钢结构预算员初学计算办法
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当温度从常温下降时，强度略有提高，但塑性和 韧性则降低而变脆，当温度下降到某一区间时，冲击 韧性急剧下降，破坏特征明显地转变为脆性破坏，这 就是低温冷脆。
源自文库
16.3.4 复杂应力作用下的工作
图16.6 复杂应力状态
16.3.5 应力集中的影响
由于截面几何形状的突变，造成应力线密集曲折， 从而在孔洞边缘、缺口尖端出现局部高峰应力，而其 他部位应力降低，形成所谓的应力集中现象。
所谓人工时效是使钢材先发生10%左右的塑性变 形，再加热至250℃保持1h，然后在空气中冷却，则时 效可在几小时内完成。
钢材在弹塑性或塑性阶段卸荷后再重新加荷，其 屈服点将提高，弹性工作范围加大，而塑性和韧性却 降低，这种现象叫做冷作硬化。
16.3.3 温度的影响
钢在250℃左右时，抗拉强度有所提高而塑性、韧 性下降，这种现象叫蓝脆（因表面氧化膜呈蓝色）。 应避免在蓝脆温度范围内进行热加工，否则易出现裂 纹。
（1） 钢材强度高，结构自重轻 （2） 塑性、韧性好 （3） 材质均匀 （4） 工业化程度高
（5） 可焊性 （6） 耐腐蚀性差 （7） 耐火性差 （8） 钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆 性断裂，这应引起设计者的特别注意。
16.1.2 钢结构的应用范围
（1） 大跨度结构 （2） 重型厂房结构 （3） （4） （5） （6） 板壳结构 （7）
屈服阶段后，钢材内部组织经重新调整进入强化 阶段，直至曲线最高点即抗拉强度fu，出现颈缩，此 时变形剧增，应力下降，最后试件断裂。
抗拉强度是钢材破坏前所能承受的最大应力，但 是巨大的塑性变形，使之无实用意义，只作为强度贮 备。
fy/fu叫做屈强比，其值愈大，说明钢材被充分利 用；愈小则安全储备愈大。
16.1.3 钢结构的发展
（1） （2）轧制新品种的型钢 （3）计算方法的完善 （4）结构形式 （5） 优化原理的应用
16.2 钢材的机械性能与化学成分
16.2.1 钢材的机械性能
（1） 建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉
伸试验曲线表明，该试验是将钢材的标准试件在拉伸 试验机上，按规定的加荷速度逐渐施加拉力荷载，使 试件逐渐伸长，直至拉断破坏。根据加荷过程中所测 得的数据画出应力－应变曲线（即σ－ε曲线）。
由图16.7可以看到，应力集中的程度取决于构件 形状的变化，变化剧烈，高峰应力则大。
图16.8为不同槽口试件拉伸时的应力－应变图， 表明形状变化愈剧烈的试件，应力集中愈严重，抗拉 强度愈高，而脆性破坏的危险也愈大。
钢结构用钢机械性能指标规定见表16.1和表16.2
图16.1 低碳钢单向拉伸应力－应变图
图16.2 静力拉伸标准试件
图16.3 冷弯试验示意图
图16.4 冲击韧性试验及试件缺口形式
（a） 试验示意图；(b) 梅氏U形缺口；(c) 夏比氏V形缺口
图16.5 冲击试件取样方法
表16.1 Q235钢的机械性能
钢结构所用各类钢材的化学成分见表16.3和表16.4
表16.3 Q235钢的化学成分（熔炼分析）（%）
表16.4 Q345和Q390钢的化学成分（熔炼分析）（%）
16.3 其他因素对钢材性能的影响
16.3.1 冶炼和轧制过程
钢按冶炼方式可分为平炉钢与顶吹氧气转炉钢 两种，两者在化学成分、机械性能和工艺性能上基
本章内容
16.1 钢结构的特点、应用范围与发 展
16.2 钢材的机械性能与化学成分 16.3 其他因素对钢材性能的影响 16.4 钢材的品种与选用 16.5 钢结构的设计方法与设计指标
16.1 钢结构的特点、应用范围与发展
16.1.1 钢结构的特点
钢结构是以钢板、型钢、薄壁型钢制成的构件， 通过焊接、铆接、螺栓连接等方式而组成的结构， 与其他材料的结构相比，具有如下的特点：
如图16.1所示，为低碳钢的应力－应变曲线。
当应力超过fp后，应变比应力增加得快，到达b点 后，应变急剧增加，而应力基本不变，此阶段称为屈 服阶段，应力－应变曲线呈水平段，钢筋产生相当大 的塑性变形，c点对应的应力fy称为屈服强度。
没有明显屈服点和塑性平台的钢材，则以卸荷后 残余变形为0.2%时所对应的应力为屈服点，称为名义 屈服点f0.2。
（2） 塑性 钢材的塑性是指应力超过屈服点后，能产生显著
的塑性变形，而不立即断裂的性质，可用试件静力拉 伸时的伸长率来衡量。
伸长率为图16.2所示试件拉断后，原标距的伸长
l1 l 0 100%
l0
（3） 冷弯性能
冷弯性能是指钢材在冷加工时（即常温下加工）， 对产生裂缝的抵抗能力。
冷弯试验方法是在材料试验机上，通过冷弯冲头 加压，将厚度为a、宽度为b的板材按规定的弯心直径 d弯曲180°，以弯曲处无裂纹、不起层为合格。同时 又可检查钢材的内部缺陷（颗粒组织、结晶情况、杂 质分布等），鉴定钢材的可焊性，因此冷弯性能是衡 量钢材质量的综合性指标（图16.3）。
表16.2 Q345及Q390钢的机械性能
16.2.2 钢材料的化学成分
钢材的化学成分直接影响钢的组织构造和机械性 能。
钢的基本元素是铁（Fe），它在碳素结构钢中含 量约占99%，其余是碳（C）、锰（Mn）、硅（Si） 以及冶炼中不易除净的有害元素硫（S）、磷（P）、 氧（O）、氮（N）等。
在低合金结构钢中，适当增加锰、硅含量，可改 善钢材的机械性能。若增加少量的钒、钛、铌、铜等 元素，则对某些性能的改善更显著。
（4） 冲击韧性
钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收 能量的能力，也是钢材在动力荷载作用下，抵抗脆性 破坏的能力。
冲击韧性指标由冲击试验获得，叫做冲击值。在 冲击试验时，采用截面为10mm×10mm，长度为 55mm，中间开有小槽的长方形试件（图16.5 在摆锤式冲击试验机上冲断（图16.4），可从试验机 刻度盘上读出冲击功Ak(单位J)。
钢按脱氧情况的不同，可分为沸腾钢、镇静钢、 半镇静钢。
钢锭是在1200~1300℃高温下，经多次热轧而成 材的。热轧改善钢锭的铸造组织，使结晶致密，消 除部分缺陷，提高了力学性能。钢锭厚度与型钢厚 度之比称为压缩比
16.3.2 钢材的硬化
钢材随时间的增长，其强度提高而塑性、韧性下 降的现象叫时效硬化。
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16.3.4 复杂应力作用下的工作
图16.6 复杂应力状态
16.3.5 应力集中的影响
由于截面几何形状的突变，造成应力线密集曲折， 从而在孔洞边缘、缺口尖端出现局部高峰应力，而其 他部位应力降低，形成所谓的应力集中现象。
所谓人工时效是使钢材先发生10%左右的塑性变 形，再加热至250℃保持1h，然后在空气中冷却，则时 效可在几小时内完成。
钢材在弹塑性或塑性阶段卸荷后再重新加荷，其 屈服点将提高，弹性工作范围加大，而塑性和韧性却 降低，这种现象叫做冷作硬化。
16.3.3 温度的影响
钢在250℃左右时，抗拉强度有所提高而塑性、韧 性下降，这种现象叫蓝脆（因表面氧化膜呈蓝色）。 应避免在蓝脆温度范围内进行热加工，否则易出现裂 纹。
（1） 钢材强度高，结构自重轻 （2） 塑性、韧性好 （3） 材质均匀 （4） 工业化程度高
（5） 可焊性 （6） 耐腐蚀性差 （7） 耐火性差 （8） 钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆 性断裂，这应引起设计者的特别注意。
16.1.2 钢结构的应用范围
（1） 大跨度结构 （2） 重型厂房结构 （3） （4） （5） （6） 板壳结构 （7）
屈服阶段后，钢材内部组织经重新调整进入强化 阶段，直至曲线最高点即抗拉强度fu，出现颈缩，此 时变形剧增，应力下降，最后试件断裂。
抗拉强度是钢材破坏前所能承受的最大应力，但 是巨大的塑性变形，使之无实用意义，只作为强度贮 备。
fy/fu叫做屈强比，其值愈大，说明钢材被充分利 用；愈小则安全储备愈大。
16.1.3 钢结构的发展
（1） （2）轧制新品种的型钢 （3）计算方法的完善 （4）结构形式 （5） 优化原理的应用
16.2 钢材的机械性能与化学成分
16.2.1 钢材的机械性能
（1） 建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉
伸试验曲线表明，该试验是将钢材的标准试件在拉伸 试验机上，按规定的加荷速度逐渐施加拉力荷载，使 试件逐渐伸长，直至拉断破坏。根据加荷过程中所测 得的数据画出应力－应变曲线（即σ－ε曲线）。
由图16.7可以看到，应力集中的程度取决于构件 形状的变化，变化剧烈，高峰应力则大。
图16.8为不同槽口试件拉伸时的应力－应变图， 表明形状变化愈剧烈的试件，应力集中愈严重，抗拉 强度愈高，而脆性破坏的危险也愈大。
钢结构用钢机械性能指标规定见表16.1和表16.2
图16.1 低碳钢单向拉伸应力－应变图
图16.2 静力拉伸标准试件
图16.3 冷弯试验示意图
图16.4 冲击韧性试验及试件缺口形式
（a） 试验示意图；(b) 梅氏U形缺口；(c) 夏比氏V形缺口
图16.5 冲击试件取样方法
表16.1 Q235钢的机械性能
钢结构所用各类钢材的化学成分见表16.3和表16.4
表16.3 Q235钢的化学成分（熔炼分析）（%）
表16.4 Q345和Q390钢的化学成分（熔炼分析）（%）
16.3 其他因素对钢材性能的影响
16.3.1 冶炼和轧制过程
钢按冶炼方式可分为平炉钢与顶吹氧气转炉钢 两种，两者在化学成分、机械性能和工艺性能上基
本章内容
16.1 钢结构的特点、应用范围与发 展
16.2 钢材的机械性能与化学成分 16.3 其他因素对钢材性能的影响 16.4 钢材的品种与选用 16.5 钢结构的设计方法与设计指标
16.1 钢结构的特点、应用范围与发展
16.1.1 钢结构的特点
钢结构是以钢板、型钢、薄壁型钢制成的构件， 通过焊接、铆接、螺栓连接等方式而组成的结构， 与其他材料的结构相比，具有如下的特点：
如图16.1所示，为低碳钢的应力－应变曲线。
当应力超过fp后，应变比应力增加得快，到达b点 后，应变急剧增加，而应力基本不变，此阶段称为屈 服阶段，应力－应变曲线呈水平段，钢筋产生相当大 的塑性变形，c点对应的应力fy称为屈服强度。
没有明显屈服点和塑性平台的钢材，则以卸荷后 残余变形为0.2%时所对应的应力为屈服点，称为名义 屈服点f0.2。
（2） 塑性 钢材的塑性是指应力超过屈服点后，能产生显著
的塑性变形，而不立即断裂的性质，可用试件静力拉 伸时的伸长率来衡量。
伸长率为图16.2所示试件拉断后，原标距的伸长
l1 l 0 100%
l0
（3） 冷弯性能
冷弯性能是指钢材在冷加工时（即常温下加工）， 对产生裂缝的抵抗能力。
冷弯试验方法是在材料试验机上，通过冷弯冲头 加压，将厚度为a、宽度为b的板材按规定的弯心直径 d弯曲180°，以弯曲处无裂纹、不起层为合格。同时 又可检查钢材的内部缺陷（颗粒组织、结晶情况、杂 质分布等），鉴定钢材的可焊性，因此冷弯性能是衡 量钢材质量的综合性指标（图16.3）。
表16.2 Q345及Q390钢的机械性能
16.2.2 钢材料的化学成分
钢材的化学成分直接影响钢的组织构造和机械性 能。
钢的基本元素是铁（Fe），它在碳素结构钢中含 量约占99%，其余是碳（C）、锰（Mn）、硅（Si） 以及冶炼中不易除净的有害元素硫（S）、磷（P）、 氧（O）、氮（N）等。
在低合金结构钢中，适当增加锰、硅含量，可改 善钢材的机械性能。若增加少量的钒、钛、铌、铜等 元素，则对某些性能的改善更显著。
（4） 冲击韧性
钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收 能量的能力，也是钢材在动力荷载作用下，抵抗脆性 破坏的能力。
冲击韧性指标由冲击试验获得，叫做冲击值。在 冲击试验时，采用截面为10mm×10mm，长度为 55mm，中间开有小槽的长方形试件（图16.5 在摆锤式冲击试验机上冲断（图16.4），可从试验机 刻度盘上读出冲击功Ak(单位J)。
钢按脱氧情况的不同，可分为沸腾钢、镇静钢、 半镇静钢。
钢锭是在1200~1300℃高温下，经多次热轧而成 材的。热轧改善钢锭的铸造组织，使结晶致密，消 除部分缺陷，提高了力学性能。钢锭厚度与型钢厚 度之比称为压缩比
16.3.2 钢材的硬化
钢材随时间的增长，其强度提高而塑性、韧性下 降的现象叫时效硬化。