4-5建筑结构材料

《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用1.钢筋的品种、规格、力学性能及强度设计指标；2.钢结构用钢材的品种、规格、力学性能及强度设计指标；3.混凝土的强度、变形指标；混凝土结构耐久性规定；4.砌体材料种类及强度等级；5.砌体的力学性能。本章主要内容《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用重点建筑钢材的力学性能。难点建筑钢材的力学性能。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用3.1.1建筑钢材的品种和规格1.混凝土结构对钢筋的要求①应具有较高的强度和良好的塑性；②便于加工和焊接；③并应与混凝土之间具有足够的粘接力。§3.1建筑钢材《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用热轧钢筋冷拉钢筋热处理钢筋冷轧钢筋（冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋）冷拔低碳消除应力钢丝钢绞线钢筋按加工方法不同分类（2）钢筋的种类《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用钢筋按在结构中是否施加预应力分类普通钢筋钢丝《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用钢筋按外形分类光面钢筋变形钢筋《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用1）普通钢筋普通钢筋指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。用于钢筋混凝土结构的热轧钢筋分为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400四个级别。《混凝土规范》规定，普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用HPB235级钢筋：光圆钢筋，公称直径范围为8～20mm，推荐直径为8、10、12、16、20mm。实际工程中只用作板、基础和荷载不大的梁、柱的受力主筋、箍筋以及其他构造钢筋。HRB335级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为6～50mm，推荐直径为6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm。是混凝土结构的辅助钢筋，实际工程中也主要用作结构构件中的受力主筋。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用HRB400级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围和推荐直径同HRB335钢筋。是混凝土结构的主导钢筋，实际工程中主要用作结构构件中的受力主筋。RRB400级钢筋：月牙纹钢筋，公称直径范围为8～40mm，推荐直径为8、10、12、16、20、25、32和40mm。强度虽高，但疲劳性能、冷弯性能以及可焊性均较差，其应用受到一定限制。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用2）预应力钢筋预应力钢筋应优先采用钢绞线和钢丝，也可采用热处理钢筋。钢绞线：由多根高强钢丝绞织在一起而形成的，有3股和7股两种，多用于后张法大型构件。预应力钢丝：主要是消除应力钢丝，其外形有光面、螺旋肋、三面刻痕三种。热处理钢筋：包括40Si2Mn、48Si2Mn及45Si2Cr几种牌号，它们都以盘条形式供应，无需焊接、冷拉，施工方便。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用2.钢结构用钢材（1）钢种和钢号建筑工程常用碳素结构钢和低合金高强度结构钢1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号：质量等级代号：A、B、C、D屈服点数值（N/mm2）：195、215、235、255、275钢材屈服点代号：Q脱氧程度代号：F、b、Z、TZ，其中Z、TZ可以省略碳素结构钢牌号举例：Q235A《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用2）低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号：质量等级代号：A、B、C、D、E屈服点数值（N/mm2）：295、345、390、420、460钢材屈服点代号：Q注：低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢，C、D、E级属于特殊镇静钢。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用3）钢材的选用《钢结构规范》规定，承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢。承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（2）品种及规格1）热轧钢板热轧钢板厚度为4.5～60mm，宽0.7~3m，长4~12m。广泛用来组成焊接构件和连接钢板。厚度为0.35～4mm，宽0.5~1.5m，长0.5~4m。薄钢板是冷弯薄壁型钢的原料厚度为4～60mm，宽度为30～200mm，长3~9m。钢板用符号“-”后加“厚×宽×长（单位为mm）”的方法表示，如-12×800×2100。薄板厚板扁钢《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用2）热轧型钢（图3.1.2）《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用①角钢有等边和不等边两种。等边角钢：“L”后加“边宽×厚度”（单位为mm），如L100×10。不等边角钢：“L”后加“长边宽×短边宽×厚度”，如L100×80×8。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用②槽钢热轧普通槽钢与热轧轻型槽钢。普通槽钢：“［”后加截面高度（单位为cm），并以a、b、c区分同一截面高度中的不同腹板厚度，［30a。轻型槽钢：“Q［”后加截面高度（单位为cm）《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用③工字钢分普通工字钢和轻型工字钢。普通工字钢：“I”后加截面高度（单位为cm。20号以上的工字钢，同一截面高度有3种腹板厚度，以a、b、c区分（其中a类腹板最薄），如I30b。轻型工字钢：“QI”后加截面高度（单位为cm），如QI25。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用④H型钢热轧H型钢分为宽翼缘H型钢、中翼缘H型钢和窄翼缘H型钢三类，此外还有H型钢柱，其代号分别为HW、HM、HN、HP。表示方法：代号后加“高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度”(单位为mm)，如HW340×250×9×14。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用⑤剖分T型钢代号与H型钢相对应，采用TW、TM、TN分别表示宽翼缘T型钢、中翼缘T型钢和窄翼缘T型钢，其表示方法亦与H型钢相同，如TN225×200×12。⑥钢管分为无缝钢管和焊接钢管。表示方法：“”后加“外径×厚度”（单位为mm）《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用3）冷弯薄壁型材（图3.1.3）《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用冷弯薄壁型钢：由2～6mm的薄钢板经冷弯或模压而成型的高效经济的截面；缺点是因为壁薄，对锈蚀影响较为敏感，故多于跨度小，荷载轻的轻型钢结构中。压型钢板：所用钢板厚度为0.4～2mm。其优缺点同冷弯薄壁型钢，主要用于围护结构、屋面、楼板等。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用3.1.2建筑钢材的力学性能1.影响钢材力学性能的主要因素影响钢材力学性能的因素有很多，本节主要讨论化学成分、冶金缺陷、钢材硬化、应力集中、残余应力、温度变化及疲劳对钢材性能的影响。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（1）化学成分碳：形成钢材强度的主要成分。碳含量提高，则钢材强度提高，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降，尤其是低温下的冲击韧性也会降低。锰和硅：钢中的有益元素，都是脱氧剂，可提高强度，又不会过多降低塑性和冲击韧性。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用钒、铌、钛：钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可保持良好的塑性、韧性。铝：强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，能进一步减少钢中的有害氧化物。铬和镍：提高钢材强度的合金元素。硫和磷：冶炼过程中留在钢中的杂质，有害元素。它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。硫能使钢材“热脆”，磷使钢材“冷脆”。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用“热脆”：硫能生成易于熔化的硫化铁，当热加工及焊接使温度达800～1000℃时，使钢材出现裂纹、变脆的现象。“冷脆”：在低温时，磷使钢材的冲击韧性大幅度下降的现象。氧和氮：钢中的有害杂质。氧能使钢热脆，氮能使钢冷脆。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（2）冶金缺陷的影响常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹、分层等，都会使钢材性能变差。（3）钢材硬化冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材产生很大塑性变形，从而提高了钢的屈服点，同时降低了钢的塑性和韧性，这种现象称为冷作硬化或应变硬化。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（4）温度影响钢材对温度相当敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。相比之下，钢材的低温性能更重要。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用在正温范围，总的趋势是随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。约在200℃以内钢材性能没有很大变化，430～540℃之间则强度（屈服强度和抗拉强度）急剧下降；到600℃时强度很低不能承担荷载。此外，250℃附近有蓝脆现象，约260～320℃时有徐变现象。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（5）应力集中（图3.1.4）应力集中系数愈大，变脆的倾向愈严重。在负温下或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（6）反复荷载作用钢材在反复荷载作用下，结构的抗力及性能都会发生重要变化，甚至发生疲劳破坏。2.钢材的力学性能建筑钢材的力学性能是衡量钢材质量的重要指标，它包括强度、塑性、冷弯性能、冲击韧性。（1）强度1）有明显屈服点的钢材《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用se有明显屈服点的钢筋a’abcdefua´为比例极限oa为弹性阶段de为强化阶段b为屈服上限c为屈服下限，即屈服强度fycd为屈服台阶e为极限抗拉强度fufyfef为颈缩阶段o低碳钢和低合金钢（含碳量和低碳钢相同）一次拉伸时的应力-应变曲线见图。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用把ƒy取为计算构件的强度标准，以ƒu作为材料的强度储备。2）无明显屈服点的钢材没有明显的屈服点和屈服台阶钢材的应力-应变曲线见图2.16。对于没有明显屈服点的钢材，以残余变形为0.2%时的应力作为名义屈服点，其值约等于极限强度85%。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用注意：钢材在一次压缩或剪切所表现出来的应力-应变变化规律基本上与一次拉伸试验时相似，压缩时的各强度指标也取用拉伸时的数据，只是剪切时的强度指标数值比拉伸时的小。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（2）塑性性能断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比称为伸长率，它是衡量钢材塑性的重要指标。屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三个重要力学性能指标。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（3）冷弯性能钢筋冷弯试验冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。冷弯试验不仅能直接检验钢材的弯曲变形能力或塑性性能，还能暴露钢材内部的冶金缺陷，如硫、磷偏析和硫化物与氧化物的掺杂情况，这些都将降低钢材的冷弯性能。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（4）冲击韧性韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。韧性是钢材强度和塑性的综合指标。冲击韧性随温度的降低而下降。其规律是开始下降缓慢，当达到临界温度时，突然呈脆性，这种性质称为钢材的冷脆性。钢材的脆性临界温度越低，低温冲击韧性越好。对于直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构，应有冲击韧性保证。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用3.建筑钢材的设计指标（1）钢筋的强度标准值和强度设计值材料强度标准值：正常情况下可能出现的最小材料强度值。材料强度设计值：强度标准值除以材料分项系数。钢筋的材料分项系数为:热轧钢筋1.10，预应力钢筋1.20。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用（2）钢筋的弹性模量（3）钢材的强度设计值钢材的强度设计值：钢材的屈服点除以钢材的抗力分项系数。钢材的抗力分项系数取为，Q235钢为1.087，Q345、Q390、Q420钢为1.111。钢材强度设计值根据钢材厚度或直径按规范采用。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用小结：1.建筑钢材的品种、规格及选用要求；2.建筑钢材的力学性能。《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用1.理解混凝土结构的耐久性规定；2.掌握混凝土的各项力学指标及变形性能。第二讲教学目标：《建筑结构》第三章结构材料的力学性能及选用3.2