建筑用金屬材料

建筑鋼材的產(chǎn)品種類一般分為型材、板材(包括鋼帶)、管材和金屬制品四類:

①型材。鋼結(jié)構(gòu)用鋼,主要有角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、吊車軌道、金屬門窗、鋼板樁型鋼等(見熱軋型鋼、冷彎型鋼、門窗用金屬)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋，有線材(直徑 5~9毫米)或小型材(直徑>9毫米)之分，前者呈熱軋盤條(包括熱處理鋼筋)，后者為直條的光圓或螺紋鋼筋(見熱軋鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋)。

②板材。主要是鋼結(jié)構(gòu)用鋼，建筑結(jié)構(gòu)中主要采用中厚板與薄板。中厚板廣泛用于建造房屋、塔桅、橋梁、壓力容器、海上采油平臺、建筑機械等建筑物、構(gòu)筑物或容器、設(shè)備。薄板經(jīng)壓制成型后廣泛用于建筑結(jié)構(gòu)的屋面、墻面、樓板等(見鋼板、壓型鋼板)。

③管材。主要用于桁架、塔桅等鋼結(jié)構(gòu)中(見鋼管)。

④金屬制品。土木工程中主要使用的產(chǎn)品有鋼絲(包括焊條用鋼絲)、鋼絲繩以及預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線。鋼絲中的低碳鋼絲主要用作塔架拉線、綁扎鋼筋和腳手架，制作圓釘、螺釘?shù)?，以及供鋼筋網(wǎng)或小型預(yù)應(yīng)力構(gòu)件用的冷拔低碳鋼絲。預(yù)應(yīng)力鋼絲及其絞線是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的主要材料。

建筑鋼材一般以鋼號及相應(yīng)強度級別表示，強度級別一般以分子式表示:分子代表最小屈服點(無明顯屈服臺階用條件屈服點σ0.2);分母代表最小抗拉強度，單位為兆帕。例如20MnSi鋼筋34/52級，即最小屈服點約340兆帕，最小抗拉強度約520兆帕。

建筑用有色金屬材料主要包括鋁、銅、鋅、鉛、鎂、稀有金屬等。銅、鉛、鋅主要用作小五金或作鋼板涂層料。鋁在建筑結(jié)構(gòu)中主要采用變形鋁合金板，廣泛用于屋面、墻面等圍護結(jié)構(gòu)。稀有金屬一般作為鋼中添加元素，可改善鋼的性能。

發(fā)展方向由于各類建筑物、構(gòu)筑物對在各種復(fù)雜條件下的使用功能的要求日益提高，建筑用金屬材料的發(fā)展趨勢將是:

①以高效鋼材為主體的低合金鋼將得到進一步的發(fā)展和應(yīng)用。低合金鋼用作結(jié)構(gòu)材料，比普通碳素鋼節(jié)約鋼材20~60%，各種冷、熱加工鋼材(如熱處理鋼筋、調(diào)質(zhì)鋼板等),經(jīng)濟斷面鋼材(如軋制H型鋼、壓型鋼板或鋁板、薄壁冷彎型鋼等)，鍍(涂)層鋼板和多種復(fù)合鋼板等，在建筑業(yè)將進一步得到推廣、應(yīng)用。

②隨著冶金工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，建筑鋼材將向具有高強、耐腐蝕、耐疲勞、易焊接、高韌性或耐磨等綜合性能的方向發(fā)展。例如，耐大氣腐蝕鋼所軋成的型材和板材，用于建筑結(jié)構(gòu)和橋梁時，與普通碳素鋼相比，它具有強度高、耐腐蝕、耐疲勞等綜合性能，可減輕結(jié)構(gòu)自重，提高使用壽命，降低工程造價。

③各種焊接材料及其工藝將隨低合金鋼的發(fā)展不斷完善和配套，例如，低合金易焊接、高強高韌性的CF鋼、海洋平臺用鋼、Z向鋼、 輸油輸氣管線用鋼等的發(fā)展，必然促進焊接材料向高抗裂、高韌性、低雜質(zhì)方向發(fā)展。

建筑用黑色和有色金屬材料以及它們與其他材料所組成的復(fù)合材料的統(tǒng)稱。建筑用金屬材料是構(gòu)成土木工程物質(zhì)基礎(chǔ)的四大類材料(鋼材、水泥混凝土、木材、塑料)之一。

簡史17世紀70年代，人類開始大量應(yīng)用生鐵作建筑材料，到19世紀初發(fā)展到用熟鐵建造橋梁、房屋等。這些材料因強度低、綜合性能差,在使用上受到限制,但已是人們采用鋼鐵結(jié)構(gòu)的開始。19世紀中期以后，鋼材的規(guī)格品種日益增多，強度不斷提高，相應(yīng)地連接等工藝技術(shù)也得到發(fā)展，為建筑結(jié)構(gòu)向大跨重載方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，帶來了土木工程的一次飛躍。

19世紀50年代出現(xiàn)了新型的復(fù)合建筑材料──鋼筋混凝土。至20世紀30年代，高強鋼材的出現(xiàn)又推動了預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展，開創(chuàng)了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土占統(tǒng)治地位的新的歷史時期，使土木工程發(fā)生了新的飛躍。

與此同時，各國先后推廣具有低碳、低合金(加入5%以下合金元素)、高強度、 良好的韌性和可焊性以及耐腐蝕性等綜合性能的低合金鋼。隨著橋梁大型化，建筑物和構(gòu)筑物向大跨、高層、高聳發(fā)展以及能源和海洋平臺的開發(fā)，低合金鋼的產(chǎn)量在近30年來已大幅度增長,其在主要產(chǎn)鋼國的產(chǎn)量已占鋼材總產(chǎn)量的7~10%，個別國家達20%以上，其中35~50%用于房屋建筑和土木工程，主要為鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)用型材、板材，而且土木工程鋼結(jié)構(gòu)用低合金鋼的比例已從10%提高到30%以上。近年來，各國大力發(fā)展不同于普通鋼材品種的各種高效鋼材，其中包括低合金鋼材、熱強化鋼材、冷加工鋼材、經(jīng)濟斷面鋼材以及鍍層、涂層、復(fù)合、表面處理鋼材等，經(jīng)在建筑業(yè)中使用，已取得明顯的經(jīng)濟效益。

分類及應(yīng)用建筑用金屬材料，包括黑色和有色金屬材料，以及近年發(fā)展起來的鋼鐵材料與各種有色金屬及其合金或與其他材料相配合的復(fù)合材料。

建筑業(yè)主要采用黑色金屬材料中的鋼材，鑄鐵主要用作鑄鐵制品(如壓力管等)。中國建筑用鋼多數(shù)是采用平爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉的低碳鋼(碳含量小于0.25%)、中碳鋼(碳含量0.25~0.60%)及低合金鋼，并以沸騰鋼或鎮(zhèn)靜鋼工藝生產(chǎn)，其中沸騰鋼因沖擊、時效、冷脆性能較鎮(zhèn)靜鋼為差，使用時在某些結(jié)構(gòu)中有所限制，如鐵路橋梁、重級工作制吊車梁等。半鎮(zhèn)靜鋼機械性能優(yōu)于沸騰鋼而接近鎮(zhèn)靜鋼,其成品收得率卻接近沸騰鋼,在中國已被推廣使用。