高层建筑钢结构(讲稿)3.

高层建筑钢结构内容1、概述2、设计原则8、结构计算方法4、抗重力体系5、抗侧力体系6、楼板设计7、连接设计3、钢材及连接材料第三部分高层建筑钢结构钢材及连接材料两部分内容构件材料（钢材）连接材料构件材料（钢材）高层建筑钢结构对所使用材料的特殊要求结构具体采用何类钢材国外钢材的应用钢材的基本知识（复习）连接材料高层建筑钢结构对所使用连接材料的特殊要求基本知识（复习）焊接材料高强度螺栓每类连接材料主要介绍的内容一、构件材料（钢材）碳素钢合金钢分类碳素结构钢低合金结构钢应用于建筑钢结构化学成分碳素结构钢介绍四种分类方法韧性性能生产工艺（脱氧方法）铁和碳的合金，含碳量通常不超过1％，含锰量不超过1.65%，含铜量和硅量不超过0.6%。这类钢的焊接主要取决于含碳量，其它元素只起有限作用。含碳量1碳素结构钢分类和表示方法含碳量三类名称含碳量(%)典型硬度典型用途焊接性低碳钢?0.2560-90HRB特殊钢板和型钢、薄板好中碳钢0.25-0.6025HRC机械零件和工具中等（一般要求预热和后热，推荐低氢焊接工艺）高碳钢?0.60-1.0040HRC弹簧、磨具、铁轨差（要求低氢焊接工艺、预热和后热）脱氧方式三类镇静钢（Z）沸腾钢（F）半镇静钢（b)在钢液中用锰铁弱脱氧剂进行脱氧，钢液在铸锭时有很多氧化铁，它与碳等化合生成一氧化碳等气体，使钢液沸腾。特点：含氧量高，硫、磷杂质分布不均，质量不均，但价格较低。在钢液中添加适量的硅和锰强脱氧剂进行较彻底的脱氧而成。特点：不发生沸腾现象，浇注时钢液表面平静，冷却速度快，杂质少，质量均匀，韧性、塑性、可焊性好。介于沸腾钢与镇静钢之间A级B级C级D级韧性性能的好坏由差到好冲击功（一定的温度环境下）冲击试验韧性级别无冲击功要求20C0，冲击功=27J0C0，冲击功=27J-20C0，冲击功=27J碳素钢结构钢表示方法依据《碳素结构钢（GB700）》[Q][屈服点][—][韧性级别][•][脱氧方式]屈服点符号N/mm2A、B、C、D级沸腾钢（F）镇静钢半镇静钢（b)特种镇静钢例如Q235—A•F屈服点为235N/mm2，韧性级别为A，脱氧方式为沸腾钢《碳素结构钢（GB700）》碳素结构钢的五种牌号Q195，Q215，Q235，Q255，Q275低合金结构钢指在低碳钢中增加一些合金元素，其总量一般不超过5%的钢材2、低合金结构钢表示方法依据《低合金结构钢（GB1591-88）》[含碳量万分之几][主要合金元素]整数1、合金元素平均含量小于1.5%时，钢号只标明元素，不标明含量例如含碳量万分之15，主要合金元素Mn、V，平均含量小于1.5%[主要合金元素含量]2、合金元素平均含量为1.5%-2.5%时，元素符号下角标注2；平均含量2.5%-3.5%时，元素符号下角标注3；……15MnV常用的低合金结构钢（建筑中）16Mn，16Mnq，15MnV，15MnVq根据《低合金结构钢（GB1591-88）》，16Mn，15MnV化学成分应符合下表的规定根据《低合金结构钢（GB1591-88）》，16Mn，15MnV力学性能应符合下表的规定3、高层建筑钢结构对钢材性能的特殊要求普通建筑钢结构对钢材性能的要求较高的强度良好的变形能力良好的加工能力高层建筑钢结构对钢材性能的特殊要求延展包括抗震设计非抗震设计A、非抗震设计时1、满足结构使用要求结构重要性结构所处环境结构所受荷载特征结构连接方法2、保证机械性能符合设计要求强度fy,fu伸长率，冷弯试验冲击韧性3、承重构件外露或处于低温环境中时，钢材应具有耐大气腐蚀或低温冷脆性能4、当钢板厚度较厚（≥50mm），且沿厚度方向受拉时，应根据《厚度方向性能钢板》（GB5313—85）附加保证沿厚度方向的收缩率大于Z25级，防止层状撕裂收缩率（钢板厚度方向的断面）=原断面面积—试样断裂处面积原断面面积Z15、Z25、Z35ZYX如图，通过轧制而成的钢板，三个方向的机械性能均不相同，其中Z向（厚度方向）最差，特别是塑性和韧性钢板受撕裂情况B、抗震设计时1、满足非抗震设计的所有要求2、钢材的屈强比fu/fy≥1.2或≥1.5（8度或8度以上）3、钢材的拉伸图有明显的屈服平台6、对于乙类（重要性）高层建筑钢结构，材料fy不超过10%的标准值，以避免结构中预定构件塑性铰位置转移4、伸长率应≥20%，所以15MnV，15MnVq不能采用，因其伸长率应≤20%5、具有较好的可焊性能4、中国高层建筑钢结构使用钢材A、非抗震设计时1、Q235—B，C，D，质量满足《碳素结构钢（GB700）》注意：Q235—A无冲击功规定，且一般不进行冷弯试验，一般不用于高层建筑钢结构（用户要求除外）2、16Mn，质量满足《低合金结构钢（GB1591-88）》B、抗震设计时钢材的选用与非抗震时相同，但对材料除满足规范要求外，还应满足设计和使用要求5、国外高层建筑钢结构使用钢材二、焊接材料1、焊接方法电阻焊电弧焊气体保护焊电弧焊手工电弧焊自动埋弧焊半自动埋弧焊焊条焊丝、焊剂2、焊条低合金钢焊条碳钢焊条不锈钢焊条施焊的材料类型铝及铝合金焊条A、碳钢焊条的表示方法[E][XX][X][X]焊条符号焊缝金属的抗拉强度最小值，kgf/mm2焊条的焊接位置例如0、1：全位置焊接（平、立、仰、横）2：平焊和平角焊4：向下立焊电流种类和药皮类型B、低合金钢焊条的表示方法[EXXXXX][━][X]同碳钢焊条相同熔敷金属化学成分分类符号A1：碳钼钢焊条D3：锰钼钢焊条B1、B2：铬钼钢焊条C1、C2、C3：镍钢焊条[X][X][X][━]熔敷金属中的合金元素C、焊条型号的选择1、符合标准《碳钢焊条（GB5117-85）》、《低合金钢焊条（GB5118-85）》2、为充分利用材料，焊条的选择应与构件的材料强度相匹配5、焊条药皮的选择应同构件的重要性联系3、对Q235钢制作的重级工作制吊车梁或类似结构，宜采用E4315、E4316型焊条，对其它结构，则宜采用E4300—E4313型焊条对于重级工作制吊车的梁式桁架等需要考虑材料疲劳的结构，宜采用低氢型焊条，对一般结构，则宜采用非低氢型普通焊条4、对16Mn钢制作的重级工作制吊车梁、重要的下层柱、重要的主梁，宜采用E5015、E5016、E5018型焊条，对其它结构，则宜采用E5001—E5014型焊条3、焊丝自动、半自动埋弧焊的焊接材料分类建筑钢材常用焊丝的牌号及化学成分GB1300-77《焊接用焊丝》焊丝的表示方法低碳钢用焊丝多采用低碳焊丝H08、H08A、H08E、H08Mn、H08MnA低合金结构钢用焊丝H08A、H08E、H08Mn、H08MnA、H10MnA4、焊剂埋弧焊的焊接材料作用保护焊缝金属对焊缝金属冶金处理改善焊缝工艺性能焊剂分类熔炼焊剂制造方法非熔炼焊剂混合焊剂烧结焊剂粘结焊剂熔炼焊剂将各种矿物原料按一定比例混合加热到1300度使其熔化搅拌均匀出炉后在水中激冷而粒化烘干、粉碎、过筛使用在中国应用最为广泛熔炼焊剂表示方法[HJ][X][X][X]焊剂MnO的含量SiO2、CaF2的含量同一类型焊剂的不同牌号焊丝、焊剂的组合表示方法埋弧焊时，焊缝金属的力学性能主要取决于焊剂、焊丝及两者的匹配两者可以组合表示组合表示方法（GB5293-85）5、高层建筑钢结构焊丝、焊剂的选择选择要求选择的焊丝、焊剂应相互匹配选择的焊丝、焊剂应与主体金属强度相匹配选择的焊丝、焊剂应符合标准《焊接用钢丝（GB1300）》常用搭配焊丝：H08、H08A、H08E焊剂：中锰型或高锰型Q235方案一焊丝：H08Mn、H08MnA焊剂：无锰型或低锰型方案二焊丝：H08A、H08E焊剂：高锰型16Mn15MnV方案一焊丝：H08Mn、H08MnA焊剂：中锰型或高锰型方案二焊丝：H10Mn2焊剂：无锰型或低锰型方案三常用搭配三、高强度螺栓1、分类受剪时的承载力极限状态摩擦型：剪力超过摩擦力时，极限状态承压型：剪力超过摩擦力时，没有破坏极限状态同普通螺栓相同形状、材料、预拉力获得方式大六角头高强度螺栓扭剪型高强度螺栓大六角头高强度螺栓扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓施工前施工后施工中2、预拉力获得方法大六角头高强度螺栓扭剪型高强度螺栓扭矩法转角法直接拧断卡头予置式扭矩扳手指示表式扭矩扳手指示表式扭矩扳手予置式扭矩扳手3、高强度螺栓的性能等级、力学性能性能等级8.8级：用于大六角头高强度螺栓10.9级：用于扭剪型高强度螺栓45号钢、35号钢20MnTiB