第三章　工程材料

第一节　建筑结构材料

　　一、建筑钢材

　　(一)常用的建筑钢材

　　1.钢筋混凝土结构用钢

　　(1)热轧钢筋

　　热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材之一，主要用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。热轧钢筋的技术要求应符合《钢筋混凝土用钢 第 1 部分：热轧光圆钢筋》GB1499.1 和《钢筋混凝土用钢第 2 部分：热轧带肋钢筋》GB1499.2 的相关规定。

　　(2)冷加工钢筋

　　在常温下对热轧钢筋进行机械加工(冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冲压等)而成。常见的品种有冷拉热轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷拔低碳钢丝。

　　1)冷拉热轧钢筋。在常温下将热轧钢筋拉伸至超过屈服点小于抗拉强度的某一应力，然后卸荷，即制成了冷拉热轧钢筋。如卸荷后立即重新拉伸，卸荷点成为新的屈服点，因此冷拉可使屈服点提高，材料变脆、屈服阶段缩短，塑性、韧性降低。若卸荷后不立即重新拉伸，而是保持一定时间后重新拉伸，钢筋的屈服强度、抗拉强度进一步提高，而塑性、韧性继续降低，这种现象称为冷拉时效。

　　2)冷轧带肋钢筋。

　　用低碳钢热轧盘圆条直接冷轧或经冷拔后再冷轧，形成三面或两面横肋的钢筋。根据《冷轧带肋钢筋》GB 13788 规定，冷轧带肋钢筋分为 CRB550、CRB650、CRB800、CRB600H、CRB680H、CRB800H 六个牌号。CRB550、CRB600H 为普通钢筋混凝土用钢筋，CRB650、CRB800、CRB800H 为预应力混凝土用钢筋，CRB680H 既可作为普通钢筋混凝土用钢筋，也可作为预应力混凝土用钢筋使用。冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，具有强度高、握裹力强、节约钢材、质量稳定等优点，但塑性降低，强屈比变小。

　　3)冷拔低碳钢丝。

　　低碳钢热轧圆盘条或热轧光圆钢筋经一次或多次冷拔制成的光圆钢丝，在使用中应符合《冷拔低碳钢丝应用技术规程》JGJ 19 规定。冷拔低碳钢丝宜作为构造钢筋使用，作为结构构件中纵向受力钢筋使用时应采用钢丝焊接网。冷拔低碳钢丝不得作预应力钢筋使用。作为箍筋使用时，冷拔低碳钢丝的直径不宜小于 5mm，间距不应大于 200mm，构造应符合国家现行相关标准的有关规定。冷拔低碳钢丝只有CDW550 一个牌号。CDW550 级冷拔低碳钢丝的直径可为：3mm、4mm、5mm、6mm、7mm 和 8mm。直径小于5mm 的钢丝焊接网不应作为混凝土结构中的受力钢筋使用;除钢筋混凝土排水管、环形混凝土电杆外，不应使用直径 3mm 的冷拔低碳钢丝;除大直径的预应力混凝土桩外，不宜使用直径 8mm 的冷拔低碳钢丝。

　　(3)预应力混凝土热处理钢筋

　　(4)预应力混凝土用钢丝与钢绞线

　　2.钢结构用钢

　　钢结构用钢主要是热轧成型的钢板、型钢等，其中型钢又分热轧型钢和冷弯薄壁型钢。钢材所用的母材主要是普通碳素结构钢及低合金高强度结构钢。

　　(1)热轧型钢。按

　　钢材的外形，钢结构常用热轧型钢有：工字钢、H 型钢、T 型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等。

　　(2)冷弯薄壁型钢。薄壁型钢是用薄钢板(通常 2-6mm)冷弯或者模压而成，其界面形状多样，可分为角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢。薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢，壁厚一般为 1.5-5mm，多用于轻型钢结构。

　　(3)钢板和压型钢板。

　　3.钢管混凝土结构用钢

　　钢管混凝土结构即采用钢管混凝土构件作为主要受力构件的结构，简称 CFST 结构。钢管混凝土构件是指在钢管内填充混凝土的构件，包括实心和空心钢管混凝土构件，截面可为圆形、矩形及多边形，简称 CFST 构件。

　　(二)钢材的性能

　　钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。其中力学性能是钢材最重要的使用性能，包括抗拉性能、冲击性能、硬度、疲劳性能等。工艺性能表示钢材在各种加工过程中的行为，包括弯曲性能和焊接性能等。

　　1.抗拉性能

　　(1)屈服强度。在弹性阶段 OA 段，如卸去拉力，试件能恢复原状，此阶段的变形为弹性变形，应力与应变成正比，其比值即为钢材的弹性模量。与 A 点对应的应力称为弹性极限(σp)。当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段 AB 时，应力的增长滞后于应变的增加。当应力达到 B 点时，试件进入塑性阶段，应力不增加但应变增大，这时相应的应力称为屈服强度(屈服点)。如果达到屈服点后应力值发生下降，则应区分上屈服点(ReH)和下屈服点(ReL)，在结构计算时以下屈服点作为材料的屈服强度的标准值。预应力钢筋混凝土用的高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点，没有明显的屈服平台，这类钢材的屈服点以产生残余变形达到原始标距长度 L0的 0.2%时所对应的应力作为规定的屈服强度极限(RP0.2)。

　　(2)抗拉强度。

　　(3)伸长率。

　　2.冲击性能

　　冲击性能指钢材抵抗冲击载荷的能力。其指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定。按规定，将带有 V 形缺口的试件进行冲击试验。试件在冲击荷载作用下折断时所吸收的功，称为冲击吸收功Akv(J)。钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度等都是影响冲击韧性的重要因素。

　　Akv值随试验温度的下降而减小，当温度降低达到某一范围时，Akv急剧下降而呈脆性断裂，这种现象称为冷脆性。发生冷脆时的温度称为脆性临界温度，其数值越低，说明钢材的低温冲击韧性越好。因此，对直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构，必须进行冲击韧性检验，并选用脆性临界温度较使用温度低的钢材。另外，时效敏感性(因时效导致性能改变的程度)愈大的钢材，经过时效以后，其冲击韧性和塑性的降低愈显著，对于承受动荷载的结构物应选用时效敏感性较小的钢材。

　　3.硬度

　　钢材的硬度是指表面层局部体积抵抗较硬物体压入产生塑性变形的能力。表征值常用布氏硬度值 HB表示。数值越大，表示钢材越硬。

　　4.耐疲劳性

　　在交变荷载反复作用下，钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指钢材在交变荷载作用下于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。试验表明，钢材承受的交变应力越大，则断裂时的交变循环次数越少，相反，交变应力越小，则断裂时的交变循环次数越多;当交变应力低于某一值时，交变循环次数达无限次也不会产生疲劳破坏。

　　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，是钢材的重要工艺性能。冷弯性能指标是通过试件被弯曲的角度(90°、180°)及弯心直径 d 对试件厚度(或直径)a 的比值(d/a)区分的。试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。

　　冷弯试验能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力、夹杂物未熔合和微裂隙等缺陷。在拉力试验中，这些缺陷常因塑造性变形导致应力重分布而得不到反映。因此，冷弯试验是一种比较严格的试验，对钢材的焊接质量也是一种严格的检验，能揭示焊件在受弯表面存在的裂纹和夹杂物。

　　6.焊接性能

　　钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度。影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。含碳量超过 0.3%，可焊性显著下降等。

　　(三)钢材的化学成分

　　钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。

　　1.碳

　　2.硅

　　3.锰

　　4.硫

　　5.磷

　　6.氮

　　7.氧

　　8.钛