建筑与装饰材料——建筑钢材的选择和应用
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
• 金属材料具有强度高、密度大、易于加工、
导热和导电性良好等特点，可制成各种铸件 和型材、能焊接或铆接、便于装配和施工。
• 金属材料一般包括黑色金属和有色金属两大
类。黑色金属是以铁元素为主要成分的金属 及其合金，有钢和铁，钢在建筑中应用最多。 有色金属是除黑色金属以外的其他金属材料。 本章主要介绍建筑钢材。
大，因而结构的安全性愈高。但屈强比太
小，则反映钢材不能有效地被利用。
• (3) 伸长率：图5－１中当曲线到达Ｄ
点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变 形迅速增加，产生“颈缩现象”而断 裂。量出拉断后标距部分的长度Ll，标 距的伸长值与原始标距L0的百分率称为 伸长率。即
L1 L0 100%
L0
• 伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由
识地加入一种或多种能改善钢材性能的合 金元素而制得的钢种。常用合金元素有： 硅、锰、钛、钒、铌、铬等。按合金元素 总含量的不同，合金钢可分为
• 低合金钢（合金元素总含量小于５％） • 中合金钢（合金元素总含量为５％～10％） • 高合金钢（合金元素总含量大于10％）。
• 2. 按冶炼时脱氧程度分类 • （１）沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行
建筑与装饰材料
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
• 目的：使学生掌握建筑钢材的分类、技术
性能、钢材的标准与使用及钢材的锈蚀与 防止，铝合金的分类等。
• 重点：钢材的技术性能、标准与使用。 • 难点：钢材的技术性能。
• 彩板轻钢结构
• 彩板轻钢结构
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
单元1 钢材的基本知识
• 建筑钢材主要指用于钢结构中的各种型材
（如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等）、钢 板、钢管和用于混凝土结构中的各种钢筋、 钢丝等。 优点：高的抗拉强度、良好的塑性和韧性，
能承受冲击和振动荷载， 良好的焊接和铆接性能 缺点：易锈蚀、维护费用高 耐火性差
5.1 .1 钢材的冶炼和分类
• （１）屈服点：当试件拉力在 ＯＢ
范围内时，如卸去拉力，试件能恢 复原状，应力与应变的比值为常数， 因此，该阶段被称为弹性阶段。当 对试件的拉伸进入塑性变形的屈服 阶段ＢＣ时，称屈服下限Ｃ下所对应 的应力为屈服强度或屈服点，记做 σs。设计时一般以σs作为强度取值 的依据。对屈服现象不明显的钢材， 规定以0.2％残余变形时的应力σ0.2 作为屈服强度。
铁，其次是碳，故也称铁一碳合金。其含 碳量为0.02％～2.06％。此外尚含有极少 量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。碳素 钢按含碳量又可分为：
• 低碳钢（含碳量小于0.25％）、 • 中碳钢（含碳量为0.25％～0.60％） • 高碳钢（含碳量大于0.60％）
• （２）合金钢。是指在炼钢过程中，有意
一、钢材的冶炼 炼钢的原理——将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量
降低到一定限度，同时把其它杂质的含量也降低到 容许的范围内。 即：含碳量在2％以下，有害杂质含量较少的Fe—C合金称为
钢
主要炼钢方法：空气转炉炼钢法
氧气转炉炼钢法
平炉炼钢法
电炉炼钢法
钢材的冶炼与轧制
二、 钢材的分类
• 1. 按化学成分分类 • （１）碳素钢。碳素钢的化学成分主要是
• （３）半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢
和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代 号为“ｂ”。
• （４）特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度
还要充分彻底的钢，故其质量最好，适 用于特别重要的结构工程，代号为 “TZ”。
• 3. 按有害杂质含量分类
按钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S） 含量的多少，钢材可分为以下四类： （１）普通钢。磷含量不大于0.045％； 硫含量不大于0.050%。 （２）优质钢。 磷含量不大于0.035%； 硫含量不大于0.035%。 （３）高级优质钢。磷含量不大于 0.025%；硫含量不大于0.015%。 （４）特级优质钢。磷含量不大于 0.025%；硫含量不大于0.015%。
5.1.2 钢材的技术性质
一、 钢材的力学性能
1. 抗拉性能
• 抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。其
技术指标为由拉力试验测定的屈服点、抗拉 强度和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力 一应变图能够较好地解释这些重要的技术指 标，见图5－１.低碳钢受拉时的应力一应变 图
•图5-1低碳钢受拉时的应力一应变图
咨讯：
1、根据身边建筑物找出所用建筑钢材种类； 2、学生分析建筑钢材应具有的性质。
计划：
学生根据建筑钢材应用，确定要掌握的有关知识， 教师进行指导。
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
决策：
每组派代表发表讨论结果：所应具备的知识范围、 内容；学生评议。教师讲评。完善学习计划。
实施： 用师生互动的形式讲授有关知识 ，如下：
于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故
当原始标距与试件的直径之比愈大，则
颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的
伸长率会小些。通常以δ5和δ10分别表 示L0=5d0和 L0=10d0（ｄ0为试件直径） 时的伸长率。对同一种钢材，δ5应大于 δ10。
2. 冲击韧性
• 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的
能力。冲击韧性指标是通过标准试件的 弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击 试件，于刻槽处将其打断，试件单位截 面积上所消耗的功，即为钢材的冲击韧 性指标，用冲击韧性ak（Ｊ/cm2）表示。 ak值愈大，冲击韧性愈好。
高 碳 钢 受 拉 的 应 力
应 变 图
-
• （２）抗拉强度：从图5－１中ＣＤ曲线逐
步上升可以看出：试件在屈服阶段以后，
其抵抗塑性变形的能力又重新提高，称为
强化阶段。对应于最高点Ｄ的应力称为抗
拉强度，用σb表示。
• 设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈
强比σs／σb有一定意义。屈强比愈小，反 映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈
脱氧，则脱氧不完全。这种钢水浇入锭 模时，会有大量的ＣＯ气体从钢水中外 逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢， 代号为“Ｆ“。沸腾钢组织不够致密， 成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严 重，故质量较差。但因其成本低、产量 高，故被广泛用于一般建筑工程。
• （２）镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅
铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且 同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时 能平静地充满锭模并冷却凝固，故称 镇静钢，代号为“Ｚ”。镇静钢虽成 本较高，但其组织致密，成分均匀， 性能稳定，故质量好。适用于预应力 混凝土等重要的结构工程。
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
• 金属材料具有强度高、密度大、易于加工、
导热和导电性良好等特点，可制成各种铸件 和型材、能焊接或铆接、便于装配和施工。
• 金属材料一般包括黑色金属和有色金属两大
类。黑色金属是以铁元素为主要成分的金属 及其合金，有钢和铁，钢在建筑中应用最多。 有色金属是除黑色金属以外的其他金属材料。 本章主要介绍建筑钢材。
大，因而结构的安全性愈高。但屈强比太
小，则反映钢材不能有效地被利用。
• (3) 伸长率：图5－１中当曲线到达Ｄ
点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变 形迅速增加，产生“颈缩现象”而断 裂。量出拉断后标距部分的长度Ll，标 距的伸长值与原始标距L0的百分率称为 伸长率。即
L1 L0 100%
L0
• 伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由
识地加入一种或多种能改善钢材性能的合 金元素而制得的钢种。常用合金元素有： 硅、锰、钛、钒、铌、铬等。按合金元素 总含量的不同，合金钢可分为
• 低合金钢（合金元素总含量小于５％） • 中合金钢（合金元素总含量为５％～10％） • 高合金钢（合金元素总含量大于10％）。
• 2. 按冶炼时脱氧程度分类 • （１）沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行
建筑与装饰材料
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
• 目的：使学生掌握建筑钢材的分类、技术
性能、钢材的标准与使用及钢材的锈蚀与 防止，铝合金的分类等。
• 重点：钢材的技术性能、标准与使用。 • 难点：钢材的技术性能。
• 彩板轻钢结构
• 彩板轻钢结构
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
单元1 钢材的基本知识
• 建筑钢材主要指用于钢结构中的各种型材
（如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等）、钢 板、钢管和用于混凝土结构中的各种钢筋、 钢丝等。 优点：高的抗拉强度、良好的塑性和韧性，
能承受冲击和振动荷载， 良好的焊接和铆接性能 缺点：易锈蚀、维护费用高 耐火性差
5.1 .1 钢材的冶炼和分类
• （１）屈服点：当试件拉力在 ＯＢ
范围内时，如卸去拉力，试件能恢 复原状，应力与应变的比值为常数， 因此，该阶段被称为弹性阶段。当 对试件的拉伸进入塑性变形的屈服 阶段ＢＣ时，称屈服下限Ｃ下所对应 的应力为屈服强度或屈服点，记做 σs。设计时一般以σs作为强度取值 的依据。对屈服现象不明显的钢材， 规定以0.2％残余变形时的应力σ0.2 作为屈服强度。
铁，其次是碳，故也称铁一碳合金。其含 碳量为0.02％～2.06％。此外尚含有极少 量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。碳素 钢按含碳量又可分为：
• 低碳钢（含碳量小于0.25％）、 • 中碳钢（含碳量为0.25％～0.60％） • 高碳钢（含碳量大于0.60％）
• （２）合金钢。是指在炼钢过程中，有意
一、钢材的冶炼 炼钢的原理——将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量
降低到一定限度，同时把其它杂质的含量也降低到 容许的范围内。 即：含碳量在2％以下，有害杂质含量较少的Fe—C合金称为
钢
主要炼钢方法：空气转炉炼钢法
氧气转炉炼钢法
平炉炼钢法
电炉炼钢法
钢材的冶炼与轧制
二、 钢材的分类
• 1. 按化学成分分类 • （１）碳素钢。碳素钢的化学成分主要是
• （３）半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢
和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代 号为“ｂ”。
• （４）特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度
还要充分彻底的钢，故其质量最好，适 用于特别重要的结构工程，代号为 “TZ”。
• 3. 按有害杂质含量分类
按钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S） 含量的多少，钢材可分为以下四类： （１）普通钢。磷含量不大于0.045％； 硫含量不大于0.050%。 （２）优质钢。 磷含量不大于0.035%； 硫含量不大于0.035%。 （３）高级优质钢。磷含量不大于 0.025%；硫含量不大于0.015%。 （４）特级优质钢。磷含量不大于 0.025%；硫含量不大于0.015%。
5.1.2 钢材的技术性质
一、 钢材的力学性能
1. 抗拉性能
• 抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。其
技术指标为由拉力试验测定的屈服点、抗拉 强度和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力 一应变图能够较好地解释这些重要的技术指 标，见图5－１.低碳钢受拉时的应力一应变 图
•图5-1低碳钢受拉时的应力一应变图
咨讯：
1、根据身边建筑物找出所用建筑钢材种类； 2、学生分析建筑钢材应具有的性质。
计划：
学生根据建筑钢材应用，确定要掌握的有关知识， 教师进行指导。
学习情境5 建筑钢材的选择和应用
决策：
每组派代表发表讨论结果：所应具备的知识范围、 内容；学生评议。教师讲评。完善学习计划。
实施： 用师生互动的形式讲授有关知识 ，如下：
于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故
当原始标距与试件的直径之比愈大，则
颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的
伸长率会小些。通常以δ5和δ10分别表 示L0=5d0和 L0=10d0（ｄ0为试件直径） 时的伸长率。对同一种钢材，δ5应大于 δ10。
2. 冲击韧性
• 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的
能力。冲击韧性指标是通过标准试件的 弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击 试件，于刻槽处将其打断，试件单位截 面积上所消耗的功，即为钢材的冲击韧 性指标，用冲击韧性ak（Ｊ/cm2）表示。 ak值愈大，冲击韧性愈好。
高 碳 钢 受 拉 的 应 力
应 变 图
-
• （２）抗拉强度：从图5－１中ＣＤ曲线逐
步上升可以看出：试件在屈服阶段以后，
其抵抗塑性变形的能力又重新提高，称为
强化阶段。对应于最高点Ｄ的应力称为抗
拉强度，用σb表示。
• 设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈
强比σs／σb有一定意义。屈强比愈小，反 映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈
脱氧，则脱氧不完全。这种钢水浇入锭 模时，会有大量的ＣＯ气体从钢水中外 逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢， 代号为“Ｆ“。沸腾钢组织不够致密， 成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严 重，故质量较差。但因其成本低、产量 高，故被广泛用于一般建筑工程。
• （２）镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅
铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且 同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时 能平静地充满锭模并冷却凝固，故称 镇静钢，代号为“Ｚ”。镇静钢虽成 本较高，但其组织致密，成分均匀， 性能稳定，故质量好。适用于预应力 混凝土等重要的结构工程。