学习单元2

建筑钢结构材料

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任务2.1 承重结构用钢材

1.结构用钢材的分类

钢材的品种繁多，按化学成分可分为碳素钢和合金钢，按用途钢材可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢等。我国建筑钢结构采用的钢材以碳素结构钢和低合金高强度结构钢为主。

1）碳素结构钢

碳素结构钢是最普遍的工程用钢，按其含碳量的多少又可粗略地分为低碳钢、中碳钢和高碳钢，建筑钢结构主要使用低碳钢。

碳素结构钢按脱氧程度分为镇静钢和沸腾钢两类；碳素结构钢的牌号按屈服点共划分为4种，即Q195、Q215、Q235、Q275。

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、脱氧方法符号四个部分按顺序组成，所采用的符号分别用下列字母表示：

Q——钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；

A、B、C、D——分别为质量等级；

F——沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母；

Z——镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；

TZ——特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母。

在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号可以省略。

碳素结构钢的质量等级分为A、B、C、D四级，由A到D，表示质量由低到高。质量高低主要是以对冲击韧性（夏比V形缺口试验）的要求区分的，对冷弯试验的要求也有所区别。对A级钢，冲击韧性不作为要求条件，对冷弯试验只在需方有要求时才进行；而B、C、D各级则都要求AKV值不小于27J，不过三者的试验温度有所不同，B级要求常温（20±5℃）冲击值，C和D级则分别要求0℃和-20℃冲击值。B、C、D级都要求冷弯试验合格。

2）优质碳素结构钢

优质碳素结构钢与碳素结构钢的主要区别在于钢中含杂质元素较少，磷、硫等有害元素的含量均不大于0.035%，其他缺陷的限制也较严格，具有较好的综合性能。由于价格较高，钢结构中使用较少，仅用经热处理的优质碳素结构钢冷拔高强钢丝制作高强螺栓、自攻螺钉等。

优质碳素结构钢的牌号以平均含碳量的万分数表示前面两位数字，若某种合金元素的平均含量高于0.5%时，其后再标出所含合金元素的符号。用于建筑的优质碳素结构钢有15号、20号、16Mn、20Mn钢四个牌号。

3）低合金高强度结构钢

合金元素总量低于5%的钢为低合金钢，在5%～10%之间的是中合金钢，高于10%的是高合金钢。建筑钢结构只用低合金钢，广泛用于大跨度钢结构，可比碳素结构钢节省钢材20%～30%。

2.结构用钢材的规格

钢结构构件一般宜直接选用型钢，这样可减少制造工作量，降低造价。型钢尺寸不够或构件很大时才用钢板制作。所以，钢结构中的元件是钢板及型钢，型钢又有热轧成型和冷弯成型两种。

1）钢板

钢板分为热轧钢板和钢带、冷轧钢板和钢带、花纹钢板、高层建筑结构用钢板。在图纸中其规格用符号“-”和厚度×宽度×长度的毫米数表示。例如：-12×800×2100表示厚度为12mm、宽度为800mm、长度为1200mm的钢板。

随着高层建筑、大跨度结构的发展，要求构件的承载力越来越大，所用钢板的厚度也日益增大。目前国内高层建筑中所用钢板厚度已超过100mm。钢板沿3个方向的机械性能是有差别的：沿轧制方向性能最好，垂直于轧制方向的性能稍差，沿厚度方向的性能则又次之。一般情况下的钢材，尤其是厚钢板，局部性的夹渣、分层往往难以避免。夹渣、分层主要来源于钢中的硫、磷偏析和非金属夹杂等缺陷。另一方面，在实际的钢结构中，尤其是层数较高的建筑和跨度较大的结构，常常会有沿钢板厚度方向受拉的情况，如梁与柱的连接处。钢板沿厚度方向塑性较差，以及夹渣、分层现象，常常造成钢板沿厚度方向受拉时发生层状撕裂。为保证安全，要求采用一种能抗层状撕裂的钢，称为厚度方向性能钢板，或称Z向钢（Z向是指钢材厚度方向）。

《建筑结构用钢板》（GB/T19879—2005）中规定了建筑结构用钢板牌号的表示方法：牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母（Q）、屈服强度数值、代表高性能建筑结构用钢的汉语拼音字母（GJ）、质量等级符号（B、C、D、E）组成，如Q345GJC；对于厚度方向性能钢板，在质量等级后加上厚度方向（Z向）性能级别Z15、Z25或Z35，Z后面的数字为截面收缩率ψ的指标，如Q345GJCZ25。

2）热轧型钢

常用的热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢、H型钢和T型钢。

（1）角钢

角钢由两个互相垂直的肢组成，若两肢长度相等，称为等边角钢，若不等则为不等边角钢。等边角钢的型号用符号“∟”和肢宽×肢厚的毫米数表示，如∟100×10为肢宽100mm、肢厚10mm的等边角钢。不等边角钢的型号用符号“∟”和长肢宽×短肢宽×肢厚的毫米数表示，如∟100×80×8为长肢宽100mm、短肢宽80mm、肢厚8mm的不等边角钢。

（2）工字钢

工字钢型号以高度（cm）编号，符号分别用“I”表示，按照腹板厚度不同，同一型号又分为a、b、c三类，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增2mm。如I32a表示截面高度为320mm、腹板厚度为a类的工字钢。

（3）槽钢

槽钢型号用符号“[”及号数表示，号数代表截面高度的厘米数。按照腹板厚度不同，同一型号又分为a、b、c三类，其腹板厚度和翼缘宽度均分别递增2mm。如[36a表示截面高度为360mm、腹板厚度为a类的槽钢。

（4）H型钢和剖分T型钢

H型钢的翼缘较宽阔而且等厚，因此在宽度方向的惯性矩和回转半径都大为增加，由于截面形状合理，使钢材能发挥更高的效能，且其内外表面平行，便于和其他构件连接。

H型钢有热轧成型及焊接组合成型两种生产方式。焊接H型钢是将厚度合适的带钢裁成合适的宽度，在连续式焊接机组上将边部和腰部焊接在一起。根据《焊接H型钢》（YB3301—2005）规定，焊接H型钢用“WH”来表示，W为焊接英文Welding的首字母，H代表H型钢。

热轧H型钢根据不同用途合理分配截面尺寸的高宽比，具有优良的力学性能和优越的使用性能，结构强度高。同工字钢相比，截面模数大，在承载条件相同时，可节约金属10%～15%。以热轧H型钢为主的钢结构，其结构科学合理，塑性和柔韧性好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些多地震发生带的建筑结构。与焊接H型钢相比，能明显地省工省料，减少原材料、能源和人工的消耗，残余应力低，外观和表面质量好。

热轧剖分T型钢是由对应的H型钢沿腹板中部对等剖分而成的。

根据国家标准《热轧H型钢和剖分T型钢》（GB/T11263—2005）规定，热轧H型钢分为四类，其代号如下：宽翼缘H型钢HW（W为Wide英文字头）；中翼缘H型钢HM（M为Middle英文字头）；窄翼缘H型钢HN（N为Narrow英文字头）；薄壁H型钢HT（T为Thin英文字头）。剖分T型钢分为三类，其代号如下：宽翼缘剖分T型钢TW；中翼缘剖分T型钢TM；窄翼缘剖分T型钢TN。

H型钢型号的表示方法是先用符号HW、HM、HN等表示H型钢的类别，后面加“高度（毫米）×宽度（毫米）”。例如：HW300×300，即为截面高度为300mm、翼缘宽度为300mm的宽翼缘H型钢。上述方法同样适用于T型钢。

（5）冷弯薄壁型钢

冷弯薄壁型钢一般由厚度为1.5～6mm的钢板或钢带（成卷供应的薄钢板）经冷弯或模压制成，其截面各部分厚度相同，转角处均呈圆弧形。冷弯薄壁型钢有各种截面形式，图2-1是几种截面示例。冷弯薄壁型钢的优点是壁薄，截面以几何形状开展，因而与面积相同的热轧型钢相比，其截面惯性矩大，是一种高效经济的截面，缺点是因为壁薄，对锈蚀影响较为敏感。冷弯薄壁型钢多用于跨度小、荷载轻的轻钢结构中。

3.结构用钢材的主要性能

1）力学性能

钢材的力学性能是通过对钢材的一次单向均匀拉伸试验得出的，主要有强度、塑性和冲击韧性三方面。

（1）钢材的强度

钢材的强度主要有屈服强度fy、抗拉强度fu。钢结构设计时，可用屈服强度fy作为承载能力极限状态强度计算的限值。对于没有明显的屈服点和屈服平台的钢材，可以用卸荷后试件残余应变的0.2%所对应的应力为其屈服点，称为名义屈服点或屈服强度f0.2。

抗拉强度fu主要作为钢材的强度储备，即屈强比（fy/fu）越小，强度储备越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则表示钢材有效利用率太低，造成浪费。建筑结构钢的屈强比一般为0.6～0.75。

（2）钢材的塑性

塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力，可由静力拉伸试验得到的伸长率δ或截面收缩率ψ来衡量。

伸长率δ等于试件拉断后的原标距的塑性变形（即伸长值）和原标距的比值，以百分数表示，即

式中 l0——试件原标距长度；

l1——试件拉断后标距的长度。

δ随试件的标距长度与试件直径d0的比值l0/d0增大而减小。标准试件一般取l0=5d0（短试件）或l0=10d0（长试件），所得伸长率用δ5和δ10表示。目前的钢材标准规定采用δ5，以节约材料。

（3）钢材的冲击韧性

韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量来度量。现行国家标准采用国际上通用的夏比试验法，夏比缺口韧性用AKV或CV表示，其值为试件折断所需的功，单位为焦耳（J）。

2）工艺性能

（1）冷弯性能

冷弯性能也是钢材机械性能的一项指标，但它是比单向拉伸试验更为严格的一种试验方法。它不仅能检验钢材承受规定的弯曲变形能力，还能反映出钢材内部的冶金缺陷，如结晶情况，非金属夹杂物的分布情况等缺陷。因此，是判别钢材塑性性能和质量的一个综合性指标。对一般结构构件采用的钢材，不必要求通过冷弯试验；只有某些重要结构及需要经过冷加工的构件，才要求不仅伸长率合格，而且冷弯试验也要合格。

（2）可焊性

可焊性是指钢材对焊接工艺的适应能力，包括两方面要求：一是通过一定的焊接工艺能保证焊接接头具有良好的力学性能；二是施工过程中，选择适宜的焊接材料和焊接工艺参数后，有可能避免焊缝金属和钢材热影响区产生热（冷）裂纹的敏感性。

衡量可焊性高低的指标是碳当量Ceq，它主要与碳元素的含量有关，另外其他一些合金元素对其也有一定影响。

4.影响钢材性能的因素

1）化学成分的影响

（1）碳元素含量提高，则强度提高，但塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。

（2）锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）、铌（Nb）、钛（Ti）、铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni）基本上属于有益元素，一般都有提高钢材强度、塑性和韧性的效能，但锰或硅的含量过高，可导致可焊性降低。铝用于补充脱氧，铬和镍用于Q390和Q420钢材。

（3）硫（S）、磷（P）、氧（O）和氮（N）基本上属于有害元素，一般都使钢材的韧性降低。硫和氧易导致热脆，磷和氮则易导致冷脆。

2）成材过程的影响

冶炼过程决定了钢的化学成分和金相组织结构，因而确定了钢种和钢材牌号。浇铸过程中脱氧程度的不同导致形成镇静钢与沸腾钢之分。

（1）冶炼过程中产生的冶金缺陷（如偏析、非金属夹杂、气孔及裂纹等）将严重降低钢材的冷弯、冲击韧性、疲劳强度等力学性能，使得钢材抗脆性断裂的能力降低。因此，镇静钢的性能优于沸腾钢。

（2）钢材热轧可消除冶炼过程中的部分缺陷，提高钢材的力学性能。因此，轧制压缩比大的钢材性能优于压缩比小的钢材。轧制过程在使钢材晶粒变细和改善钢材性能的同时，也使其产生明显的各向异性。

3）其他因素的影响

（1）钢材的硬化：钢材的硬化有冷作硬化和时效硬化两种。钢材的硬化使钢材塑性减小，脆性增加。冷加工（常温下的冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等加工）通常使钢材产生冷作硬化。而随着时间推移钢材转脆的现象，称为时效硬化。

（2）温度：温度在200℃以下时，钢材的强度、弹性模量变化不大，随温度升高，钢材的屈服强度降低，塑性增大，达600℃时，屈服强度接近于零，几乎丧失承载力。因此，《钢结构设计规范》（GB50017—2003）规定，钢结构表面长期受150℃以上的辐射热时，应采取隔热防护措施。

当温度下降到负温某一区域时，钢材的冲击韧性急剧下降，出现低温脆断。因此，在负温工作的结构，钢材还应具有负温（-20℃或-40℃）冲击韧性的合格保证，以提高抗低温脆断的能力。

（3）应力集中：在钢构件中一般常存在孔洞、缺口、凹角、截面的厚度或宽度变化处等，由于截面的突然改变，致使应力线曲折、密集，故在孔洞边缘或缺口尖端等处将出现应力集中。在应力集中处构件常处于同号的双向或三向应力场的复杂应力状态，阻碍了钢材塑性变形的发展，促使钢材转入脆性状态，造成脆性破坏。

由于应力集中主要决定于构件的构造状况，因此，在设计、制造和施工时，应尽量避免截面突变，采用圆滑过渡，尽可能防止对构件造成刻槽等缺陷。

5.结构用钢材的选择

钢材的选用既要确保建筑物的安全可靠，又要经济合理，必须慎重对待。承重结构为保证其承载能力和防止发生脆性破坏，应根据结构的重要性（破坏后果）、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，必要时还可提出附加的性能、成分、检验等补充要求。

一般而言，对于直接承受动力荷载的构件和结构（如吊车梁、工作平台梁等）、重要的构件或结构（如桁架、屋面楼面大梁、框架横梁等）、采用焊接连接的结构，以及处于低温下工作的结构，应采用质量较高的钢材。对承受静力荷载的受拉及受弯的重要焊接构件和结构，宜选用较薄的型钢和板材构成；当选用的型材或板材的厚度较大时，宜采用质量较高的钢材，以防钢材中较大的残余拉应力和缺陷等与外力共同作用形成三向拉应力场，引起脆性破坏。

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，对焊接结构还应具有含碳量的合格保证。焊接承重结构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。

一般承重结构常用Q235B钢材，供货方便。目前工程中已大量使用Q235、Q345钢材，设计、供货、施工都有较丰富经验。对Q390、Q420钢虽然使用较少，但由于科技事业的发展、工程规模的宏大，提高钢材强度已是形势的需要。

对非计算决定的次要构件，如栏杆、平台铺板、一般支撑等可用Q235A钢材。

《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）对抗震结构钢材还提出了特别最低要求：钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性，故宜采用Q235B、Q235C、Q235D及Q345B、Q345C、Q345D、Q345E级钢材；而Q390、Q420钢材伸长率均不大于20%，故不宜采用。在焊接结构中当板厚不小于40mm且承受沿厚度方向拉力时，受拉试件板厚方向的截面收缩率还应满足《建筑结构用钢板》（GB/T19879—2005）中的要求。

任务2.2 钢结构连接材料

钢结构制作时，一般先将各种钢板和型钢通过连接手段组合成能共同工作的构件（柱、梁、屋架等），然后再进一步用连接手段将各种构件组合成整体结构。因此，连接在钢结构中占有重要地位。它不仅直接影响结构的构造、制造工艺和工程造价，而且其质量的优劣还会影响到结构的安全和使用寿命。目前，我国钢结构工程采用的连接手段主要有焊接、螺栓连接和铆接三种，其中焊接和螺栓连接应用普遍。因此，焊接材料及螺栓是钢结构施工中主要的连接材料。

2.2.1 焊接材料

1.焊条

1）焊条的组成

焊条一般由焊芯和药皮组成。焊条中被药皮包裹的金属芯称焊芯，它的主要作用是导电，产生电弧，并作为焊缝的填充金属。焊芯是经过特殊冶炼而成的，焊芯的直径即为焊条直径，常用的焊芯直径有1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm等几种，长度在200～450mm之间。

焊条药皮的组成成分相当复杂，一种焊条药皮的配方中，组成物一般有七八种之多。焊条药皮根据组成的不同可以分为钛铁矿型、氧化钛型、钛钙型、低氢型等。

焊条药皮在焊接过程中有如下作用：

（1）机械保护作用。利用药皮熔化产生的气体和形成的熔渣隔离空气，防止有害气体侵入焊接区，起机械保护作用。

（2）冶金处理作用。通过熔渣与熔化金属的冶金反应，除去有害物质如硫、磷、氧、氢，添加有益的合金元素，使焊缝金属获得符合要求的化学成分和力学性能。

（3）改善焊接工艺性能。由于在药皮中加入了一定的稳弧剂和造渣剂，所以在焊接时电弧稳定燃烧，飞溅少，焊缝成型好，脱渣比较容易。

2）焊条的表示方法

手工电弧焊常用的焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。碳钢焊条应用最为广泛，按照《碳钢焊条标准》（GB/T5117—1995），其型号用大写字母“E”和四位数字表示。“E”表示焊条，前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa，第三位数字表示焊条适用的焊接位置，“0”、“1”表示焊条适用于全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊，第三位和第四位数字组合表示焊接电流种类及药皮类型，表示方法如图2-2所示。

2.焊丝与焊剂

焊丝与焊剂主要用于埋弧焊、电渣焊和CO2气体保护焊。焊丝的作用相当于焊芯，焊剂的作用相当于药皮。为焊接不同厚度的钢板，可将同一牌号的焊丝加工成各种不同的直径。埋弧焊常用焊丝规格有2mm、3mm、4mm、5mm、6mm等几种。焊丝的表示方法如图2-3和图2-4所示。

焊剂的牌号前面加“HJ”两字母，“HJ”两字母的后面有三位数字，第一位数字表示焊剂中氧化锰的平均含量；第二位数字表示焊剂中二氧化硅、氟化钙的平均含量；第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号，按1、2、3……9的顺序排列。

2.2.2 普通螺栓

普通螺栓按形状分为六角头螺栓、双头螺栓和沉头螺栓等。钢结构中常用的螺栓是六角头螺栓，如图2-5所示。六角头螺栓按制作精度可分为A、B、C三个等级，A级精度最高，C级最低。A、B级螺栓主要用于表面光洁，对精度要求较高的机器、设备等重要零件的连接；C级螺栓主要用于表面比较粗糙，对精度要求不高的场合，一般钢结构均采用C级螺栓。

螺栓的标记通常记为Md×z，其中d为螺栓直径，z为栓杆的公称长度，普通螺栓的通用规格为M8、M10、M12、M16、M20、M24等。

为了增大支承面，防止支承面不平整或倾斜时造成螺栓承受偏心荷载或遮盖较大的孔眼，以及防止损伤零件表面，螺栓常在螺母和被连接件之间应用垫圈。

通常将螺栓、螺母、垫圈统称为连接副。

2.2.3 高强度螺栓

高强度螺栓是用优质碳素钢或低合金钢材料制成的一种特殊螺栓。由于螺栓的强度高，故称高强度螺栓。

目前我国常用的高强度螺栓性能等级，按热处理后的强度分为10.9级和8.8级两种。其中整数部分（10和8）表示螺栓成品的抗拉强度fu不低于1000N/mm2和800N/mm2；小数部分（0.9和0.8）则表示其屈强比fy/fu为0.9和0.8。

建筑上常用的高强度螺栓按构造形式分为高强度大六角头螺栓、扭剪型高强度螺栓两种。钢结构用高强度大六角头螺栓一个连接副由一个螺栓、一个螺母、两个垫圈组成，其形式如图2-6所示，分8.8S和10.9S两个等级。

钢结构用扭剪型高强度螺栓一个连接副由一个螺栓、一个螺母、一个垫圈组成，其形式如图2-7所示。我国目前常用的扭剪型高强度螺栓等级为10.9S。

任务2.3 钢结构围护材料

钢结构建筑由梁、柱、屋架等主要受力构件构成一个空间骨架，再加上钢结构围护系统使钢结构建筑形成一个封闭、独立的空间体系。钢结构围护材料种类很多，目前普遍采用的有彩色涂层压型钢板、彩色保温材料夹芯板、采光板、烧结砖、混凝土轻质砌块等。其中彩色涂层压型钢板、彩色保温材料夹芯板应用最为广泛。此外，烧结砖、砌块在钢结构建筑围护系统中也有较多应用。

2.3.1 彩色涂层压型钢板

1.分类

彩色涂层压型钢板是一种广泛应用于现代建筑的屋面或墙面的新型建筑材料，主要有压型板和拱形板，见图2-8。压型板主要用于建筑的屋面与墙面，而拱形板则主要用于建筑的拱形屋面。它是以钢带材为原料，经表面脱脂、磷化、铬酸盐等处理之后，再涂覆优质的有机涂料经烘烤制成彩色涂层钢带，然后经过辊压而成，见图2-9和图2-10。

2.特点

（1）良好的装饰功能。

（2）优良的综合物理性能。压型板具有较高的力学强度，表面的涂层可耐酸、碱等化学介质的侵蚀，而且涂层的修复与更新也比较方便。

（3）简化防水措施。彩色涂层钢压型板、拱形板的防水措施比较简单。特别是彩色涂层拱形板由于是现场采用特殊的设备咬合组装，使防水的质量有更可靠的保证。

（4）极大地减轻了建筑物自重。

（5）施工简便快速。因彩色涂层钢压型板的幅面较大、尺寸精度好，施工中配以密封材料，只需采用简单的工具即可使其接缝获得可靠的防水效果；彩色涂层拱形板在施工中采用专用设备组装，既快又好，从而大大加快了施工进度。

3.图纸表达

压型钢板用YXH—S—B表示，见图2-11，其中：

YX——分别为“压”、“型”的汉语拼音首字母；

H——压型钢板的波高；

S——压型钢板的波距；

B——压型钢板的有效覆盖宽度；

t——压型钢板的厚度。

例如：YX130—300—600，表示压型钢板的波高为130mm，波距为300mm，有效的覆盖宽度为600mm。压型钢板的厚度通常是在说明材料性能时一并说明。

2.3.2 彩色保温材料夹芯板

彩钢保温材料夹芯板是一种超轻型的多功能复合建筑板材。该种板材通常是由彩色镀锌钢板作为面层，中间为高效保温材料[聚氨酯（PU）泡沫塑料或聚苯乙烯（EPS）泡沫塑料，近年也采用矿物棉板]芯体。

1.分类

彩色钢板夹芯板按芯材不同，分为聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板、岩棉夹芯板和聚氨酯泡沫塑料夹芯板。彩色钢板夹芯板按功能不同，分为屋面夹芯板（见图2-12）、墙面夹芯板（见图2-13）。

2.特点

彩钢保温材料夹芯板具有优异的防水、隔热、保温和抗震性能，以及轻质、高强和良好的可加工性能。应特别指出的是：该类板材板面平整、线条清晰、尺寸精度较高，外表具有各种颜色以适应建筑的不同风格和色调的需要，以此种板材构筑的建筑，其表面无须面饰，屋面无须再做防水；对于一些大跨度的建筑屋面，为了减轻结构的自重和便于施工，建筑设计师往往选用彩钢保温夹芯板这一既可承受一定荷载，自重又轻，板幅面又较大的复合板材为屋面材料。在建筑中，该种板材无论应用于墙体，还是应用于屋面，完全采用现场组装的施工方式，施工工具简单，而且不受季节和气候的影响。因此可以说，彩钢保温材料夹芯板是迄今为止建筑用材中最优秀的复合板材。

2.3.3 彩色压型钢板与夹芯板的连接件及密封材料

1.连接件

连接件有以下几种：一是自攻螺钉直接将板与钢檩条连在一起；二是通过连接支座上的挂钩板或扣压板与板材相连，支座通过自攻螺钉固定在钢檩条上；三是一种膨胀（大开花）螺栓连接件。

连接件有铝合金拉铆钉、自攻螺钉等。常用的自攻螺钉直径是4～6mm，长度规格有多种，见图2-14（a），自攻螺钉的表示方法见图2-14（b）。

拉铆钉是由铝合金和铁钉制成的，直径多为φ4、φ5两种，长度种类较多。拉铆钉分为开孔的和闭孔的两种，开孔的多用在内装修，闭孔的用在室外工程中。它的工作原理是利用工具（拉铆枪）将两层钢板夹紧。

2.密封材料

彩板建筑密封材料分为防水密封材料和保温隔热密封材料两种。

1）防水密封材料

防水密封材料主要使用密封胶和密封胶条。密封胶应为中性硅酮胶，包装多为筒装，并用推进器（挤膏枪）挤出；也有软包装，用专用推进器，价格比筒装的低。密封胶条是一种双面有胶粘剂的带状材料，多用于彩板与彩板之间的纵向缝搭接。

2）隔热密封材料

隔热密封材料主要有软泡沫材料、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫板、岩棉板及聚氨酯现场发泡封堵材料，这些材料主要用于封堵保温房屋的保温板材或卷材不能达到的位置。

2.3.4 采光板

常用的采光板（见图2-15）按照原材料不同，主要分为玻纤增强聚酯（俗称玻璃钢，简称FRP）采光板和聚碳酸酯（简称PC）采光板。

1.玻纤增强聚酯采光板

玻纤增强聚酯采光板是一种新型的屋面采光制品，一般来说，常用于建筑物的屋面局部，以起到采光作用。

玻纤增强聚酯采光板是采用玻璃纤维毡为增强材料，以不饱和聚酯树脂为基体材料，采用层铺的方法制成。可以在树脂中加入色浆来获得不同颜色的透明的平板或波纹板，以满足建筑的色彩要求。

玻纤增强聚酯采光板的突出特点是材料在各个方向上的性能一样，从而避免产生翘曲等弊病。此外，还具有制作简单、整体性好、强度高、耐冲击性好、安全（即使受到大冲击力破坏，也不会碎裂成小块而伤人）及加工性能良好（可钉、可锯、可钻和可粘接）等优点。广泛应用于钢结构厂房、大型商场、宾馆、饭店、机场、体育馆等建筑中。

2.聚碳酸酯（简称PC）采光板

聚碳酸酯采光板是在我国近几年出现的一种新型透光性强、可弯曲的有机建筑板材。它以聚碳酸酯为原料，通过特殊工艺制作而成。

聚碳酸酯采光板具有优良的耐冲击性能、保温隔热性能、隔声性能、光学性能和难燃性能。特别是该种板材还具有良好的可加工性能，可锯、可钻、可刨、可弯曲（实心板的最小弯曲半径为板厚的150倍）和可粘接。又因其密度小、重量很轻，因而施工极为简便，被广泛地应用于各种建筑当中。

任务2.4 钢结构防腐和防火涂料

钢结构涂料是一种透明的或着色的成膜材料，可以保护被涂物表面免受环境影响。按照涂料防护作用的不同，可以分为防腐涂料和防火涂料两种。

1.防腐涂料

1）防腐涂料的组成

防腐涂料一般由不挥发组分和挥发组分（稀释剂）两部分组成。涂刷在物件表面后，挥发组分逐渐挥发逸出，留下不挥发组分干结成膜，所以不挥发组分的成膜物质叫做涂料的固体组分。成膜物质又分为主要、次要和辅助成膜物质三种。主要成膜物质可以单独成膜，也可以粘接颜料等物质共同成膜，它是涂料的基础，也常称基料、添料或漆基。涂料组分中没有颜料和体质颜料的透明体称为清漆，加有颜料和体质颜料的不透明体称为色漆（磁漆、调合漆或底漆），加有大量体质颜料的稠原浆状体称为腻子。

2）防腐涂料的产品分类、命名和型号

（1）我国涂料产品的分类方法

按《涂料产品分类、命名和型号》（GB2705—1992）的规定，涂料产品分类是以涂料基料中的主要成膜物质为基础。若成膜物质为混合树脂，则按漆膜中起主要作用的一种树脂为基础。根据对成膜物质的分类，相应对涂料品种分为17大类，涂料类别代号见表2-1。

表2-1 涂料类别代号

涂料用辅助材料型号由一个汉语拼音字母和两位阿拉伯数字组成，字母与数字之间有半字线，读为“之”，字母表示辅助材料类别，代号数字为序号，用以区别同一类辅助材料的不同品种。辅助材料按其不同用途分为5类，分类代号见表2-2。

表2-2 辅助材料代号

（2）涂料名称

涂料名称由三部分组成，即颜色或颜料的名称、成膜物质的名称、基本名称，可用简单的公式表达：

涂料全名=颜色或颜料名称+成膜物质名称+基本名称

涂料的颜色位于名称的最前面，如红醇酸磁漆。若颜料对漆膜性能起显著作用，则可用颜料名称代替颜色的名称，仍置于涂料名称的最前面，如锌黄酚醛防锈漆等。

涂料基本名称代号见表2-3。

表2-3 涂料基本名称代号

3）防腐涂料的选用

涂料产品中，不同类别的品种有其特定的优缺点。在涂装设计时，必须根据不同的品种，合理地选择适当的涂料品种。为此，选择与钢结构涂装有关的涂料品种，可参考《钢结构涂装手册》，防腐涂料可按表2-4选用。

表2-4 防腐蚀涂料性能及推荐部位表

注：“√”表示性能优良，推荐使用；“〇”表示性能良好，可使用；“×”表示性能差，不宜使用。

2.防火涂料

钢结构防火涂料是施涂于建筑物及构筑物的钢结构表面，能形成耐火隔热保护层，以提高钢结构耐火极限的涂料。它采用喷涂法施工，即用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成保护层。这种方法具有防火隔热性能好，施工不受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，属于现代的先进防火技术措施，目前应用相当广泛，但施工时对环境略有污染。

1）防火原理

防火涂料按照其防火原理可分为膨胀型和非膨胀型两大类。非膨胀型防火涂料是通过下述作用来防火的：其一是涂层自身的难燃性或非燃性，其二是在火焰或高温的作用下能释放出灭火性气体，并形成非燃性的无机层隔绝空气。膨胀型防火涂料成膜后，在常温下是普通的漆膜；在火焰或高温作用下，涂层发生膨胀炭化，形成一个比原来厚度大几十倍，甚至上百倍的非易燃的海绵状的炭质层，它可以隔断外界火源对基材的加热，从而起到阻燃作用。其受热膨胀过程见图2-16。

2）防火涂料的分类

防火涂料根据涂层厚度来划分，可分为薄型、超薄型膨胀涂料和厚涂型非膨胀涂料。超薄型用量最大，约占到钢结构防火涂料用量的70%，其次是厚涂型防火涂料，约占到20%，薄型防火涂料目前用量最少。

（1）超薄型防火涂料

超薄型钢结构防火涂料的防火涂层厚度在3mm以下，以溶剂型为主，具有良好的装饰性能，受火时膨胀发泡形成致密、强度高的防火隔热层，该防火隔热层极大地延缓了被保护钢材的升温，提高钢结构构件的耐火极限，是新型防火涂料。超薄膨胀型钢结构防火涂料一般使用在耐火极限要求在2小时以内的建筑钢结构上，如可对一类建筑物中的梁、楼板与屋顶承重构件及二类建筑中的柱、梁、楼板等进行有效防火保护。近年来，在轻型钢结构工程中的应用备受青睐，各种轻钢梁、网架等也可用该类型防火涂料进行防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄，工程中的使用量较厚型、薄型钢结构防火涂料大大减少，从而既降低了工程总费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，是目前消防部门大力推广的品种。

（2）薄型防火涂料

薄型钢结构防火涂料防火涂层厚度在3～7mm之间，此类钢结构防火涂料主要以水溶型为主，具有较好的装饰性能，受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的升温，保护钢构件。这类钢结构防火涂料一般耐火极限在2小时以内，常采用喷涂施工。如可对高层民用建筑中的梁、一般工业与民用建筑中支承单层的柱、梁、楼板及屋顶承重构件中的钢结构进行防火保护。

（3）厚涂型防火涂料

该类防火涂料防火涂层厚度在8～50mm之间，利用其自身材料在火灾中的不燃性、低导热性和吸热性，延缓钢材的升温，保护钢构件。这类防火涂料是用黏结剂（如水玻璃、硅溶胶等），再配以无机轻质材料（如膨胀珍珠岩、粉煤灰等）和增强材料（如硅酸铝纤维、岩棉、玻璃纤维等）组成，具有成本较低的优点。施工中常采用喷涂或抹涂，一般对耐火极限要求大于2小时的钢结构进行防火保护。如高层民用建筑中的柱和一般工业与民用建筑中支承柱的耐火极限均应达到3小时，为此就需采用厚涂型防火涂料保护。由于厚涂型防火涂料的成分多为无机材料，因此其防火性能稳定，长期使用效果较好，但其单位重量较大，涂料组分的颗粒较大，涂层外观不平整，影响建筑的整体美观，故大多用于结构隐蔽工程。

知识梳理与总结

本单元简要讲述了钢结构承重用钢材、连接材料、围护材料和防腐防火涂料，学习时需注意以下四点：

（1）钢结构承重用钢材分类是按照各种不同类型钢结构构件受力及组成要求合理划定的，须注意其力学和化学性能的不同及应用范围；

（2）钢结构的连接材料主要有螺栓、焊接材料等，注意区分其类型与受力等要求；

（3）钢结构的围护材料应按照具体的使用环境及功能要求合理选择；

（4）钢结构防腐和防火涂料的选取应按其性能及具体设计要求确定。

思考题2

（1）目前国内主要生产的型钢有哪些？

（2）碳素结构钢的牌号表示方法是什么？

（3）钢材的检验一般包括哪些内容？

（4）钢结构常用的防火涂料类型有哪些？

实训2

1.认识手工电弧焊

（1）目的：熟悉手工电弧焊的应用、工艺和设备。

（2）设备要求：电源、手工电弧焊焊机、焊钳、电缆、焊条、焊件、地线、护眼罩等。

（3）能力标准与要求：掌握手工电弧焊的要点。

（4）步骤如下：

①熟悉手工电弧焊的设备；

②连接电路；

③施焊。

（5）注意事项。安全防护：防触电、防烫伤、防火灾、防灼目等；控制好电流大小。

2.认知钢结构对接焊缝

（1）目的：通过钢结构公司现场对接焊学习，了解图纸中焊缝与施工的实际关系，掌握对接焊缝工艺及焊缝检测。

（2）能力标准与要求：了解图纸对接焊缝与实际关系，掌握对接焊缝的施工工艺，能进行对接焊缝构造技术交底及焊缝检测。

（3）实训内容：

①读图；

②对对接焊缝构造技术交底，画出对接焊缝坡口大样，写出焊接技术要求；

③进行对接焊缝质量检验，包括外观检查，写出检验报告。