钢结构民居
阅读：826发布：2022-07-03
专利汇可以提供钢结构民居专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且钢 结构民居，通过采用 耐候钢 结构件形成所述民居的建筑结构主体，以及所述耐候钢结构件、连接材料之间的耐蚀性梯度设置，有利于民居主体结构在建筑全寿命周期内免除针对钢 铁 表面的防 腐蚀 维护和提供安全 稳定性 保障，包括房屋立面和 屋顶 ，其特征在于，所述房屋立面的立面结构和所述屋顶的屋顶结构均为将耐候钢结构件装配连接而成的 框架 结构。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是钢结构民居专利的具体信息内容。
钢结构民居
技术领域
[0001] 本发明涉及民居建筑技术，特别是一种钢结构民居，通过采用耐候钢结构件形成所述民居的建筑结构主体，以及所述耐候钢结构件、连接材料之间的耐蚀性梯度设置，有利于民居主体结构在建筑全寿命周期内免除针对钢结构件表面的防腐蚀维护和提供安全稳定性保障。
背景技术
[0002] 钢结构建筑物在人们的印象中通常是大型建筑，例如摩天大楼、埃菲尔铁塔、鸟巢等等，与民居建筑业相距甚远。本文中的民居，包括常规住宅楼，也包括没有共用楼层和共用楼梯的独立门户住宅，如农村住宅和别墅式建筑。民居建筑受传统文化、自然环境的影响较深，一直变化缓慢，甚至长期没有变化。特别是广大农村地区的住宅，普遍采用村民自建，村民对新材料的认知极其有限，其住宅的结构形式难以创新，例如，民居结构基本停留在砖混结构或钢混结构上，有的还是木砖结构或土木结构等。虽然钢结构建筑在选材、设计、施工、使用、维护、改造、废弃拆除全寿命周期内，与传统钢混结构建筑比较，具有优势。但是，钢结构大型建筑往往需要专业化的维护管理队伍，这也阻碍了人们将钢结构应用于民居建筑的想象力。
[0003] 钢结构大型建筑中虽然充分、大量地使用结构钢材料，但基于钢材的特性，总是存在表面防腐和耐火问题，而且防腐问题更突出一些。目前，钢结构防腐步骤包括，表面除锈处理，之后采用有机涂料喷涂/刷涂，即底漆，常用的是环氧树脂，或者采用金属涂镀，常用的是镀锌或锌铝复合涂镀。表面处理通常采用喷砂处理，需要消耗石英砂、钢砂，电能，不仅需要能源，而且还造成粉尘污染，现场作业条件恶劣，对人体健康有害。金属涂镀，特别是钢结构整体热浸镀锌，环境污染严重，在多地已经禁止取缔这种行业。这更是阻碍了人们将钢结构应用于民居建筑的想象力。
发明内容
[0004] 本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种钢结构民居和钢结构民居用钢及热处理方法，其中钢结构民居通过采用耐候钢结构件形成所述民居的建筑结构主体，以及所述耐候钢结构件、连接材料之间的耐蚀性梯度设置，有利于民居主体结构在建筑全寿命周期内免除针对钢铁表面的防腐蚀维护和提供安全稳定性保障。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0007] 所述装配连接包括采用螺栓连接副的栓接和采用焊材的焊接，所述螺栓连接副和所述焊材均为耐候钢制品；所述房屋立面的耐候钢框架结构包括立柱和横梁，所述立柱通过地脚螺栓固定于地面的基础之上；所述立柱包括角立柱和边立柱，所述横梁包括屋顶横梁和各层楼面横梁。
[0008] 所述耐候钢结构件、所述螺栓连接副和所述焊材的耐蚀性指标具有依次升高的梯度设置。
[0009] 所述耐蚀性指标采用由Legault-Leckie公式计算得出的材料耐大气腐蚀性指数值即I值，所述Legault-Leckie公式如下：
[0010] I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu×Cu，式中的化学元素符号表示其对应的质量百分数含量的分子数，I值越高则耐候钢的耐蚀性能越好；所述耐候钢结构件的I值≥6.0，所述螺栓连接副的I值≥6.5，所述焊材的I值≥7.0。
[0011] 所述耐候钢结构件使用的耐候钢材料具有以下性能：屈服强度范围235～690MPa，屈强比≤0.85，600℃高温拉伸屈服强度不低于其室温规定屈服强度的2/3。
[0012] 所述耐候钢的化学成分中包括稀土元素，所述稀土元素为镧、铈和/或钇。
[0013] 所述耐候钢的晶粒具有M3组织，所述M3组织的微观组织特征为多相、多尺度和亚稳态结构，所述多相包括铁素体、板条块、残余奥氏体和板条，所述板条块为马氏体，所述板条为贝氏体，所述马氏体和所述贝氏体中均具有合金固溶和析出相，所述析出相析出到所述残余奥氏体，使得所述马氏体、所述贝氏体和所述残余奥氏体均为亚稳态结构，所述多尺度是指所述铁素体、板条块、残余奥氏体和板条均为微米级或亚微米级，所述析出相的颗粒为纳米级。
[0014] 所述M3组织通过耐候钢热处理工艺制度获得，所述耐候钢热处理工艺制度包括以下耐候钢热处理工艺曲线：将温度在完全奥氏体化温度线Ac3上方的耐候钢冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第一保温时间段得到马氏体+残余奥氏体组织，再加温至铁素体升温向奥氏体开始转变温度Ac1上方到Ac3下方的某一温度的第二保温时间段，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第三保温时间段，再加温至马氏体相变开始温度线Ms与Ac1之间上半部位置的第四保温时间段，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方即得M3组织。
[0015] 钢结构民居用钢，其为耐候钢，其特征在于，所述耐候钢的耐蚀性指标采用由Legault-Leckie公式计算得出的材料耐大气腐蚀性指数值即I值，所述Legault-Leckie公式如下：
[0016] I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu×Cu，式中的化学元素符号表示其对应的质量百分数含量的分子数，I值越高则耐候钢的耐蚀性能越好；所述耐候钢的I值≥6.0，屈服强度范围235～690MPa，屈强比≤0.85，600℃高温拉伸屈服强度不低于其室温规定屈服强度的2/3；
[0017] 当所述耐候钢的屈服强度≥460MPa时，所述耐候钢的晶粒具有M3组织，所述M3组织的微观组织特征为多相、多尺度和亚稳态结构，所述多相包括铁素体、板条块、残余奥氏体和板条，所述板条块为马氏体，所述板条为贝氏体，所述马氏体和所述贝氏体中均具有合金固溶和析出相，所述析出相析出到所述残余奥氏体，使得所述马氏体、所述贝氏体和所述残余奥氏体均为亚稳态结构，所述多尺度是指所述铁素体、板条块、残余奥氏体和板条均为微米级或亚微米级，所述析出相的颗粒为纳米级。
[0018] 一种使耐候钢的晶粒具有M3组织的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：将温度在完全奥氏体化温度线Ac3上方的耐候钢冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第一保温时间段得到马氏体+残余奥氏体组织，再加温至铁素体升温向奥氏体开始转变温度线Ac1上方到Ac3下方的某一温度的第二保温时间段，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第三保温时间段，再加温至马氏体相变开始温度线Ms与Ac1之间上半部位置的第四保温时间段，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方即得M3组织。
[0019] 本发明技术效果如下：本发明钢结构民居，采用自身表面耐腐蚀且能耐火的钢材，钢结构制造就能免去表面防腐和耐火涂层处理，在使用过程中也可以不再担心维护困难的问题。由此带来的好处是省去涂装工序加快制造进度且节省了涂料生产、运输户使用的成本，省去了建筑使用过程中的维护费用，也避免了涂料从生产到使用产生的环境污染问题，钢材面临巨大的市场。这样将给钢铁生产和建筑钢结构制造领域带来可观的经济效益，也完全符合现代绿色环保的要求。因此，本申请提出的免涂装、免维护建筑钢结构，结合其它新型绿色、环保建材，推广符合绿色建筑要求的钢结构建筑，在经济、环保和社会等诸多方面都具有重大意义。
[0020] 本发明钢结构民居属于一种免涂装、免维护建筑钢结构，具有如下特点，钢结构制造完成后，不需要表面除锈和除氧化皮处理，不需要表面防腐处理，建筑全寿命周期(70年)不需要表面腐蚀维护处理。根据结构设计要求，其钢材可选屈服强度范围235～690MPa，屈强比≤0.85；材料耐大气腐蚀性指数(由Legault-Leckie公式计算)I值≥6.0，且70年大气裸露表层腐蚀累计厚度≤0.40mm；并可以在耐蚀性、满足抗震要求基础上，增加耐火功能，600℃高温拉伸屈服强度不低于其室温规定屈服强度的2/3。钢结构制造过程中，采用与母材耐蚀性相当或高于母材的焊接金属材料；安装过程中，钢结构连接，包括焊材和螺栓连接副在内，其耐蚀性高于母材。螺栓和焊材的耐大气腐蚀性指数分别不小于6.5和7.0。
[0021] 本发明钢结构民居所使用的耐候钢可以采用获得M3组织的耐候钢热处理工艺制度协同提高钢材的强度、韧性和塑性，在直接获得马氏体+残余奥氏体组织后，随后经过多次热处理，调整碳原子在各合金相的分配量，各合金相中第二相颗粒析出量和尺寸，在高强度同时，大幅度提高材料的塑性，获得高强度、高韧性、高塑性的钢材。
[0023] 图1是实施本发明钢结构民居的结构示意图。
[0024] 图2是耐候钢的M3组织结构示意图。
[0025] 图3是获得M3组织的耐候钢热处理工艺制度示意图。
[0026] 附图标记列示如下：1-屋顶结构；2-立面结构；3-角立柱；4-边立柱；5-楼面横梁；6-地脚螺栓；20-晶粒；21-碳原子析出方向；22-铁素体；23-板条块或板条束；24-合金固溶和析出相及析出方向；25-残余奥氏体；26-板条；30-耐候钢热处理工艺曲线；31-第一保温时间段；32-第二保温时间段；33-第三保温时间段；34-第四保温时间段；T-温度(纵轴)；t-时间(横轴)；Ms-马氏体相变开始温度线；Ac1-铁素体升温向奥氏体开始转变温度线；Ac3-完全奥氏体化温度线。
具体实施方式
[0027] 下面结合实施例和附图(图1-图3)对本发明进行说明。
[0028] 图1是实施本发明钢结构民居的结构示意图。图2是耐候钢的M3组织结构示意图。图3是获得M3组织的耐候钢热处理工艺制度示意图。如图1至图3所示，钢结构民居，包括房屋立面和屋顶，所述房屋立面的立面结构2和所述屋顶的屋顶结构1均为将耐候钢结构件装配连接而成的框架结构。所述立柱包括角立柱3和边立柱4，所述横梁包括屋顶横梁和楼面横梁5。所述装配连接包括采用螺栓连接副的栓接和采用焊材的焊接，所述螺栓连接副和所述焊材均为耐候钢制品；所述房屋立面的耐候钢结构件框架结构包括立柱和横梁，所述立柱通过地脚螺栓6固定于地面基础之上。所述耐候钢结构件、所述螺栓连接副和所述焊材的耐蚀性指标具有依次升高的梯度设置。所述耐蚀性指标采用由Legault-Leckie公式计算得出的材料耐大气腐蚀性指数值即I值，所述Legault-Leckie公式如下：
[0029] I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu×Cu，式中的化学元素符号表示其对应的质量百分数含量的分子数，I值越高则耐候钢的耐蚀性能越好；所述耐候钢结构件的I值≥6.0，所述螺栓连接副的I值≥6.5，所述焊材的I值≥7.0。
[0030] 所述耐候钢结构件使用的耐候钢材料具有以下性能：屈服强度范围235～690MPa，屈强比≤0.85，600℃高温拉伸屈服强度不低于其室温规定屈服强度的2/3。所述耐候钢的3
化学成分中包括稀土元素，所述稀土元素为镧、铈和/或钇。所述耐候钢的晶粒20具有M组织，所述M3组织的微观组织特征为多相、多尺度和亚稳态结构，所述多相包括铁素体22(铁素体还表明了碳原子析出方向21)、板条块23、残余奥氏体25和板条26，所述板条块23为马氏体，所述板条26为贝氏体，所述马氏体和所述贝氏体中均具有合金固溶和析出相24，所述析出相析出到所述残余奥氏体25，使得所述马氏体、所述贝氏体和所述残余奥氏体25均为亚稳态结构，所述多尺度是指所述铁素体22、板条块23、残余奥氏体25和板条26均为微米级或亚微米级，所述析出相的颗粒为纳米级。所述M3组织通过耐候钢热处理工艺制度获得，所述耐候钢热处理工艺制度包括以下耐候钢热处理工艺曲线30：将温度在完全奥氏体化温度线Ac3上方的耐候钢冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第一保温时间段31得到马氏体+残余奥氏体组织，再加温至铁素体升温向奥氏体开始转变温度线Ac1上方到Ac3下方的第二保温时间段32，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第三保温时间段33，再加温至马氏体相变开始温度线Ms与铁素体升温向奥氏体开始转变温度线Ac1之间上半部位置的第四保温时间段34，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方即得M3组织。
化学成分中包括稀土元素，所述稀土元素为镧、铈和/或钇。所述耐候钢的晶粒20具有M组织，所述M3组织的微观组织特征为多相、多尺度和亚稳态结构，所述多相包括铁素体22(铁素体还表明了碳原子析出方向21)、板条块23、残余奥氏体25和板条26，所述板条块23为马氏体，所述板条26为贝氏体，所述马氏体和所述贝氏体中均具有合金固溶和析出相24，所述析出相析出到所述残余奥氏体25，使得所述马氏体、所述贝氏体和所述残余奥氏体25均为亚稳态结构，所述多尺度是指所述铁素体22、板条块23、残余奥氏体25和板条26均为微米级或亚微米级，所述析出相的颗粒为纳米级。所述M3组织通过耐候钢热处理工艺制度获得，所述耐候钢热处理工艺制度包括以下耐候钢热处理工艺曲线30：将温度在完全奥氏体化温度线Ac3上方的耐候钢冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第一保温时间段31得到马氏体+残余奥氏体组织，再加温至铁素体升温向奥氏体开始转变温度线Ac1上方到Ac3下方的第二保温时间段32，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第三保温时间段33，再加温至马氏体相变开始温度线Ms与铁素体升温向奥氏体开始转变温度线Ac1之间上半部位置的第四保温时间段34，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方即得M3组织。
[0031] 钢结构民居用钢，其为耐候钢，其特征在于，所述耐候钢的耐蚀性指标采用由Legault-Leckie公式计算得出的材料耐大气腐蚀性指数值即I值，所述Legault-Leckie公式如下：
[0032] I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu×Cu，式中的化学元素符号表示其对应的质量百分数含量的分子数，I值越高则耐候钢的耐蚀性能越好；所述耐候钢的I值≥6.0，屈服强度范围235～690MPa，屈强比≤0.85，600℃高温拉伸屈服强度不低于其室温规定屈服强度的2/3；
[0033] 当所述耐候钢的屈服强度≥460MPa时，所述耐候钢的晶粒具有M3组织，所述M3组织的微观组织特征为多相、多尺度和亚稳态结构，所述多相包括铁素体、板条块、残余奥氏体和板条，所述板条块为马氏体，所述板条为贝氏体，所述马氏体和所述贝氏体中均具有合金固溶和析出相，所述析出相析出到所述残余奥氏体，使得所述马氏体、所述贝氏体和所述残余奥氏体均为亚稳态结构，所述多尺度是指所述铁素体、板条块、残余奥氏体和板条均为微米级或亚微米级，所述析出相的颗粒为纳米级。
[0034] 一种使耐候钢的晶粒具有M3组织的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：将温度在完全奥氏体化温度线Ac3上方的耐候钢冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第一保温时间段得到马氏体+残余奥氏体组织，再加温至铁素体升温向奥氏体开始转变温度线Ac1上方到Ac3下方的某一温度的第二保温时间段，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方的第三保温时间段，再加温至马氏体相变开始温度线Ms与Ac1之间上半部位置的第四保温时3
间段，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方即得M组织。
间段，再冷却至马氏体相变开始温度线Ms下方即得M组织。
[0035] 本发明钢结构民居具有以下特点：钢结构主材(例如采用Q390级抗震、耐火、耐候热轧型钢)、制造安装中使用的焊材和钢结构连接用的螺栓，均为耐候钢，整个钢结构不需要涂装，在使用过程中也不需要防腐维护；房屋承重为钢结构框架，钢材屈强比低而塑性高，且房屋整体重量比钢筋混凝土结构的轻，抗震性能优于传统钢筋混凝土结构；与传统混凝土结构比较，墙体、梁、柱截面小，但强度不低于混凝土结构，室内有效使用面积大；现场湿作业少，仅限于基础施工、楼板浇注施工；整个工程建造完成以后，内部墙体平整，内部装修不需要铲墙皮、找平等作业，所有水、电、气、电话网线管路全部在房屋建造过程中安装完毕，不要要通常装修过程中的墙体开槽布线作业，不对建筑结构产生破坏。这种房屋装修的内容仅仅包括内墙贴壁纸、吊顶、铺地砖、卫生间洁具安装、厨房橱柜安装等作业，避免产生大量由装修产生的二次建筑垃圾。因此，实施本发明钢结构民居体现了安全、经济、实用、绿色、环保等多方面的优点。
[0036] 在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
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