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«钢结构»读书笔记第一章 概述一、钢结构的类型及组成：1、单层房屋钢结构—其结构体系可分为平面结构体系和空间结构体系2、多层房屋钢结构---其组成体系主要有：1）框架体系（由梁和柱组成）2）带 支撑的框架体系（即在两列柱之间设置斜撑）3）筒式结构体系二、钢结构的应用范围：九类 重型厂房钢结构、大跨度结构、多层和高层建筑结构、高耸结构、挡水结构、储罐、容器及大直径管道、轻型钢结构、 桥梁钢结构、可以拆卸和搬运的结构、钢-混凝土组合结构三、钢结构的设计方法：必须满足的设计准则—使所建造的结构在规定的设计使用年限内能充分满 足各种预定的要求，并在此基础上做到技术先进、经济合理、安全适用和确保 质量建筑结构的功能要求和可靠度：功能要求：1）安全性2）适用性 3）耐久性 结构的可靠性和可靠度：安全性、适用性和耐久性之和称为结构的可靠性 统一标准规定：临时结构5 年、易于替换的结构构件25年、普通 房屋和构筑物 50 年、纪念性建筑和特别重要的建筑 100 年 可靠度即可靠性的指标钢结构的极限状态 ：指结构或构件能满足设计规定的某一功能的临界状态 其分以下两类：（1） 承载能力极限状态：它是对应于结构或结构件达到最大承载能力或不 适于继续承载的变形。

当出现下列状态之一时，即认为达到了承载能 力极限状态：1、整个结构或结构的一部分作为刚性失去平衡，如倾覆等；2、结构构件或连接因应力超过材料强度的限值而破坏，包括疲劳破坏，或 因过度的塑性变形而不适于继续承载；3、结构转变为机动体系；4、结构或结构构件丧失稳定，如屈曲等 当整个结构或部分结构构件达到承载能力极限时，结构即将破坏2） 正常使用极限状态：指达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的 极限状态当达到此值时，虽然结构或构件仍具备继续承载的能力， 但在正常荷载下产生的变形已使结构或构件不适于继续使用；故正常 使用极限状态也称为变形极限状态当出现下列状态之一时，即认为 达到了正常使用极限状态：1、影响正常使用和外观的变形；2、影响正常使用或耐久性的局部损坏，包括裂缝等；3、影响正常使用的振动；4、影响正常使用的其他特定状态当达到正常使用极限状态时，结构或构件便会不适于正常使用，但不一 定马上产生破坏钢结构还有一种特殊情况：在特定条件下出现低应力状态的脆性断裂材质低劣、构造不合理和低温等因素都会促成这种断裂承载能力极限状态绝大多数是不可逆的，一旦发生就导致结构失效， 因而必须慎重对待正常使用极限状态中的变形和振动限制，通常都在弹 性范围内，并且是可逆的。

对于可逆的极限，可靠度方面的要求可以放宽 些设计方法：分两类---传统的容许应力设计法（不一定做到经济合理）、概率极限 状态设计法（在结构的可靠与经济之间选择的一种合理的平衡的设计方 法）四、钢结构的发展 国家的政策：加大推广应用钢结构的力度规定了 7 点内容） 高强度钢材的研制开发：普遍用的---Q235 （普碳结构钢）、Q345、Q390、Q420 （低合金高强度结构钢）其中，Q420为新增钢种 采用高强度钢材可用较少的材料做成高效的结构连接材料（焊条）：与高强度钢材相适应，焊条为一E43、E50、E55 高强度螺栓： 35 号、 45 号经热处理后成为 8.8 级螺栓20MnTiB钢制成10.9级螺栓新品种型钢： H 型钢、 T 型钢、压型钢板（彩色涂层压型钢板和镀锌压 型钢板） 保温材料（聚氨酯塑料）与压型板组成合成板作为外墙板、 屋面板在轻型厂房中使用广泛，其自重仅 10kg/m2 彩色涂层板可直接做屋面板和墙板 镀锌板可用于高层建筑的组合楼盖，即在其上浇灌混凝土， 可代替模板又可起抗拉钢筋作用承受拉力拱型波纹钢板（即热镀锌钢板， U 形或梯形波纹直槽板）， 是我国目前发展比较快的一种物盖结构。

采用新型结构：薄壁型钢结构、悬索结构、悬挂结构、网架结构、预应力钢 结构和钢-混凝土组合结构这些结构适用于轻型、大跨度建 筑、高层建筑，对减少用钢量有重要意义发展钢结构施工工艺：计算机放样、自动切割、计算机打（钻）孔技术；药 芯焊丝自保护焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、多头焊床；自动 或半自动焊接设备，提高厚板和薄板的焊接技术应用优化设计原理 构件的定型化、系列化、产品化第二章 钢结构材料及其性能一、 钢结构对所用材料的要求： 较高的强度、足够的变形能力、良好的加工性能二、 建筑钢材的两种破坏形式：塑性破坏、脆性破坏；钢结构不能用脆性材 料如铸铁来制造，因为没有明显变形的突然断裂会造成恶性后果三、 建筑钢材的主要性能及其质量控制钢材的主要性能：力学性能 强度（屈服点和抗拉强度两项重要指标、）塑性和韧性等；工艺性能---冷弯性能和可焊性，均需由试验测定可焊性： 碳含量在 0.12—0.20%内的碳钢可焊性较好；当碳含量大于0.38%小于 0.45%时，需要采取预热措施并注意控制施焊工艺钢材的可焊性的优劣实际是指钢材在采用一定的焊接方 法、焊接材料、焊接工艺参数及一定的结构形式等条件下，获 得合格焊缝的难易程度。

可焊性较差的钢材，则要更为严格的 工艺措施建筑钢材的质量控制：根据«钢结构工程施工质量验收规范»，对进入现 场的主要材料、零（部）件、成品件、标准件等产品，包括焊 接材料需要进场验收，即检查钢材的质量合格证明文件、中文 标志及检验报告，确认钢材包括焊接材料的品种、规格、性能 是否符合相关标准要求等对属于下列情况之一的钢材，应进行抽样复检：（1）国外进口钢材； （2）钢材混批；（3）板厚等于或大于40mm,且设计有Z向性能要求的厚板；（ 4）建筑结构安全等级为一级，大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材 （5）设计有复验要求的钢材； （6）对质量有异议的钢材钢材质量的抽样检验应由具有相应资质的质检单位进行 四、影响钢材性能的主要因素1、 化学成分的影响：C、Mn、Si、V、Nb、Ti、Al、Cr、Ni、S、P、O、N,其中S、P、0、N为有害元素沸腾钢：是以脱氧能力较弱的 Mn 为脱氧剂,因脱氧不够充分,钢水中氧化铁和碳反应形成CO和0、N等气体从钢中逸出，钢水剧 烈沸腾故称沸腾钢沸腾钢塑性、韧性及可焊性较差镇静钢：是以脱氧能力较强的Si为脱氧剂，钢种有害气体容易逸出，浇铸时钢水表面平静，故称镇静钢。

镇静钢塑性、韧性及可焊性比 沸腾钢好半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间但影响其材质的因素比 较复杂，需要有相当成熟的操作经验特殊镇静钢：是在用Mn、Si脱氧之后，再加Al或Ti进行补充脱氧，因而其性能得到进一步的明显改善，尤其是可焊性显著提高2、 轧制的影响：3、 热处理：一般钢材以热轧状态交货，某些高强度钢材则在轧制后经过热处理才出厂 正火 淬火 回火对于高强度钢材，如Q420、Q460的C、D、E级钢，其交货状态中包括有淬火加回火的状态， Q460NH 也有淬火加回火的状态交 货其他强度级别一般只是热轧、控轧或正火状态交货4、 钢材硬化的影响：冷作硬化、时效硬化5、 温度的影响：当温度从常温升至200° C以内时，钢材的性能没有多大变化，超过 200°C，尤其是在430--540°C之间，钢材的屈服点、抗拉强度及弹性模 量均急剧下降，到 600°C 时，强度很低不能继续承载所以钢结构是一 种不耐火的结构，«规范»对于受高温作用的钢结构根据不同情况采取相 ■、亠f 、片应措施：1）当结构可能受到热熔化的金属的侵害时，应采取砖或耐热材料做成的 隔热层加以保护；2）当结构的表面长期受辐射热达150°C以上或在短时间内可能受到火 焰时，应采取有效的防护措施。

蓝脆现象：指温度在250°C左右的区间内，抗拉强度f有局部性提高， 屈服点 fy 也有回升现象，同时塑性有所降低，钢材性能转脆，且钢 材表面氧化膜为蓝色在蓝脆温度区加工钢材，可能引起裂纹，故应 避免在这个温度区进行热加工徐变现象：约260-320°C有此现象指在应力持续不变的情况下钢材以很 缓慢的速度继续变形的现象设计以规定 150°C 为宜，超过需加隔 热保护层目前国内外已开发出具有一定耐火性能的钢材如宝钢的耐火钢系列和耐候耐火系列产品，在 600°C 高温下屈服点下降幅度不大于其标准值的 1/3，可减少或省去外涂或外包防火材料低温：«规范»要求在低温工作的结构，尤其是焊接结构，应保证钢材在低 温下（如0°C、-20 °C）冲击韧性值合格6 应力集中的影响： 采取圆弧过渡或必要时的表面加工处理材料本身的 初应力或残余应力也是一种原因7、残余应力的影响：在热轧、气割、焊接的加热和冷却过程中产生，在先 冷部分常形成压应力，而后冷部分则形成拉应力五、 钢材在多轴应力作用下的工作性能六、 钢材的疲劳钢材发生疲劳破坏的先决条件是形成裂缝钢材疲劳破坏后的截面断口，一般具有光滑的和粗糙的两个区域，光滑 部分表现出裂缝扩张和闭合的过程，是由于裂缝逐渐发展引起的，说明疲劳 破坏经过一定的历程；粗糙部分表明钢材最终断裂一瞬间的脆性破坏性质。

七、 钢材的品种与选用1、 普通碳素结构钢：按屈服点可分为4种一Q195、Q215、Q235、Q275,其强度由低到高排列质量由低到高等级分为 ABCD 四级A、B级分沸腾钢、镇静钢，C级全为镇静钢， D 级全为特殊镇静钢碳素结构钢牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱 氧方法符号等四部分组成如Q235AF，含义为：Q-钢材屈服点；ABCD为质量等级；F为沸腾钢；Z镇 静钢；TZ特殊镇静钢其中Z和TZ可以省略2、 优质碳素结构钢：15号、 20号、 15Mn、 2015Mn3、 低合金高强度结构钢：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，质量等级也分为ABCDA五级其中A、B级为镇静钢，CDE为 特殊镇静钢其中Q295、Q345、Q420是规范中规定 的钢种4、 耐大气腐蚀用钢（耐候钢）：一般加入 Cu、 P、 Cr、 Ni 等，在金属表面形成一种致密的防腐薄膜焊接结构耐候钢共分Q235NH、 Q295NH、 Q355NH、 Q460NH 四种其厚 度可达100毫米5、桥梁用结构钢：Q345qC或Q345QD（原16Mnq）等，并增加了碳含量规 定和厚钢板的探伤规定。

另外，“高层建筑结构用钢板”中的 Q235GJ、Q345GJ 和 Q235GJZ、 Q345GJZ （Z表示Z向钢板）等，由于其机械性能优 于一般钢种，故也适用于钢结构八、钢材的选用1、 选用钢材应考虑的主要因素1） 结构的类型和重要程度：根据«建筑结构可靠度设计统一标准»，按其用途、部位和破坏后果的严重性，可分为重要的、一般 的和次要的三类，相应的安全等级为一、二、三级2） 荷载的性质：分承受静力荷载和承受动力荷载状态在承受动力荷载的结构中，又有经常满载和不经常满载的区别3） 连接方法：焊接和非焊接4）工作环境5）构件的受力性质：对拉应力比对压应力影响大对经常承受拉力的构件 应选择质量较好的钢材2、 钢材的具体选用规定：1） 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和 S、 P 含量的合 格保证，对焊接结构应具有碳含量的合格保证（合称三项保证）2） 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合 格保证（合称四项保证）3） 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证（合称五项保证）当结构工作温度等于或低于0° C但高于-20° C时,Q2。