第八章.建筑钢材
刘祥顺-建筑材料-第三版课后练习思考题答案
第五章建筑砂浆1、何谓建筑砂浆？砂浆与混凝土相比有何异同点?答：砂浆是以胶凝材料、细骨料、掺加料和水等为主要原材料进行拌合，硬化后具有强度的工程材料。
同：原料中都包含水、水泥、砂子；都有一定的配比要求；都是建筑用材料异:混凝土的主要骨料是石子，砂浆主要骨料是砂子;混凝土用于建筑结构，砂子用于砌筑、抹面。
2、砂浆拌合物的和易性包括那些内容?砂浆的保水性不良,对其质量有何影响？采取哪些措施可提高砂浆的保水性?答：包括流动性、稳定性.砂浆容易泌水、分层活水分流失过快,不便于施工，不能保证工程质量。
措施：加大胶结材料的数量；参入适量的掺合料；采用较细砂并加大掺量。
3、根据砌筑砂浆强度公式,是否说明砂浆强度不遵循水灰比规律?为什么？答：是的,砌筑砂浆的强度主要取决于水泥的强度及水泥的用量，而与拌合水量无关，所以跟水灰比也无关。
4、为什么水泥石灰混合砂浆在砌筑工程中能得到广泛应用？答：水泥石灰混合砂浆具有良好的和易性，硬化后的抗压强度高，耐久性好。
5、某砌砖工程采用M5。
0等级的水泥石灰混合砂浆,稠度要求80—100mm。
现有强度等级32。
5级矿渣水泥；中砂，堆积密度为1460kg/m³,现场砂含水率为2。
5%;石灰膏稠度100mm;施工水平：一般,试求该砂浆的配合比。
答:5+0.645X1.25=5。
8625MPaA=3.03 B=-15。
09F=1000（5.8625+15.09）/（3.03 X 32.5）第六章烧土及熔融制品1、烧结普通砖有哪些品种？如何表示？答:烧结黏土砖N，烧结页岩砖Y,烧结煤矸砖M,烧结粉煤灰砖F2、欠火砖与过火砖有何特征?红砖与青砖有何差别?答:欠火砖色浅、断面包心（黑心或白心）、敲击声哑、孔隙率大、强度低、耐久性差。
过火砖色教深、敲击声脆、教密实、强度高、耐久性好，但容易出现变形砖（酥砖或螺纹砖）红砖中含有高价氧化铁，青砖中含有低价的氧化铁;青砖比红砖结实、耐用，青砖价格比红砖高。
建筑材料课程学习及考试大纲
建筑材料课程学习及考试大纲学习本课程的目的在于学习建筑材料的基础知识，初步具备正确选用与合理使用建筑材料的基本能力，以下是各章节的基本要求：第二章．建筑材料的基本性质介绍建筑材料基本性质的分类，说明材料内部不同层次结构的特征和材料组成的表示方法以及他们与材料性质的关系。
较详细地阐明各种基本性质的慨念、表示方法及有关的影响因素。
要求：熟悉并掌握常用术语，较熟练地运用它们，为今后学习各种材料打下良好的基础第三章．石材介绍天然岩石的成因、分类和建筑中常用岩石的主要性能、用途；简要介绍人造石材的类型和用途.通过本章学习，了解建筑中常用岩石的成因，熟悉石材的类型、技术性质和用途，初步掌握工程中选用石材的原则。
第四章．气硬性胶凝材料本章介绍建筑工程中常用的石膏、石灰、菱苦土和水玻璃四种无机胶凝材料的原料、生产、硬化原理、技术性质及其在工程中的应用。
其中石膏、石灰、水玻璃的构成、技术性质、影响因素、工程应用是学习的重点。
第五章．水泥重点介绍硅酸盐水泥的矿物组成、水化硬化机理、影响水化的因素；硅酸盐水泥的主要技术性质；水泥石的腐蚀和防止；同时介绍了其他掺混合材料的水泥、特种水泥；通过学习，要求掌握水泥中各组份的技术性质，包括水化速度，水化热大小，掌握五种水泥的适用与不适用范围，达到正确选择和使用水泥的目的。
第六章.混凝土及砂浆重点讲述混凝土的组成、各组成的材料（粗、细骨料、水等）的技术要求、主要技术性质及其影响因素、配合比设计方法外加剂的作用及效果等，对轻混凝土及其它特种混凝土的特点做适当的介绍；着重介绍砂浆的技术性质和砌筑砂浆配合比的选择，适当介绍抹灰砂浆及特种砂浆。
通过学习，必须掌握混凝土的主要技术要求、性质及其影响因素；熟悉从原料和配合比方面如何控制混凝土质量；了解砂浆的技术性质及其测定方法；学会混凝土及砌筑砂浆配合比设计方法。
第七章.墙体与屋面材料本章着重介绍了粘土原料、烧结粘土砖的技术性质与应用，烧结空心砖的特点和其它砌块的技术性质和应用；介绍了新型墙体材料的制作和应用。
大学课程《水利工程施工与建筑材料》PPT教学课件：第八章 建筑材料的基本性质
（8-10）
式中： K—材料的渗透系数(cm/s)； Q —透水量，cm3； d—试件厚度，cm； A—透水面积，cm2； t —透水时间，s； H —静水压力水头，cm。
第一节 材料的物理性质
三、材料与水有关的性质
5.抗渗性
k值愈大，表示渗透材料的水量愈多，即抗渗性愈差。
抗渗性的好坏，主要与材料的孔隙率及孔隙特征有关， 并与材料的亲水性和憎水性有关。开口孔隙率越大、 大孔含量越多，抗渗性越差；而材料越密实或具有封 闭孔隙的，水分不易渗透，抗渗性越好。
第一节 材料的物理性质
3.堆积密度
堆积密度的堆积体积V0´中，既包括了材料颗粒内
部的孔隙，也包括了颗粒间的空隙。松散体积用容 量筒测定。
第一节 材料的物理性质
二、密实度
密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度
其计算公式如下：
（8-4）
D—密实度，%。 凡含孔隙的固体材料的密实度均小于1，材料的ρ0 与ρ越接近，说明该材料就越密实。材料的其他很
第二节 材料的力学性质
二、材料的弹性与塑性
1.材料的弹性与弹性变形 材料的弹性是指材料在外力作用下产生变形，当外力 消除后，能够完全恢复原来形状的性质称为弹性，这 种变形称为弹性变形。 弹性变形的大小与其所受外力的大小成正比，其比例 系数对某些弹性材料来说在一定范围内为一常数，这
个常数被称为材料的弹性模量，并以符号“E”表示，
其计算公式如下：
第二节 材料的力学性质
二、材料的弹性与塑性
1.材料的弹性与弹性变形
（8-12）
δ— 材料所承受的应力, MPa； ε— 材料在应力σ作用下的应变。
材料的弹性模量是衡量材料在弹性范围内抵抗变形能
第八章 钢结构
N f An
式中， N—荷载引起的轴心拉力或压力 An—净截面面积 f—钢材抗拉或抗压设计强度
二、轴心受力构件的刚度
轴心受力构件的刚度是以他的长细比来衡量的
l0 i
式中 构件最不利方向的长细比，一般为 两主轴方向长细比的较大值.x = lox/ ix，y = loy/ iy lo-----相应方向的构件计算长度 i -----相应方向的截面回转半径
低合金钢： Q×××质量等级（A～E）
如Q235-A· F、Q345-C
6. 钢材的选择
（1）结构或构件的重要性； （2）荷载的种类（静荷载或动荷载）； （3）连接方法（焊接或非焊接）；
（4）工作条件（温度，腐蚀等）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定：
承重结构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。需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有 常温或负温冲击韧性的合格保证。对需要验算疲劳的非焊接结 构的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。
压弯构件广泛的用于柱子，如工业建筑中的厂
房框架柱。它们不仅要承受上部结构传下来的 轴向压力，同时还受有弯矩和剪力。
二、结构用钢的种类 1. 化学成分
普通碳素钢 Q235 普通低合金钢 Q345、Q390、Q420
2. 炉种 平炉 氧气顶吹转炉 成本高，质量好（6小时100t左右） 成本低，质量也可（15分钟150t）
3. 脱氧程度 沸腾钢（F） 脱氧较差 镇静钢（Z） 脱氧充分 半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 特殊镇静钢（TZ）
建筑结构抗震总复习第八章-钢结构房屋抗震设计
（2）框架部分按刚度分配计算得到的地震层剪力应乘以调 整系数，达到不小于结构底部总地震剪力的25%和框架部分 计算最大层剪力1.8倍二者中的较小值。
6
8.2 多高层钢结构民用建筑
8.2.1 多高层钢结构民用建筑的结构体系 8.2.2 结构体系抗震设计的布置要求 8.2.3 地震作用计算 8.2.4 杆件抗震验算 8.2.5 抗震设计对杆件的构造要求 8.2.6 节点和连接的抗震验算及构造要求
7
8.2.1 多高层钢结构民用建筑的结构体系
1. 框架结构
23
8.3.2 地震作用计算
计算单层钢结构厂房时，一般假定沿厂房横向（跨度 方向）和竖向的地震作用由横向框架承受，沿纵向（柱距 方向）的地震作用由纵向框架承受。 1、结构计算模型的选取 厂房抗震计算时，根据屋盖高差和吊车设置情况，可分别 采用单质点、双质点或多质点的结构计算模型。
24
图8.25 单质点模型
20
5、框架－偏心支撑结构中的消能梁段 消能梁段是偏心支撑框架中耗散能量的主要构件，为此需要考虑与 相连构件的承载能力相匹配、保证其在反复荷载下具有良好的滞回 性能的各项措施。
消能梁段的钢材不应采用高强度钢，而因采用有良好塑性流幅 的钢材。为此，消能梁段钢材的屈服强度不应超过345MPa。
21
8.3 单层钢结构厂房
8.3.1 抗震设计对单层钢结构厂房体系的要求 8.3.2 地震作用计算 8.3.3 杆件验算和构造措施
22
8.3.1 抗震设计对单层钢结构厂房体系的要求
建筑材料理论(下)
建筑材料理论（下）发布于2005-04-21 被读6787次【字体：大中小】作者：姚志刚第六章建筑砂浆建筑砂浆和混凝土的区别在于不含粗骨料，它是由胶凝材料、细骨料和水按一定的比例配制而成。
按其用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆；按所用材料不同，分为水泥砂浆、石灰砂浆、石膏砂浆和水泥石灰混合砂浆等。
合理使用砂浆对节约胶凝材料、方便施工、提高工程质量有着重要的作用。
第一节砂浆的技术性质一、新拌砂浆的和易性砂浆的和易性是指砂浆是否容易在砖石等表面铺成均匀、连续的薄层，且与基层紧密黏结的性质。
包括流动性和保水性两方面含义。
（一）流动性影响砂浆流动性的因素，主要有胶凝材料的种类和用量，用水量以及细骨料的种类、颗粒形状、粗细程度与级配，除此之外，也于掺入的混合材料及外加剂的品种、用量有关。
通常情况下，基底为多孔吸水性材料，或在干热条件下施工时，应选择流动性大的砂浆。
相反，基底吸水少，或湿冷条件下施工，应选流动性小的砂浆。
（二）保水性保水性是指砂浆保持水分的能力。
保水性不良的砂浆，使用过程中出现泌水，流浆，使砂浆与基底黏结不牢，且由于失水影响砂浆正常的黏结硬化，使砂浆的强度降低。
影响砂浆保水性的主要因素是胶凝材料种类和用量，砂的品种、细度和用水量。
在砂浆中掺入石灰膏、粉煤灰等粉状混合材料，可提高砂浆的保水性。
二、硬化砂浆的强度影响砂浆强度的因素有：当原材料的质量一定时，砂浆的强度主要取决于水泥标号和水泥用量。
此外，砂浆强度还受砂、外加剂，掺入的混合材料以及砌筑和养护条件有关。
砂中泥及其他杂质含量多时，砂浆强度也受影响。
第二节砌筑砂浆一、砌筑沙浆的组成材料（一）胶凝材料用于砌筑沙浆的胶凝材料有水泥和石灰。
水泥品种的选择与混凝土相同。
水泥标号应为砂浆强度等级的4-5倍，水泥标号过高，将使水泥用量不足而导致保水性不良。
石灰膏和熟石灰不仅是作为胶凝材料，更主要的是使砂浆具有良好的保水性。
（二）细骨料细骨料主要是天然砂，所配制的砂浆称为普通砂浆。
《建筑材料》教学大纲
《建筑材料》教学大纲课程名称：建筑材料英文名称：Civil engineering materials课程编码：143B006学分：3总学时：48上机学时：0实验学时：16适用专业：工程造价先修课程：建筑力学执笔人：王银审定人：一、课程的性质、地位与任务建筑材料是建筑类专业必修的一门基础课程，就工程造价专业而言，可为以后的房屋建筑学、施工技术及施工组织等专业课程的学习作铺垫，有着重要的启迪作用。
通过该课程的学习可以加深学生对建筑材料的认识，同时对常用建筑材料比如水泥和混凝土等的组成，技术指标，适用范围及质量控制等有所了解，让学生在今后碰到相应的建筑材料时不会有陌生感，知道如何选择和正确使用相关建筑材料。
二、教学基本要求通过本课程的学习，了解不同种类建筑材料的定义及其使用特性，掌握各种材料的组成、特点以及应用领域，同时对一些常用建筑的检验方法有所了解。
三、教学学时分配表实验项目与类型：四、教学内容与学时安排绪论2学时教学目的和要求：深化对建筑材料的认识，掌握建筑材料的分类及其在工程应用中的重要地位，了解建筑材料的技术标准。
重点：建筑材料的化学组成分类及建筑材料的特点难点：无第一节建筑材料的定义与分类0.5学时1.建筑材料的定义2.建筑材料的分类第二节建筑材料的特点及其在工程中的地位1.建筑材料在工程中的重要地位2.建筑材料的特点0.5学时第三节建筑材料技术标准简介0.5学时1.国家标准2.行业标准3.企业标准与地方标准第四节本课程的目的、任务及学习方法0.5学时1.学习目的2.学习任务第一章建筑材料的基本性质4学时教学目的和要求：掌握建筑材料的结构与组成，了解材料自身组成与其各方面特性之间的联系。
重点：建筑材料的物理力学性质及耐久性难点：与建筑材料性质相关的概念区别与理解第一节材料的组成与结构0.5学时1.材料的组成2.材料的结构第二节材料的物理性质 1.5学时第三节材料的力学性质1学时1.强度与比强度2.弹性与塑性3.脆性与韧性4.硬度与耐磨性第四节材料的装饰性0.5学时第五节材料的耐久性0.5学时第二章无机气硬性胶凝材料2学时本章教学目的和要求：了解石灰和石膏的制备工艺，理解石灰、石膏的水化反应，掌握石灰、石膏的相关性质及应用。
钢材
F A
B上
b
P
A
B下
s
L L
五、根据用途分类
1、结构钢：主要用做工程结构构件及机械零件的钢 2、工具钢：主要用做各种量具、刀具及模具的钢 3、特殊钢：具有特殊物理、化学或机械性能的钢，如不锈钢、 耐酸钢和耐热钢等。 •建筑中常用的是结构钢。
建筑上常用的钢种是普通碳素钢中的低碳钢 和普通合金钢中的低合金钢。 即：普通低碳钢、普通低合金钢
2、脆性临界（或转变）温度：脆性临界温度越低的钢材，越能在 低温下承受冲击荷载. • 在负温下或寒冷地区下，选用脆性临界温度较低的钢材。 3、时效：随着时间的延长，钢材的强度逐渐提高，塑性和冲击韧 性下降的现象。 4、时效的敏感性：因时效而导致性能改变的程度。
• 如桥梁、吊车梁、钢轨、锅炉等，应选用时效敏感性较小的钢材。
§8.2 钢材的性能
• 钢材的性能主要包括力学性能、工艺性能。 • 力学性能主要有：抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性、硬 度。 • 工艺性能主要有：冷弯性能、焊接性能、冷加工、和热 处理性能等。
§8.2.1 抗拉性能
• 抗拉性能是表示钢材性能的重要指标。由于拉伸是建筑钢材的 主要受力形式，因此抗拉性能采用拉伸试验测定，以屈服点、 抗拉强度和伸长率等指标表征。
屈服强度σ S 、抗拉强度σ b 、伸长率δ 是钢材的重要技术指标。
中碳钢与高碳钢（硬钢）的拉伸性能 σ A
• 中碳钢与高碳钢强度高，塑性差， 拉伸时应力-应变曲线与低碳钢不同， 无明显屈服现象，伸长率小，断裂 时呈脆性破坏。 • 因拉伸过程无明显屈服阶段，无法 直接测定屈服强度。用条件屈服强 度σ 0.2来代替屈服强度。 • 条件屈服点σ 0.2 ：规范规定以产生 0.2%残余变形时的应力。见左图。
建筑钢材知识汇总
➢钢的压力加工 热加工
冷加工
建筑钢材 钢 的生产与分类
0.02%<C<2.06
二、钢的分类 Fe C S P
•
低碳钢
•
中碳钢
➢按化学成分 • 碳素钢
•
高碳钢
•
低合金钢
•
合金钢
• •
中合金钢 高合金钢
f塑 性韧 性
塑性 韧性
➢按脱氧程度
• 沸腾钢F——一般工程 • 镇静钢Z——预应力砼 • 半镇静钢B • 特殊镇静钢TZ——特别重要工程
FeO、Fe2O3
加 Mn、
脱 氧
Si
钢
C、S、P等元素含量 减少，技术性能及质 量比生铁好的多。
钢的生产过程示意图
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第二节 钢材 的技术性能
钢的主要 技术性能
冲击韧性
冷加工性 能
力学性能 耐疲劳性 时效强化
加工工艺 性能
硬度
焊接性能
抗拉性能 冷弯性能
抗拉性能
01
01
软钢（中低碳钢 ）的抗拉性能
•
钢材的塑性和韧性好；
•
加工性能好，便于安装；
•
耐热性较好。
•
易锈蚀；
•
耐火性差；
•
能耗大、成本高；
建筑钢材 钢的生产与
分类
钢的生产 钢的分类
第一节 钢的生产与分类
建筑钢材 钢的生产与分类
一、钢的生产
➢钢的生产
➢钢的铸锭
钢的生产过程 炼钢——生铁+氧
钢的生产方法
铸锭 脱氧处理 化学偏析
• 氧气转炉法 • 空气转炉法 • 平炉炼钢法 • 电炉炼钢法
➢按有害物质含量 • 普通钢
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第八章 防水材料
l 基本要求：
l 了解煤沥青的技术性质；
l 熟悉石油沥青的分类、组成；
l 掌握石油沥青、防水卷材、防水涂料及密封材 料的技术性质、标准及应用。
l 具体内容：
l 1、石油沥青的分类、组成、主要技术性质及 应用；
l 2、煤沥青和改性沥青；石油沥青和煤沥青的 鉴别；
基本要求：
了解各材料的组成及生产工艺；
熟悉各材料水化硬化原理；
掌握石灰、石膏、水玻璃的主要技术性质和用 途。
具体内容：
1、石灰的原料及生产，熟化及硬化原理，技 术性质及应用；
2、建筑石膏的原料，凝结硬化原理，技术性 质，制品及应用；
3、水玻璃的组成，硬化原理及应用； 4、石灰、石膏、水玻璃的保管。
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l 19、在一般情况下，配制砼时，水泥等级应是砼等级的
l （ ）倍。
l A、1 B、 1.5---2 C、2倍以上 D、1.5倍以下
l 20、符合砼强度等级表示方法的是（ ）。
l A、200# B、MU20 C、C20 D、A—20
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l 21、混凝土配合比设计中的三个重要参数是( )。 A、W、C、S B、W、W/C、Sp C、W/C、C、Sp
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第四章 混凝土
l 基本要求：
l 了解其它混凝土的主要技术性质；
l 熟悉普通混凝土各组成材料的主要技术 性质及质量要求；
l 掌握混凝土的主要技术性质，掌握混凝 土的配合比设计及外加剂。
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l 具体内容：
《建筑材料课件》PPT课件
5
建筑结构材料
建
筑
墙体材料
材
料
建，钢筋
钢木结构：建筑钢材，木材
砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐及砌块
墙板：混凝土墙板、石膏板、复合墙板
防水材料：沥青及其制品 绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨胀珍珠岩 吸声材料；木丝板、毛毡，泡沫塑料 采光材料：窗用玻璃 装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝材
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6
§1
第二章 建筑材料的基本性质
§2-1 材料的物理性质 §2-2 材料的力学性质 §2-3 材料的耐久性
返回键
7
§1
§2-1 材料的物理性质
一、与构造状态有关的物理性质
1．孔隙、孔隙率和密实度
孔隙：材料内部的空隙。
孔隙从两个方面对材料产生影响，一是孔隙的多少，二是孔隙的特征。材料
中含有孔隙的多少常用孔隙率表征。
黑色金属：生铁、碳素钢、合金钢 有色金属：铝，锌，铜及其合金
木材，竹材，软木，毛毡
石油沥青，煤沥青，沥青防水制品
塑料，橡胶，涂料，胶粘剂
无机非金属材料和有 机材料的复合
金属材料与无机非金 属材料复合
金属材料与有机材料 复合
玻璃纤维增强塑料、混合物水泥混凝土、沥青 混合料等
钢纤维增强混凝土等
返回键
轻质金属夹芯板
' m
V′——材料在自然状态下的体积（m3）。
V'
10
§1
§2-1 材料的物理性质
二、与质量状态有关的物理性质
3. 容积密度（又称为体积密度、表观毛密度、容重，volume density）
定义：材料单位宏观外形体积（包括内部封闭孔隙和开口孔隙）的质量称为容
建筑钢结构焊接技术规程
建筑钢结构焊接技术规程前言根据建设部建标［１９９９］３０９号文的要求，规程编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国际标准和国外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，对《建筑钢结构焊接规程》（ＪＧＪ８１—９１）进行了全面修订，制定了本规程。
本规程的主要技术内容是：１总则；２基本规定；３材料；４焊接节点构造；５焊接工艺评定；６焊接工艺；７焊接质量检查；８焊接补强与加固；９焊工考试。
本次修订的主要技术内容是：第一章总则，扩充了适用范围，明确了建筑钢结构板厚下限、类型和适用的焊接方法。
第二章基本规定，是新增加的内容。
明确规定了建筑钢结构焊接施工难易程度区分原则、制作与安装单位资质要求、有关人员资格职责和质量保证体系等。
第三章材料，取消了常用钢材及焊条、焊丝、焊剂选配表和钢材碳当量限制，增加了钢材和焊材复验要求、焊材及气体应符合的国家标准、钢板厚度方向性能要求等。
第四章焊接节点构造，增加了不同焊接方法焊接坡口的形状和尺寸、管结构各种接头形式与坡口要求、防止板材产生层状撕裂的节点形式、构件制作与工地安装焊接节点形式、承受动载与抗震焊接节点形式以及组焊构件焊接节点的一般规定，并对焊缝的计算厚度作了修订。
第五章焊接工艺评定，对焊接工艺评定规则、试件试样的制备、试验与检验等内容进行了全面扩充，增加了焊接工艺评定的一般规定和重新进行焊接工艺评定的规定。
第六章焊接工艺，取消了各种焊接方法工艺参数参照表，增加了焊接工艺的一般规定、各种焊接方法选配焊接材料示例、焊接预热、后热及焊后消除应力要求、防止层状撕裂和控制焊接变形的工艺措施。
第七章焊接质量检查，对焊缝外观质量合格标准、不同形式焊缝外形尺寸允许偏差及无损检测要求进行了修订，增加了焊接检验批的划分规定、圆管Ｔ、Ｋ、Ｙ节点的焊缝超声波探伤方法和缺陷分级标准以及箱形构件隔板电渣焊焊缝焊透宽度的超声波检测方法。
第八章焊接补强与加固，对钢结构的焊接与补强加固方法作了修订和补充，增加了钢结构受气相腐蚀作用时其钢材强度计算方法、负荷状态下焊缝补强与加固的规定、承受动荷载构件名义应力与钢材强度设计值之比β的规定、考虑焊接瞬时热造成构件局部力学性能降低及采取相应安全措施的规定和焊缝强度折减系数等内容。
7.建筑钢材 建筑材料
8.2 钢材的技术性质
六、焊接性能
1、焊接性能定义
焊接性能（又称可焊性）指钢材在通常的焊接方法与工艺条件 下获得良好焊接接头的性能。
2、 可焊性好的钢材的特点
易于用一般焊接方法和工艺施焊。 焊接时不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷。 焊接接头牢固可靠，焊缝及其附近受热影响区的性能不低于母 材的力学性能。 3、影响钢材可焊性的主要因素 主要取决于钢的化学成分：低碳钢有优良的可焊接性 。
Mn
0.25-0.50
0.25-0.55 0.30-0.65①
Si≤
0.30
0.30
S≤
0.050
0.050 0.045 0.050
P≤
0.045
0.045 0.045 0.040 0.035 0.045 0.045
脱氧 方法
F、b、Z
F、b、Z F、b、Z Z
B
Q235 C D Q255 Q275 A B －
JIANZHUCAILIAO
8.2 钢材的技术性质
四、疲劳强度
1、疲劳破坏：受交变荷载的反复作用下。钢材在应力低于其屈 服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象称为疲劳破坏。
2、疲劳强度：钢材在无数次交变荷载作用下（通常以2×106次 应力循环为基准）不致引起脆性断裂的最大循环应力值称为疲劳 强度极限，简称疲劳强度。 3、钢材产生疲劳破坏的原因：由于钢材内部存在局部缺陷，在 应力作用下形成细小的裂纹，裂纹尖端处应力集中，加速了裂纹 的扩展，最终导致钢材的疲劳断裂。 静力抗拉强度 4、影响钢材疲劳强度的因素： 钢材品种、钢材质量、 疲劳极限强度 组织结构、表面状态、 受力状态等。
不易再滑移变形，要使晶粒继续发生塑性变形，产生
新的滑移，需要更大的外力。
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实施步骤：一、组织教学、课前提问（5ˊ）二、教学引导（5ˊ）三、进入本次课讲授内容（包括课堂练习）（85ˊ）四、小结巩固（重申教学目的、重点、难点）（5ˊ）讲授内容：第八章建筑钢材本知识点为本章的入门，是从分类的角度对钢材特性有总体了解。
着重了解碳素钢按碳含量分为3种类型，以及其主要特性；并了解冶炼时脱氧程度对钢材质量的影响。
【基本知识】1.按化学成分分类2.按品质（杂质含量）分类3.按冶炼时脱氧程度分类指出多种分类方式，着重点明其中代表性的分类。
【观察与讨论】观察沸腾钢与镇静钢锭剖面图，从而指出脱氧程度对钢材结构性能的影响。
引导学生作组成--结构--性能线索的思考。
【工程实例分析】钢结构屋架坍塌从工程实例初步理解钢材选用的重要性。
第一节钢的冶炼和分类一、钢的冶炼钢是由生铁冶炼而成的。
钢和铁都是铁碳合金，钢的含碳量在2%以下，而生铁的含碳量大于2%。
另外钢中的杂质含量也少于生铁。
生铁有炼钢生铁和铸造生铁之分。
钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到规定范围，其他杂质含量也降低到允许范围之内。
根据炼钢设备所用炉种不同，炼钢方法主要可分为平炉炼钢、氧气转炉炼钢、电炉炼钢三种。
(1)平炉炼钢它以熔融状或固体状生铁、铁矿石或废钢铁为原料，以煤气或重油为燃料。
利用铁矿石中的氧或鼓入空气中的氧使杂质氧化。
可用于炼制优质碳素钢和合金钢等。
(2)氧气转炉炼钢以熔融的铁水为原料，由转炉顶部吹入高纯度氧气，能有效地去除有害杂质，并且冶炼时间短(20～40min)，生产效率高，所以氧气转炉钢质量好，成本低，应用广泛。
(3)电炉炼钢以电为能源迅速将废钢、生铁等原料熔化，并精炼成钢。
电炉又分为电弧炉、感应炉和电渣炉等。
冶炼后的钢水中含有以FeO形式存在的氧，FeO与碳作用生成CO气泡，并使某些元素产生偏析(分布不均匀)，影响钢的质量。
所以必须进行脱氧处理，方法是在钢水中加入锰铁、硅铁或铝等脱氧剂。
根据脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。
(1)沸腾钢是脱氧不完全的钢。
(2)镇静钢是脱氧充分的钢。
(3)半镇静钢其脱氧程度和质量介于上述两者之间。
建筑钢材是将钢坯加热后经轧制而成的。
二、钢的分类第二节钢材的主要性能1.强度和硬度本小点是本章的重点。
理解弹性模量、弹性极限、屈服强度和极限强度几个概念，注意观察低碳钢单轴拉伸应力－应变曲线示意图，以利于理解。
并了解钢材的硬度与抗拉强度较固定的关系。
【基本知识】观察钢材疲劳断裂的宏观断口特征，分析讨论疲劳破坏。
【工程实例分析】（1）北海油田平台倾覆（2）钢吊车梁裂缝讨论疲劳破坏。
4.工艺性能钢材的工艺性能表示其在加工过程中的行为。
注意应把冷弯性能与伸长率作对比。
而对焊接性能应注意比较不同钢材，如低碳钢与高碳钢的差异。
【基本知识】(1) 冷弯性能结合图说明。
(2)焊接性能【观察与讨论】观察两种伸长率相近的钢材的冷弯性能，讨论其内部组织差异。
【工程实例分析】某运输廊倒塌分析讨论其塑性及焊接方面的问题。
二、钢材的强化与加工钢材的冷加工强化与热处理在土木工程中广泛应用。
注意是在改变钢材结构时导致钢材性能的变化。
即某些性能会提高，而某些性能会下降。
【基本知识】1.冷加工强化冷拉、冷拔、冷轧，冷拔动画演示。
2.其它强化方法固溶强化、弥散强化、时效处理。
3.热处理淬火、回火、退火、正火，以图形象说明，并强调其对性能的影响。
【观察与讨论】观察钢筋应力-应变曲线，讨论冷加工强化和时效处理的机理。
让学生从结构与性能的关联来理解冷加工。
【工程实例分析】从钢结构吊车梁裂纹讨论热处理及冷加工第五问题。
一、建筑钢材的力学与工艺性能1.抗拉性能由低碳钢在拉伸过程中形成的应力(σ)-应变(ε)关系图(图8.1)可知，低碳钢受拉过程可划分为以下4个阶段。
(1)弹性阶段(O—A) (2)屈服阶段(A—B)(3)强化阶段(B—C) (4)颈缩阶段(C—D)(1)弹性阶段(O—A)在OA范围内应力与应变成正比例关系，如果卸去外力，试件则恢复原来的形状，这个阶段称为弹性阶段。
弹性阶段的最高点A所对应的应力值称为弹性极限σp。
当应力稍低于A点时，应力与应变呈线性正比例关系，其斜率称为弹性模量，用E表示，E=σ/ε=tanα。
(2)屈服阶段(A—B)当应力超过弹性极限σp后，应力和应变不再成正比关系，应力在B上至B下小范围内波动，而应变迅速增长。
在σ-ε关系图上出现了一个接近水平的线段。
如果卸去外力已出现塑性变形，AB称为屈服阶段。
B下所对应的应力值称为屈服极限σs。
(3)强化阶段(B—C)当应力超过屈服强度后，由于钢材内部组织产生晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性变形的进一步发展，钢材抵抗外力的能力重新提高。
在σ-ε关系图上形成BC段的上升曲线，这一过程称为强化阶段。
对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用σb表示，它是钢材所能承受的最大应力。
(4)颈缩阶段(C—D)当应力达到抗拉强度σb后，在试件薄弱处的断面将显著缩小，塑性变形急剧增加，产生“颈缩”现象并很快断裂。
将断裂后的试件拼合起来，量出标距两端点间的距离，按下式计算出伸长率δ：δ=（L1-L0）/ L0×100%2.冲击韧性冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。
它是用试验机摆锤冲击带有V形缺口的标准试件的背面，将其折断后试件单位截面积上所消耗的功，作为钢材的冲击韧性指标，以αk 表示(J/cm2)。
αk值越大，表明钢材的冲击韧性愈好(如图8.2)。
影响钢材冲击韧性的因素很多，钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量都会影响冲击韧性。
3.疲劳强度钢材在交变应力的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为疲劳破坏。
疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指疲劳试验时试件在交变应力作用下，于规定周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。
一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，抗拉强度高，其疲劳极限也较高。
钢材的疲劳极限与其内部组织和表面质量有关。
4.硬度硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。
测定钢材硬度常用布氏法。
布氏法是用一直径为D的硬质钢球，在荷载P(N)的作用下压入试件表面，经规定的时间后卸去荷载，用读数放大镜测出压痕直径d，以压痕表面积(mm2)除荷载P，即为布氏硬度值HB。
HB值越大，表示钢材越硬。
如图8.3。
5.冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。
钢材的冷弯性能指标是用弯曲角度和弯心直径对试件厚度(直径)的比值来衡量的。
试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度(直径)的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。
如图8.4所示。
钢材的冷弯性能和伸长率都是塑性变形能力的反映。
二、钢材的冷加工1.钢材的冷加工及时效钢材经冷加工产生一定塑性变形后，其屈服强度、硬度提高，而塑性、韧性及弹性模量降低，这种现象称为冷加工强化。
钢材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷轧。
以钢筋的冷拉为例(图8.5)，图中OBCD为未经冷拉时的应力-应变曲线。
图8.4 钢材冷弯(a)试样安装；(b)弯曲90°；(c)弯曲180°；(d)弯曲至两面重合；(e)规定弯心2.冷加工在工程中的应用钢筋冷拉后屈服强度可提高15%～20%，冷拔后屈服强度可提高40%～60%。
冷拔是将外形为光圆的盘条钢筋从硬质合金拔丝模孔中强行拉拔(如图8.6)，由于模孔直径小于钢筋直径，钢筋在拔制过程中既受拉力又受挤压力，使强度大幅度提高但塑性显著降低。
三、钢的化学成分对钢材性能的影响在学习了钢材的一系列性能后，再以钢材的组成、结构来分析其对性能的影响。
在重点了解碳含量对钢材所形成的几种基本晶体组织及性能影响的基础上，可定性地了解其它有益的微量组分与有害组分。
【基本知识】1 钢材的晶体结构除讨论其晶体结构外，还涉及缺陷。
2 钢材的基本组织铁素体、渗碳体、珠光体和奥氏体。
【观察与讨论】通过观察与讨论使对上述抽象的问题形象而深入。
（1）碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响观察含碳量与碳素钢基本组织的关系图，讨论组成、结构与性能的差异。
此为难点，加以讲解。
（2）钢材的晶体结构与性能观察晶格滑移及缺陷示意动画通过讨论让学生形象理解为何实际强度低于理论强度。
【工程实例分析】钢结构倒塌从工程质量事故讨论钢组成结构对性能的影响。
1.碳是决定钢材性能的主要元素。
如图8.7所示，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。
但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。
2.硅、锰加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。
3.硫、磷硫不溶于铁而以FeS的形式存在，FeS和Fe形成低熔点的共晶体。
当钢材温度升至1000℃以上进行热加工时，共晶体熔化，晶粒分离，使钢材沿晶界破裂，这种现象叫做热脆性。
磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显，使钢材容易脆裂，这种现象叫做冷脆性。
4.氧、氮未除尽的氧、氮大部分以化合物的形式存在，如FeO、Fe4N等。
这些非金属化合物、夹杂物降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。
氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。
5.钛、钒、铌是钢的强脱氧剂和合金元素。
能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。
第三节建筑钢材的技术标准及选用土木工程常用的金属材料有钢结构用钢、钢筋混凝土结构用钢以及铝合金。
注意对比它们之间的异同点，根据工程需要合理选用。
【基本知识】钢结构用钢（1）碳素结构钢的牌号意义及性能（2）低合金钢混凝土结构用钢主要用途列表表示。
铝合金说明其特性与多种用途。
【材料综合选用】在东北地区，三种钢材供选择，结合实例分析并理解沸腾钢、镇静钢、半镇静钢的性能用途差异。
【工程实例分析】（1）韩国汉城大桥倒塌（2）低质量的铝合金门窗结合实例分析，让学生深刻理解钢材的性能与应用。
建筑工程中需要消耗大量的钢材，按用于不同的工程结构类型可分为：钢结构用钢，如各种型钢、钢板、钢管等；钢筋混凝土工程用钢，如各种钢筋和钢丝。
从材质上分主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢，也用到优质碳素结构钢。
一、普通碳素结构钢普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁-碳合金。
其含碳量为0.02%～2.06%，此外尚含有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。
现行国家标准《碳素结构钢》(GB 700—1988)具体规定了它的牌号表示方法、技术要求、试验方法、检验规则等。
1.碳素结构钢的牌号表示方法碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。
碳素结构钢可分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号。