1、建筑鋼材有兩種可能的破壞形式

2、鋼材的σ－ε曲線在下列標準條件下獲得的：

Ⅰ）標準試件（無應力集中）；

Ⅱ）靜荷載一次拉伸到破壞；

Ⅲ）試驗溫度為20°C。

按建筑鋼材的σ－ε曲線其工作可分為彈性、彈塑性、塑性和強化四個階段，并將其簡化成理想彈塑性體。從拉伸試驗得到抗拉強度fu、屈服強度fy、伸長率δ5三個鋼材基本性能指標，fu、fy是靜力強度指標，δ5是鋼材在靜荷載作用下塑性性能指標。承重結構鋼材都應具有這三個指標合格的保證，對重要或需要冷加工的構件，其鋼材尚應具有冷彎試驗的合格保證。

3、沖擊韌性Cv

沖擊韌性Cv是表示鋼材在動力荷載作用下抵抗脆性斷裂能力指標，對直接承受較大動力荷載的結構應提出相應沖擊韌性要求。

4、應力

鋼材在靜荷載作用下，單向應力時，要求截面最大應力不超過屈服點；復雜應力狀態(tài)時，要求折算應力δeq不超過fy。

5、理解各種因素對鋼材性能的不利影響

對化學成分要分清有利元素和有害元素，應特別注意碳、硫、磷的影響。重視應力集中產生的影響，其后果是導致局部產生雙向或三向受拉的應力狀態(tài)，使鋼材變脆。應通過合理的構造措施（如平緩過度）盡量避免應力集中。

6、正確選擇鋼材和提出合理指標要求

規(guī)范推薦Q235、16Mn、16Mnq、15MnV、15MnVq鋼為承重結構鋼，理解它們牌號的表示方法，冶金工廠對材質應保證的項目和能附加保證的項目，掌握根據設計結構的具體條件正確選擇鋼材和提出合理指標要求的方法。

7、掌握鋼板和型鋼的表示方法

見附錄。

附：鋼結構牌號

鋼結構牌號

GB/T5613-1995標準中對鑄鋼規(guī)定了兩種牌號表示方法

1）以屈服強度和抗拉強度力學性能為主的牌號表示方法，如ZG200-400等。ZG是代表鑄鋼的符號，200和400分別是屈服強度和抗拉強度的最低值（ MPa）.

2)以化學成分為主的牌號表示方法，如ZG20Cr13等。Cr為鉻元素符號，20為平均碳含量（以萬分之幾計），13為鉻平均含量（質量分數）（％）。

另加一些字母和符號分別表示不同的含義，如ZD345―570為一般工程與結構用低合金鑄鋼；ZG200―400H為焊接結構有用碳素鑄鋼；ZGMn 13為鑄鋼。

拓展

鋼結構用鋼主要有兩種：低碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼。

低合金高強結構鋼的牌號最低由Q295開始，而碳素結構鋼最高的牌號是Q275截止，盡管對公稱屈服點的含義解釋相同，但數值并無重復且恰好銜接。

1、碳素結構鋼的牌號為：Q×××（A~D）+脫氧方式。其中Q×××表示屈服強度；A~D表示沖擊韌性質量等級由底到高；在灌注過程中，由脫氧程度不同分鎮(zhèn)靜鋼〖TZ、Z〗，半鎮(zhèn)靜鋼〖b〗，沸騰鋼〖F〗。對于Q235來說，A、B兩級可以是(Z、b、F)，C級只能是(Z)，D級只能是(TZ)。

2、低合金高強度結構鋼：在冶煉過程中添加少量幾種合金元素，使鋼的強度明顯提高，其中合金含量低于5%，故稱為低合金高強度結構鋼；牌號表示與碳素結構鋼相同，質量等級按沖擊韌性分為 A~E 5個等級。低合金高強度結構鋼的A、B級為鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級為特殊鎮(zhèn)靜鋼。

3、合金結構鋼：包括優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼和特級優(yōu)質鋼；合金結構鋼的牌號共77個，按主加合金元素劃分為24個鋼組。

牌號含義：合金結構鋼的牌號由數字和合金元素化學符號組成。數字表示此鋼平均含碳量是萬分之幾；繼后的化學符號代表所加的合金元素，并后綴此元素平均含量的代表數碼（對各合金元素平均含量代碼的規(guī)定：當小于1.5%時一般不寫，但當如此表示發(fā)生牌號雷同時須將合金元素含量高的后邊標1，以示區(qū)別；當含量為1.5%~2.49%、2.50%~3.49%、3.50%~4.49%時分別寫出2、3、4標示，含量再高時，以此類推）。

質量等級標記：在鋼的牌號末尾應將所屬冶金質量劃定的等級按規(guī)定加注標記，優(yōu)質鋼不加、高級優(yōu)質鋼加 A 、特級優(yōu)質鋼加 E。

Q

鋼材選擇時要做到結構安全可靠，同時用材經濟合理。影響鋼材選擇的因素：

A

1、結構或構件的重要性；

2、荷載性質（靜載or動載）；

3、連接方法（焊接、鉚接or螺栓連接）；

4、工作條件（溫度or腐蝕介質）

對于重要結構、直接承受動荷載、處于低溫條件下的結構及焊接結構，應選用質量較高的鋼材。

輕鋼與重鋼的區(qū)別？ 

首先，沒有輕鋼的叫法，輕鋼相對于普鋼。

輕型鋼結構是一個很模糊的概念，沒有嚴格的定義。　　

判定結構為普鋼與輕鋼結構確實沒有一個統(tǒng)一的標準，很多有經驗的設計師或項目經理也常常不能完全說明白，但我們可以以一些數據綜合考慮并加以判斷： 

1、廠房行車起吊重量：大于等于25噸，可以認為為普鋼結構了。 

2、每平米用鋼量：大于等于50KG/M2，可認為是普鋼結構。 

3、主要構件鋼板厚度：大于等于10MM，輕鋼結構用的較少。 

另外，還有一些參考值：如每平米造價，最大構件重量，最大跨度，結構形式，檐高等，以上這些在判斷廠房是否為普鋼或輕鋼時可以提供經驗數據，當然現在很多建筑都是輕、普鋼都有。

但有一些我們可以較肯定的說是普鋼，如：石化廠房設施、電廠廠房、大跨度的體育場館、展覽中心，高層或超高層鋼結構。 

普通鋼結構的范圍很廣，可以包含各種鋼結構，不管荷載大小，甚至包括輕型鋼結構的許多內容，輕型房屋鋼結構技術規(guī)程只是針對其“輕”的特點而規(guī)定了一些更具體的內容，而且范圍只局限在單層門式剛架。 

輕型鋼結構是一個很模糊的概念，沒有嚴格的定義�！　�

一般可以有兩種理解。一種是現行《鋼結構設計規(guī)范》中第十一章“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結構”，是指用圓鋼和小于L45×4和L56×36×4的角鋼制作的輕型鋼結構，主要在鋼材缺乏年代時用于不宜用鋼筋混凝土結構制造的小型結構，現已基本上不大采用，所以這次鋼結構設計規(guī)范修訂中已基本上傾向去掉。

另一種是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》所規(guī)定的具有輕型屋蓋和輕型外墻的單層實腹門式剛架結構，這里的輕型主要是指圍護是用輕質材料。

由此可見，輕鋼與普鋼之分不在結構本身的輕重，而在所承受的圍護材料的輕重，而在結構設計概念上還是一致的。

  H型鋼與工字鋼的區(qū)別

1、工字型鋼主要不論是普通型還是輕型的，由于截面尺寸均相對較高、較窄，故對截面兩個主袖的慣性矩相差較大*因此，一般僅能直接用于在其腹板平面內受彎的構件或將其組成格構式受力構件。對軸心受壓構件或在垂直于腹板平面還有彎曲的構件均不宜采用，這就使其在應用范圍上有著很大的局限

2、 H型鋼屬于高效經濟裁面型材(其它還有冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板等)，由于 截面形狀合理，它們能使鋼材更高地發(fā)揮效能，提高承裁能力。不同于普通工字型的是H型鋼的翼繡進行了加寬，且內、外表面通常是平行的，這樣可便于用高強度螺桂和其他構件連接。其尺寸構成合理系列，型號齊全，便于設計選用。H型鋼的軋制不同于普通工字鋼僅用一套水平軋輥，由于其翼絳較寬且無斜度(或斜度很小)，故須增設一組立式軋輥同時進行輥軋。因此，其軋制工藝和設備都比普通軋機復雜。 

總之H型鋼是工字鋼的換代產品，所以兩者在實際應用中選擇使用的標準是：盡量不用工字鋼。

熱軋和冷軋的區(qū)別

1、冷軋成型鋼允許截面出現局部屈曲，從而可以充分利用桿件屈曲后的承載力；而熱軋型鋼不允許截面發(fā)生局部屈曲。 

2、熱軋型鋼和冷軋型鋼殘余應力產生的原因不同，所以截面上的分布也有很大差異。冷彎薄壁型鋼截面上的殘余應力分布是彎曲型的，而熱扎型鋼或焊接型鋼截面上殘余應力分布是薄膜型 。

3、熱軋型鋼的自由扭轉剛度比冷軋型鋼高，所以熱軋型鋼的抗扭性能要優(yōu)于冷軋型鋼。

拓展

熱軋優(yōu)點

熱軋的優(yōu)點是可以破壞鋼錠的鑄造組織，細化鋼材的晶粒，并消除顯微組織的缺陷，從而使鋼材組織密實，力學性能得到改善。這種改善主要體現在沿軋制方向上，從而使鋼材在一定程度上不再是各向同性體；澆注時形成的氣泡、裂紋和疏松，也可在高溫和壓力作用下被焊合。 

熱軋缺點

一是經過熱軋之后，鋼材內部的非金屬夾雜物（主要是硫化物和氧化物，還有硅酸鹽）被壓成薄片，出現分層（夾層）現象。分層使鋼材沿厚度方向受拉的性能大大惡化，并且有可能在焊縫收縮時出現層間撕裂。焊縫收縮誘發(fā)的局部應變時常達到屈服點應變的數倍，比荷載引起的應變大得多。

二是不均勻冷卻造成的殘余應力。殘余應力是在沒有外力作用下內部自相平衡的應力，各種截面的熱軋型鋼都有這類殘余應力，一般型鋼截面尺寸越大，殘余應力也越大。殘余應力雖然是自相平衡的，但對鋼構件在外力作用下的性能還是有一定影響。如對變形、穩(wěn)定性、抗疲勞等方面都可能產生不利的作用。 

冷軋是指在常溫下，經過冷拉、冷彎、冷拔等冷加工把鋼板或鋼帶加工成各種型式的鋼材。

冷軋優(yōu)點

優(yōu)點是成型速度快、產量高，且不損傷涂層，可以做成多種多樣的截面形式，以適應使用條件的需要；冷軋可以使鋼材產生很大的塑性變形，從而提高了鋼材的屈服點。 

冷軋缺點

缺點一是雖然成型過程中沒有經過熱態(tài)塑性壓縮，但截面內仍然存在殘余應力，對鋼材整體和局部屈曲的特性必然產生影響。 

二是冷軋型鋼樣式一般為開口截面，使得截面的自由扭轉剛度較低。在受彎時容易出現扭轉，受壓時容易出現彎扭屈曲，抗扭性能較差。

三是冷軋成型鋼壁厚較小，在板件銜接的轉角處又沒有加厚，承受局部性的集中荷載的能力弱。

1、焊接是鋼結構最主要的連接方式，有對接焊縫和角焊縫兩種基本形式。

常用的焊接方法有手工焊、自動（或半自動）埋弧焊。手工焊焊條型號應與主體金屬強度相適應。施焊過程中可能產生裂紋、氣孔、燒穿、弧坑等缺陷。為保證焊縫質量，應根據焊縫等級按各自不同的檢驗標準進行質量檢查。

2、焊縫

為保證焊縫質量和便于施焊，對接焊縫要求按焊件厚度采用不同形式的坡口，坡口形式有I形、單邊V形、V形、U形、K形、X形等。對于沒有采用引弧板的焊縫，計算時焊縫長度要考慮起落弧的影響。對接焊縫截面上的應力分布與母材相同，強度計算公式也相同，軸力作用下一般采用直縫，強度不足時可采用斜焊縫，當傾斜角度θ≤56°時，可不進行焊縫強度計算，在彎矩、剪力共同作用下的計算公式也可采用材料力學公式。

3、角焊縫受力復雜，按受力不同分為側焊縫和端焊縫

為保證焊接質量，規(guī)范對焊腳尺寸hf及焊縫計算長度lw等都作了構造規(guī)定。角焊縫計算以最小焊縫截面為計算截面，且不論抗拉、抗壓及抗剪均采用同一強度設計值￡fw。對角焊縫在軸心力、彎矩、扭矩、剪力及幾個力共同作用下的受力進行了分析并推導出不同情況下的計算公式，應熟練掌握。

4、焊接

施焊時，由于不均勻的溫度場，使桿件產生焊接變形和焊接應力，這對結構在常溫、靜載作用下的承載力沒有影響，但增大了結構的變形，降低了結構的剛度、疲勞強度以及穩(wěn)定承載力。從設計和施工方面應采取不同措施減小或消除殘余應力和殘余變形，如設計上盡量使焊縫對稱布置；施焊時應采用合理的施焊次序等。

5、螺栓排列

普通螺栓排列時，規(guī)范根據受力、構造和施工三方面的要求規(guī)定了容許距離，針對螺栓幾種可能的排列形式，提出了不同的防止措施，在確定單個螺栓承載力設計值的基礎上，分析了螺栓群在不同荷載作用下的受力和計算方法。

6、高強度螺栓

高強度螺栓是通過特制扳手擰緊螺帽，使螺桿產生很大的預拉力，將板件壓緊。在外力作用下，板件間產生很大的摩擦力。摩擦型高強螺栓就是依靠摩擦力傳遞剪力的。當剪力等于摩擦力時，連接應定達到極限狀態(tài)。掌握其受力性能，傳力方式及各種計算方法，并與普通螺栓加以對照理解分析。

Q

什么因素決定了角焊縫的尺寸？

A

角焊縫尺寸由焊縫尺寸中最短的焊腳高來決定

鋼結構中的殘余應力就是指的焊接殘余應力嗎？還是焊接殘余應力只是其中的主要部分？

1,鋼結構的焊接過程是在焊件局部區(qū)域加熱熔化,然后冷卻凝固的熱過程,由于不均勻的溫度場,導致構件不均勻的膨脹和收縮,從而使構件內部殘存應力并引起變形,通稱的焊接殘余應力和殘余變形.

2,殘余應力是鋼材在熱軋、氧割、焊接的加熱和冷卻過程中產生的，先冷卻部分形成壓應力，后冷卻部分形成拉應力。

3,焊接殘余應力按其方向可劃分為縱向殘余應力、橫向殘余應力和厚度方向殘余應力三種。

4,焊接殘余應力和焊接殘余變形的影響

<1>，剛度——由于在殘余拉應力區(qū)域提前進入塑性狀態(tài)而剛度降為零，繼續(xù)增加的外力僅由彈性區(qū)承擔，因此構件變形必然增大，剛度減小。

<2>，靜力強度——殘余應力對靜力強度并無影響。

<3>，壓桿的穩(wěn)定承載力——有殘余應力的壓桿，在殘余應力區(qū)提前進入塑性狀態(tài)，截面的彈性區(qū)減小，桿件的抗彎剛度也相應減小，因此其穩(wěn)定承載力降低。

<4>，疲勞強度和溫度冷脆——由于塑性變形受到約束，材料變脆，使裂紋容易產生和開展，疲勞強度也會降低，在低溫情況下，更容易形成冷脆裂紋。

5，焊接殘余變形對結構的影響

焊接殘余變形不僅影響結構的尺寸，使裝配困難，而且使構件產生初偏心和初彎曲等初始缺陷，在受荷載時引起附加內力，影響其承載能力。

6，焊接殘余應力的分布與大小

殘余應力的分布、大小與截面的形狀、尺寸、制造方法和加工過程等有關，而與鋼材的強度等級關系不大。

7，減少焊接殘余應力和殘余變形的方法：

如上所述，焊接殘余應力和殘余變形對結構性能均有不利影響，故應減小殘余應力并控制殘余變形過大，使其符合〈施工規(guī)范〉的規(guī)定，否則應進行矯正。殘余應力和殘余變形在焊接過程中是相互關連的。為了減小殘余變形，在施焊時應對焊件進行加強約束。

為了減小我們應考慮以下兩個方面：

〈1〉設計方面

〈2〉制造、焊接工藝方面。

焊接殘余應力分類及影響：

焊接殘余變形：焊接的不均勻加熱和高溫區(qū)的熱態(tài)塑性壓縮，使構件冷卻后產生一些殘余變形，如縱向縮短，橫向縮短，彎曲變形，角變形和扭曲變形等。

焊接殘余應力分類：

1）縱向焊接殘余應力；

2）橫向殘余應力；

3）沿焊縫厚度方向的殘余應力；

4）約束狀態(tài)下產生的焊接應力。

焊接殘余應力的影響

1）對結構靜力強度的影響：對于具有一定塑性的材料，在靜力荷載作用下，焊接殘余應力是不會影響結構強度的；

2）對剛度的影響：焊接殘余應力會降低結構的剛度；

3）對壓桿穩(wěn)定的影響：焊接殘余應力會使壓桿的撓曲剛度減小，從而必定降低其穩(wěn)定承載力；

4）對低溫冷脆的影響：在厚板和有三軸交叉焊縫的情況下，將產生三軸焊接殘余應力，阻礙塑性變形，在低溫下使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展，加速構件的脆性破壞；

5）對疲勞的影響：焊接殘余應力對疲勞強度有不利影響，使焊縫及其附近產生高額殘余拉應力。

 減少焊接殘余應力和焊接變形的方法

1）采用合理的施焊次序：例如鋼板對接時采用分段退焊，厚焊縫采用分層焊，工字形截面按對角跳焊等；

2）施焊前給構件一個和焊接變形相反的預變形，使構件在焊后產生的焊接變形與之正好抵消；

3）對于小尺寸焊件，在施焊前預熱，或施焊后回火（加熱至600°C左右，然后緩慢冷卻），可以消除焊接殘余應力。也可以用機械方法或氧炔焰局部加熱反彎以消除焊接變形。

合理的焊縫設計

為了減少焊接應力與焊接變形，設計時在構造上采取一些措施：

1）焊接的位置要合理，焊縫的布置應盡可能對稱于構件重心，以減少焊接變形。

2）焊縫尺寸要適當，在允許范圍內，可以采用較小焊腳尺寸，并加大焊縫長度，使需要的焊縫總面積不變，以免因焊腳尺寸過大而引起過大的焊接殘余應力。焊縫過厚還可能引起施焊時燒穿、過熱等現象。

3）焊縫不宜過度集中。

4）應盡量避免三向焊縫相交，為此可使次要焊縫中斷，主要焊縫連續(xù)通過。

5）要考慮鋼板的分層問題，避免垂直于板面?zhèn)鬟f拉力。

此外，為了保證焊接質量，還應注意：焊縫連接構造要盡可能避免仰焊，并且施焊時焊條易于到達。

拓展

殘余應力的簡圖一般用直線或不太復雜的曲線組成。

◆    1、軋制普通工字鋼：翼緣厚度比腹板的厚度大的多，腹板在型鋼熱軋后先冷卻，翼緣在冷卻的過程中受到與其連接的腹板的牽制作用，因此翼緣產生拉應力，而腹板的中部受到壓縮產生壓應力；

◆    2、軋制H型鋼：翼緣的尖端先冷卻，因此具有較高的殘余壓應力；

◆    3、焊接工字鋼：翼緣具有軋制邊或火焰切割以后又經過刨邊的焊接工字形截面，其殘余應力與H型鋼類似，只是翼緣與腹板連接處的殘余拉應力可能達到屈服強度；

◆    4、具有火焰切割翼緣的焊接工字型截面：翼緣切割時的溫度場和焊縫施焊時類似，因此邊緣產生拉應力，翼緣與腹板連接處的殘余拉應力經常達到屈服強度；

◆    5、用很厚的翼緣板組成的焊接工字型截面：沿翼緣的厚度殘余應力也有很大變化，板的外表具有殘余壓應力，板端的應力很高可達到屈服強度，而板的內表在腹板連接焊縫處具有很高的殘余拉應力；

◆    6、焊接箱型截面：在連接焊縫處具有高達屈服強度的殘余拉應力，而在截面的中部殘余壓應力隨板件的寬厚比和焊縫的大小而變化，當寬厚比放大到40時殘余壓應力只有0.2fy左右；

◆    7、等邊角鋼：等邊角鋼的殘余應力，其峰值與角鋼邊的長度有關；

◆    8、軋制鋼管：軋制鋼管沿壁厚變化的殘余應力，他的內表面在冷卻時因受到先已冷卻的外表面的約束故有殘余拉應力，而外表面具有殘余壓應力。（熱軋圓管的拉壓殘余應力都比較�。�

殘余應力使構件剛度降低，對壓桿的承載能力有不利影響，殘余應力的分布情況不同，影響程度也不同。此外，殘余應力對兩端鉸接的等截面挺直桿的影響和對有初彎曲柱的影響也是不同的。柱的長度不同，殘余應力的影響也不相同。