)定的最小上屈服強(qiáng)度數(shù)值、交貨狀態(tài)代號(hào)、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)(B、C、D、E、F)四個(gè)部分組成。

注1:交貨狀態(tài)為熱軋時(shí),交貨狀態(tài)代號(hào)AR或WAR可省略;

交貨狀態(tài)為正火或正火軋制狀態(tài)時(shí),交貨狀態(tài)代號(hào)均用N表示。交貨狀態(tài)為熱機(jī)械軋制鋼時(shí)，代號(hào)用M表示

注2:

Q+規(guī)定的最小上屈服強(qiáng)度數(shù)值十交貨狀態(tài)代號(hào),簡(jiǎn)稱為“鋼級(jí)”。示例:Q355ND.其中:Q———鋼的屈服強(qiáng)度的“屈”字漢語拼音的首字母;355——規(guī)定的最小上屈服強(qiáng)度數(shù)值，單位為兆帕(MPa);N———交貨狀態(tài)為正火或正火軋制:D———質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)。當(dāng)需方要求鋼板具有厚度方向性能時(shí),則在上述規(guī)定的牌號(hào)后加上代表厚度方向(Z向)性能級(jí)別的符號(hào),如:Q355NDZ25。熱軋鋼材的拉伸性能熱機(jī)械軋制鋼材的拉伸性能

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T714-2015）的規(guī)定，橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的字母Q、規(guī)定最小屈服強(qiáng)度數(shù)值、橋字的漢語拼音字母、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)等幾個(gè)部分組成。三、橋梁用結(jié)構(gòu)鋼示例：Q420qD。其中：Q—橋梁用鋼屈服強(qiáng)度的“屈”字漢語拼音的首位字母；420—規(guī)定最小屈服強(qiáng)度數(shù)值,單位MPa；q—橋梁用鋼的“橋”字漢語拼音的首位字母；D—質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)。

常用的強(qiáng)度等級(jí)有：Q345q、Q370q、Q420q、Q460q、Q500q、Q550qQ620q、Q690q。2.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋PART0201熱軋帶肋鋼筋03冷軋帶肋鋼筋02熱軋光圓鋼筋

鋼絲

鋼筋

鋼絞線鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋分為熱軋鋼筋、冷軋鋼筋等。（一）熱軋鋼筋

按表面形狀分

熱軋光圓鋼筋

熱軋帶肋鋼筋

熱軋光圓鋼筋（GB/T1499.1-2024）經(jīng)熱軋成型，橫截面通常為圓形，表面光滑的成品鋼筋，稱為熱軋光圓鋼筋（HPB——HotrolledPlainBars）。

鋼筋按屈服強(qiáng)度特征值為300級(jí)。熱軋帶肋鋼筋（GB/T1499.2-2024）

橫截面為圓形的，且表面通常帶縱肋的混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材，稱為熱軋帶肋鋼筋。包括普通熱軋鋼筋和細(xì)晶粒熱軋鋼筋兩種。

熱軋帶肋鋼筋按屈服強(qiáng)度特征值分為400、500、600級(jí)。

HRB400E82（二）冷軋帶肋鋼筋

熱軋圓盤條經(jīng)冷軋后，在其表面帶有沿長(zhǎng)度方向均勻分布的橫肋的鋼筋。

牌號(hào)

鋼筋分為CRB550、CRB600H、CRB650、CRB800、CRB800H五個(gè)牌號(hào)。CRB550、CRB600H為普通鋼筋混凝土用鋼筋，CRB650、CRB800、CRB800H為預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼筋。C、R、B、H分別為冷軋（Coldrolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）、高延性（Highelongation）四個(gè)詞的英文首位字母；數(shù)字代表抗拉強(qiáng)度特征值。2.3預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲PART02

光圓鋼絲

螺旋肋鋼絲刻痕鋼絲2.4預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線PART02

鋼絞線鋼結(jié)構(gòu)用鋼P(yáng)ART03（一）熱軋型鋼（二）冷彎薄壁型鋼（三）鋼管、板材

（一）熱軋型鋼（2）熱軋