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第三节
钢结构选材

一、钢材

1.具体规定

为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑,选用合适的钢材牌号和材性。

承重结构的钢材宜采用Q235 钢、 Q345 钢、 Q390 钢和Q420 钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T 700—2006)和《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591—1994)的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。

(1)下列情况的承重结构和构件不应采用Q234 沸腾钢:

1)焊接结构:①直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构。②工作温度低于-20℃时的直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳的结构以及承受静力荷载的受弯及受拉的重要承重结构。③工作温度等于或低于-30℃的所有承重结构。

2)非焊接结构:工作温度等于或低于-20℃的直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构。

(2)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。

(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。当结构工作温度不高于0℃但高于-20℃时,Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证;对Q390 钢和Q420 钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于-20℃时,对Q235钢和Q345 钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证;对Q390 钢和Q420 钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。

对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于-20℃时,对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420 钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。

注:吊车起重量不小于 50t的中级工作制吊车梁,对钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。

(4)钢铸件采用的铸钢材质应符合现行国家标准《一般工程用铸造碳钢件》(GB/T11352—1989)的规定。

(5)当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z形钢时,其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》(GB/T 5313—1985)的规定。

(6)对处于外露环境,且对耐腐蚀有特殊要求的或在腐蚀气态和固态介质作用下的承重结构,宜采用耐候钢,其质量要求应符合现行国家标准《焊接结构用耐候钢》(GB/T 4172—2000)的规定。

2.钢材的强度设计值

钢材的强度设计值和物理性能指标见表 1-5 和表 1-6 。

3.钢材代换

结构钢材的代用方法及措施见表 1-7。

钢材强度设计值(N/mm 2 )表1-5

注:表中厚度系指计算点的钢材厚度,对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。

钢材的物理性能指标表 1-6

结构钢材的代用方法及措施表 1-7

续表

二、焊接材料

1.具体规定

(1)手工焊接采用的焊条,应符合现行国家标准《碳钢焊条》(GB/T 5117—1995)或《低合金钢焊条》(GB/T 5118—1995)的规定。选择的焊条型号应与主体金属力学性能相适应。对直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构,宜采用低氢型焊条。

(2)自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应,并应符合现行国家标准的规定。

2.焊接材料的匹配和焊缝强度设计值

焊接材料的匹配和焊缝强度设计值见表 1-8 。

焊接材料的匹配与焊缝强度设计值表 1-8

续表

注:1.表中①用于一般结构。

②中、厚板坡口对接焊接(中厚板 4.5~20mm ,厚板 20~60mm)。

③薄板对接焊接(薄板 0.35~4mm)。

④由供需双方协议。

2.手工焊所用碳钢焊条与低合金钢焊条的性能应分别符合《碳钢焊条》(GB/T 5117—1995)及《低合金钢焊条》(GB/T 5118—1995)的要求。

3.埋弧焊所用碳钢焊丝与焊剂或低合金钢焊丝与焊剂的性能应分别符合《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》(GB/T 5293—1999)及《低合金钢埋弧焊用焊剂》(GB/T 12740—2003)、《熔化焊用钢丝》(GB/T 14957—1994)等规定的要求。

4. CO 2 气体保护焊所用实心焊丝的性能应符合《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》(GB/T 8110—1995)的规定。

5.焊缝的质量等级标准应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》( GB 50205—2001 )的规定,焊接用二氧化碳应符合《焊接用二氧化碳》( HG/T 2537—1993)的规定。

6.对接焊缝抗弯时,其受压区强度设计值取 ,受拉区强度设计值取

7.冷弯薄壁结构构件焊接,经X射线检查符合一、二级焊缝质量标准的对接焊缝的抗拉强度设计值可采用抗压强度设计值。

三、连接用紧固标准件

1.具体规定

(1)普通螺栓应符合现行国家标准《六角头螺栓C级》(GB/T5780—2000)和《六角头螺栓》(GB/T5782—2000)的规定。

(2)高强度螺栓应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》(GB/T1228—2006)、《钢结构用高强度大六角螺母》(GB/T1229—2006)、《钢结构用高强度垫圈》(GB/T1230—2006)、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》(GB/T1231—2006)或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》(GB/T3632—1995)、《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》(GB/T3633—1995)的规定。

(3)圆柱头焊钉(栓钉)连接件的材料应符合现行国家标准电弧螺栓焊用《圆柱头焊钉》(GB/T10433—2002)的规定。

(4)铆钉应采用现行国家标准《标准件用碳素钢热轧圆钢》(GB/T715—1989)中规定的BL2或BL3号钢制成。

(5)锚栓可采用现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700—2006)中规定的Q235钢或《低合金高强度结构钢》(GB/T1591—1994)中规定的Q345钢制成。

2.注意事项

(1)钢结构连接用的普通螺栓一般应采用C级螺栓,不宜采用A、B级螺栓(精制螺栓)。

(2)C级螺栓适用于不承受直接动力荷载的受拉连接、较次要的受剪连接及安装连接,设计时宜直接注明所要求的强度级别4.6级或4.8级,其材质宜为Q235钢。

(3)螺栓应按所要求强度级别及产品标准供货,其强度设计值见表1-9。

(4)高强度螺栓为由高强度钢经热处理所制成的,并在连接时需施加预拉力的螺栓紧固件,适用于钢结构中重要的现场连接(如梁柱连接与拼接等)。

(5)按强度(或承载力)选用高强度螺栓时,可选用8.8级或10.9级螺栓,一般宜优先选用后者,前者材质可为35号钢、45号钢,后者材质可为20MnTiB、40B或35VB等牌号钢。在实际工程应用时只注明所选用的级别即可,不必提出钢种钢号要求。选用高强螺栓时应注明螺栓的类别,可选用扭剪型高强螺栓(仅有10.9级)或大六角形高强螺栓,其产品及性能应分别符合表1-9中注2的要求。设计高强螺栓的连接时,可分别选用摩擦型连接(连接面需作摩擦面处理)或承压型连接(连接面只需作除锈处理),一般宜选用前者。后者强度虽高,但不适用于承受动荷载及对变形要求严格的构件,其抗剪、承压强度设计值见表1-9。高强度螺栓承压型连接不宜用于冷弯。A、B级螺栓,普通C级螺栓承载力设计值见表1-10和表1-11。扭剪型高强螺栓、螺母的力学性能见表1-12和表1-13。

四、钢筋

(1)钢-混凝土组合结构的钢筋可选用HPB235级钢筋、HRB335级钢筋、HRB400级与RRB400级钢筋,其性能应分别符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499—1998)、《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》《GB13013—1991》、《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499—1998)、《钢筋混凝土用余热处理钢筋》(GB13014—1991)等标准。

(2)普通钢筋的抗拉强度设计值 f y 、抗压强度设计值 及弹性模量 E ,应按表1-14采用。当构件中配有不同种类的钢筋时,每种钢筋应采用各自的强度设计值。

螺栓的强度设计值(N/mm 2 )表 1-9

注:1.普通C级螺栓的性能及技术规格应分别符合《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》(GB3098.1—2000)与《六角头螺栓C级》(GB5780—2000)的规定。

2.高强度螺栓可选用大六角形或扭剪型,前者性能应符合《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》(GB/T1231—2006)的规定;后者仅有10.9级级别,且最大直径为24mm,其性能应符合《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》(GB/T3633—1995)。

3.螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度,均应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)的要求。

A、B级螺栓设计承载力表 1-10

续表

注:1.表中螺栓的承载力设计值按下式算得:

承压: ;受拉: ;受剪:

式中, n v 为每个螺栓的受剪面数目。

2.单角钢单面连接的螺栓,其承载力设计值应按表中数值乘以0.85。

普通C级螺栓承载力设计值表 1-11

续表

扭剪型高强螺栓的力学性能表 1-12

扭剪型高强螺母的力学性能表 1-13

普通钢筋强度设计值与弹性模量(N/mm 2 )表 1-14

注:1.当轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉强度设计值大于 300N/mm 2 时,仍应按 300N/mm 2 取用。

2.当采用直径 d 大于 40mm钢筋时,应有可靠的工程经验, d 指公称直径。

五、混凝土

(1)钢-混凝土组合楼盖的混凝土级别不宜低于C30级,钢管混凝土构件的混凝土级别不宜低于C30级(Q235钢管)或C40级(Q345钢管)。当构件中采用HRB335级钢管时,其混凝土强度级别不宜低于C20级。

(2)钢管混凝土构件宜优先采用自密实混凝土或在混凝土配制时,添加微膨胀剂、界面剂等添加剂,但其添加应不引起钢筋锈蚀等不利作用;同时混凝土的配置应保证施工浇灌的流动性与和易性(泵送,抛落,提灌等方法),水灰比应不大于0.45,对大批量构件,应先进行水灰比、坍落度等优选试验及浇灌后饱满度的检验。

(3)计算现浇钢筋混凝土轴(偏)压构件时,若截面长边或直径小于300mm时,表1-15中强度设计值应乘以系数0.8;当构件质量确有保证时,可不受此限。混凝土的强度设计值与弹性模量见表1-15。

(4)当温度在0℃到100℃范围内时,混凝土线膨胀系数 α c 可采用1×10 -5 /℃。混凝土泊松比 ν c 可采用0.2。其剪变模量 G c 可按弹性模量 E c 的0.4倍采用。

混凝土强度设计值与弹性模量表 1-15 Y/xraB+f9zqDxnBMkkZqzFt4qNUa732bS2xKwdQHpZMmEugG5BXTXACUTxcgZXMA

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