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建筑材料-鋼材
建筑鋼材可分為鋼結(jié)構(gòu)用鋼、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼和建筑裝飾用鋼材制品等。
―、建筑鋼材的主要鋼種
鋼材是以鐵為主要元素，含碳量為0.02%〜 2 . 0 6 % ,并含有其他元素的合金材料。鋼 材按化學(xué)成分，分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼根據(jù)含碳量，又可分為低碳鋼（含碳量小于 0.25%)、中碳鋼（含碳量 0.25%〜 0 . 6 % )和高碳鋼（含碳量大于0.6%)。合金鋼是在煉鋼過程中加人一種或多種合金元素，如 硅（S i)、錳（Mn)、鈦（Ti)、釩（V )等而得的鋼種。按合金元素的總含量合金鋼又可分為低合金鋼（總含量小于5 %)中合金鋼（總含量5 % 〜 1 0 % ) 和高合金鋼（總含量大于10% )。
根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)硫、磷的多少，工業(yè)用鋼可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、 優(yōu)質(zhì)鋼和特 級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。根據(jù)用途的不同，工業(yè)用鋼常分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。建筑鋼材的主要鋼種有碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。 標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T 700—2006規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的字母Q、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)四個(gè)部分按順序組成。
其中，質(zhì)量等級(jí)以磷、硫雜質(zhì)含量由多到少，分別用A、B、C、D 表示，D級(jí)鋼質(zhì)量 ，為優(yōu)質(zhì)鋼；脫氧方法符號(hào)的含義為：F—沸騰鋼，Z—鎮(zhèn)靜鋼，TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼，牌號(hào)中符號(hào)Z 和 TZ可以省略。例如，Q235-A F表示屈服強(qiáng)度為235MPa的A 級(jí)沸騰鋼。除常用的Q235外，碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)還有Q195、Q2 1 5和 Q275。碳素結(jié)構(gòu)鋼為一般結(jié)構(gòu)和工程用鋼，適于生產(chǎn)各種型鋼、鋼板、鋼筋、鋼絲等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼材按冶金質(zhì)量等級(jí)分為優(yōu)質(zhì)鋼、 優(yōu)質(zhì)鋼（牌號(hào)后加“A”）和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（牌號(hào)后加“E”）。
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼一般用于生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲、鋼絞線、錨具，以及高強(qiáng)度螺栓、重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件等。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)與碳素結(jié)構(gòu)鋼類似，不過其質(zhì)量等級(jí)分為B、C、D、E、 F 五級(jí)，牌號(hào)有Q355、Q390、Q420、Q460幾種。主要用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別適用于各種重型結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)及橋梁工程等。
二、常用的建筑鋼材
(一)鋼結(jié)構(gòu)用鋼
鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是熱軋成型的鋼板和型鋼等。薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)中主要采用薄壁型鋼、圓鋼和小角鋼。鋼材所用的母材主要是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。鋼結(jié)構(gòu)常用的熱軋型鋼有：工字鋼、H 型鋼、T 型鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼等。型鋼是鋼結(jié)構(gòu)中采用的主要鋼材。
鋼板材包括鋼板、花紋鋼板、建筑用壓型鋼板和彩色涂層鋼板等。鋼板規(guī)格表示方法為“寬 度 X 厚 度 X 長(zhǎng)度”（單位為mm)。鋼板分厚板（厚度大于4mm) 和薄板（厚度不大于4mm ) 兩 種 。厚板主要用于結(jié)構(gòu)，薄板主要用于屋面板、樓板和墻板等。在鋼結(jié)構(gòu)中，單塊鋼板一般較少使用，而是用幾塊板組合成工字形、箱形等結(jié)構(gòu)形式來承受荷載。
（二）鋼管混凝土結(jié)構(gòu)用鋼管
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)即在薄壁鋼管內(nèi)填充普通混凝土，將兩種不同性質(zhì)的材料組合而形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。近年來，隨著理論研究的深入和新施工工藝的產(chǎn)生，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用日益廣泛。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)按照截面形式的不同，可分為矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和多邊形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等，其中矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和圓鋼管混土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較廣。
從現(xiàn)已建成的眾多建筑來看，目前鋼管混凝土的使用范圍還主要限于柱、橋墩、拱架等。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)用鋼管可采用直縫焊接管、螺旋形縫焊接管和無縫鋼管。按設(shè)計(jì)施工圖要求由工廠提供的鋼管應(yīng)有出廠合格證。鋼管內(nèi)不得有油漬等污物，以應(yīng)保證鋼管內(nèi)壁與核心混凝土緊密粘結(jié)。鋼管焊接必須采用對(duì)接焊縫，并達(dá)到與母材等強(qiáng)的要求。焊縫質(zhì)量應(yīng)滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》 GB 50205—2020二級(jí)焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。由施工單位自行卷制的鋼管，其鋼板必須平直，不得使用表面銹蝕或受過沖擊的鋼板，并應(yīng)有出廠證明書或試驗(yàn)報(bào)告單。卷管方向應(yīng)與鋼板壓延方向一致。卷制鋼管前，應(yīng)根據(jù)要求將板端開好坡口。為適應(yīng)鋼管拼接的軸線要求，鋼管坡口端應(yīng)與管軸線嚴(yán)格垂直。卷板過程中，應(yīng)注意保證管端平面與管軸線垂直。根據(jù)不同的板厚，焊接坡口應(yīng)符合規(guī)范的有關(guān)要求。
(三）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼主要品種有熱軋鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線等。熱軋鋼筋是建筑工程中用量 的鋼材品種之一，主要用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的配筋。熱軋光圓鋼筋強(qiáng)度較低，與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度也較低，主要用作板的受力鋼筋、箍筋以及構(gòu)造鋼筋。熱軋帶肋鋼筋與混凝土之間的握裹力大，共同工作性能較好，其中的HRB400級(jí)鋼筋是鋼筋混凝土用的主要受力鋼筋，是目前工程中常用的鋼筋牌號(hào)。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有較高要求的抗震結(jié)構(gòu)適用的鋼筋牌號(hào)為：在 表 1A414012-1中已有帶肋鋼筋牌號(hào)后加E (例如：HRB400E、HRBF400E ) 的鋼筋。該類鋼筋除滿足表中的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值要求外，還應(yīng)滿足以下要求：
(1) 抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)小于1.25。
(2) 屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.30。
(3) 力總延伸率實(shí)測(cè)值不應(yīng)小于9 % 。
標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，熱軋帶肋鋼筋應(yīng)在其表面軋上牌號(hào)標(biāo)志、生產(chǎn)企業(yè)序號(hào)（許可證后3位數(shù)字）和公稱直徑毫米數(shù)字，還可軋上經(jīng)注冊(cè)的廠名（或商標(biāo)）。鋼筋牌號(hào)以阿拉伯?dāng)?shù)字或阿拉伯?dāng)?shù)字加英文字母表示，HRB400、HRB500分別以4、5 表示，HRBF400、 HRBF500 分別以 C4、C5 表示，HRB400E、HRB500E 分別以 4E、5E 表示，HRBF400E、HRBF500E 分別以C4E、C5E 表示。廠名以漢語(yǔ)拼音字頭表示。公稱直徑毫米數(shù)以阿拉伯?dāng)?shù)字表示
(四）建筑裝飾用鋼材制品
現(xiàn)代建筑裝飾工程中，鋼材制品得到廣泛應(yīng)用。常用的主要有不銹鋼鋼板和鋼管、彩色不鎊鋼板、彩色涂層鋼板和彩色涂層壓型鋼板，以及鍍鋅鋼卷簾門板及輕鋼龍骨等。
1、不銹鋼及其制品
不銹鋼是指含鉻量在1 2 % 以上的鐵基合金鋼。鉻的含量越高，鋼的抗腐蝕性越好。建筑裝飾工程中使用的是要求具有較好的耐大氣和水蒸氣侵蝕性的普通不銹鋼。用于建筑裝飾的不銹鋼材主要有薄板（厚度小于2mm) 和用薄板加工制成的管材、型材等。
2、輕鋼龍骨
輕鋼龍骨以鍍鋅鋼帶或薄鋼板為原料由特制軋機(jī)經(jīng)多道工藝軋制而成，斷面有U 形、C形、T 形和L 形。主要用于裝配各種類型的石膏板、鈣塑板、吸聲板等，用作室內(nèi)隔墻和吊頂?shù)凝埞侵Ъ堋Ｅc木龍骨相比，具有強(qiáng)度高、防火、耐潮、便于施工安裝等特點(diǎn)。
輕鋼龍骨主要分為吊頂龍骨（代號(hào)D ) 和墻體龍骨（代號(hào)Q ) 兩大類。吊頂龍骨又分為主龍骨（承載龍骨k 次龍骨（覆面龍骨)。墻體龍骨分為豎龍骨、橫龍骨和通貫龍骨等。
三、建筑鋼材的力學(xué)性能
鋼材的主要性能包括力學(xué)性能和工藝性能。其中，力學(xué)性能是鋼材最重要的使用性能，包括拉伸性能、沖擊性能、疲勞性能等。工藝性能表示鋼材在各種加工過程中的行為，包括彎曲性能和焊接性能等。
（一）拉伸性能
反映建筑鋼材拉伸性能的指標(biāo)包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。屈服強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼材強(qiáng)度的取值依據(jù)。抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之比（強(qiáng)屈比）是評(píng)價(jià)鋼材使用可靠性的一個(gè)參數(shù)。強(qiáng)屈比越大，鋼材受力超過屈服點(diǎn)工作時(shí)的可靠性越大，安全性越高；但強(qiáng)屈比太大，鋼材強(qiáng)度利用率偏低，浪費(fèi)材料。
鋼材在受力破壞前可以經(jīng)受 變形的性能，稱為塑性。在工程應(yīng)用中，鋼材塑性指標(biāo)通常用伸長(zhǎng)率表示。伸長(zhǎng)率是鋼材發(fā)生斷裂時(shí)所能承受 變形的能力。伸長(zhǎng)率越大，說明鋼材的塑性越大。試件拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度的增量與原標(biāo)距長(zhǎng)度之比的百分比即為斷后伸長(zhǎng)率。對(duì)常用的熱軋鋼筋而言，還有一個(gè) 力總伸長(zhǎng)率的指標(biāo)要求。預(yù)應(yīng)力混凝土用高強(qiáng)度鋼筋和鋼絲具有硬鋼的特點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度高，無明顯的屈服階段，伸長(zhǎng)率小。
（二）沖擊性能
沖擊性能是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。鋼的化學(xué)成分及冶煉、加工質(zhì)量都對(duì)沖擊性能有明顯的影響。除此以外，鋼的沖擊性能受溫度的影響較大，沖擊性能隨溫度的下降而減小；當(dāng)降到一定溫度范圍時(shí)，沖擊值急劇下降，從而可使鋼材出現(xiàn)脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼的冷脆性，這時(shí)的溫度稱為脆性臨界溫度。脆性臨界溫度的數(shù)值越低，鋼材的低溫沖擊性能越好。所以，在負(fù)溫下使用的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用脆性臨界溫度較使用溫度為低的鋼材。（三）疲勞性能
受交變荷載反復(fù)作用時(shí)，鋼材在應(yīng)力遠(yuǎn)低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象，稱為疲勞破壞。疲勞破壞是在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災(zāi)難性的事故。鋼材的疲勞極限與其抗拉強(qiáng)度有關(guān)，一般抗拉強(qiáng)度高，其疲勞極限也較高。
四、鋼材化學(xué)成分及其對(duì)鋼材性能的影響
鋼材中除主要化學(xué)成分鐵（F e) 以外，還含有少量的碳（C )、硅 （S i)、錳 （Mn)、磷（P )、硫（S )、氧（0 ) 、氮（N )、鈦（Ti)、釩（V )等元素，這些元素雖含量很少，但對(duì)鋼材性能的影響很大：
(1) 碳：碳是決定鋼材性能的最重要元素。建筑鋼材的含碳量不大于0.8%，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和靭性下降。含碳量超過0.3%時(shí)鋼材的可焊性顯著降低。碳還增加鋼材的冷脆性和時(shí)效敏感性，降低抗大氣銹蝕性。
(2) 硅：當(dāng)含量小于1 % 時(shí)，可提高鋼材強(qiáng)度，對(duì)塑性和韌性影響不明顯。硅是我國(guó) 鋼筋用鋼材中的主要添加元素。
(3) 錳：錳能消減硫和氧引起的熱脆性，使鋼材的熱加工性能改善，同時(shí)也可提高鋼材強(qiáng)度。
(4) 磷：磷是碳素鋼中很有害的元素之一。磷含量增加，鋼材的強(qiáng)度、5更度提高，塑性和韌性顯著下降。特別是溫度越低，對(duì)塑性和鈿性的影響越大，從而顯著加大鋼材的冷脆性，也使鋼材可焊性顯著降低。但憐可提高鋼材的耐磨性和耐蝕性，在低合金鋼中可配合其他元素作為合金元素使用。
(5) 硫：硫也是很有害的元素，呈非金屬硫化物夾雜物存在于鋼中，降低鋼材的各種機(jī)械性能。硫化物所造成的低熔點(diǎn)使鋼材在焊接時(shí)易產(chǎn)生熱裂紋，形成熱脆現(xiàn)象，稱為熱脆性。硫使鋼的可焊性、沖擊軔性、耐疲勞性和抗腐蝕性等均降低。
(6) 氧：氧是鋼中有害元素，會(huì)降低鋼材的機(jī)械性能，特別是韌性。氧有促進(jìn)時(shí)效傾向的作用。氧化物所造成的低熔點(diǎn)亦使鋼材的可焊性變差。
(7) 氮：氮對(duì)鋼材性質(zhì)的影響與碳、磷相似，會(huì)使鋼材強(qiáng)度提高，塑性特別是韌性顯著下降。
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