Металлоконструкции в архитектуре » Номенклатура стали и профилей

Современная металлургическая промышленность предлагает разнообразные марки и типы сталей. Стали имеют ряд классификационных признаков и характеристик, основными из которых являются предел текучести, предел прочности, химический состав и ударная вязкость.

Прочность – это способность материала оказывать сопротивление разрушению при действии внешних нагрузок. Упругость –способность восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки. Пластичность же материала наоборот, его способность сохранять остаточные деформации после снятия нагрузки. Ударная вязкость характеризирует склонность стали к хрупкому разрушению, то есть такому, которое происходит мгновенно и не сопровождается пластическими деформациями.

Прочность и пластичность стали определяют путем испытания стандартных образцов сталей на разрыв при статическом растяжении, а ударная вязкость устанавливается испытанием образцов на удар.

Строительные маркировки сталей по ГОСТ 27772-88 свидетельствуют об их гарантированном пределе текучести в МПа: С255, С275, С345 и др. Более подробная информация может быть найдена в специализированных нормативных документах.

В последнее время в отрасли налажено производство некоторых высокопрочных строительных сталей по международным стандартам, применение которых повышает эффективность сечений элементов и позволяет уменьшать их габариты.

Из стали заводы изготавливают широкий ассортимент профилей для обеспечения самых различных конструктивных элементов и форм. К такой продукции в частности относятся:

  • Листовой прокат.
  • Горячекатаные профили.
  • Гнутые профили открытого сечения.
  • Замкнутые гнутосварные профили.
  • Тонкостенные холодногнутые элементы.
  • Профилированные листы.
  • Сварные сечения из листовой стали.
  • Составные сплошные и сквозные сечения из профилей. Стальные листы производятся промышленностью, как правило, в диапазонах размеров

    Горячекатаные профили

    Мировой индустрией производится широкий ассортимент стальных горячекатаных профилей, из которых проектировщики могут выбрать подходящий по характеристикам и габаритам для конкретного применения. Различные типы сечений, изготовляемые промышленностью, объединены в стандартизированные сортаменты, имеющие некоторый шаг – дискретность. Стандартизация горячекатаных стальных сечений позволяет, в свою очередь, принятие типовых решений элементов и соединений.

    Промышленностью выпускаются профили, которые имеют свою специфику, в основном определяемую несколько устаревшим оборудованием и некоторым отставанием от потребностей строительной отрасли.

    Европейские заводы стального проката предлагают отличные от отечественных сечения, обладающие в основном более эффективными геометрическими характеристиками. Так, например, большинство современных стальных профилей имеют параллельные грани полок.

    Такие профили массово заменяют аналогичные профили с уклоном граней полок. Диапазон «открытых» сечений, выпускаемых в Западной Европе, представляет собой балки с параллельными гранями полок (с маркировкой IPE), широкополочные балки (HE), широкополочные колонны (HD), швеллеры с параллельными гранями полок (UPE), широкополочные балки (HL) и уголки более крупного сечения.

    Представляется, что модернизация, которая началась на металлургических и сталепрокатных заводах, в скором времени позволит применять в строительных объектах отечественные аналоги зарубежного проката. В то же время на достаточно высоком уровне развита отрасль производства металлических конструкций, и в случае необходимости и экономической целесообразности всегда могут быть изготовлены сварные сечения, составленные из листов или существующих профилей, эквивалентные по эффективности любым требуемым аналогам.

    Кроме описанных профилей промышленностью широко производится стальной прокат круглого и квадратного сплошного сечения, просечно-вытяжные и рифленые листы и т. п.

    Такие профили, как правило, не предназначены для большой нагрузки и используются во второстепенных и декоративных элементах – балюстрадах и проступях лестниц, заборах и т. д. Также для применения доступны малоразмерные сечения из нержавеющей стали. Они хорошо подходят для наружных второстепенных элементов быстровозводимых зданий, к которым выдвигаются повышенные эстетические требования.

    Гнутые стальные профили

    Поскольку промышленность выпускает широкую номенклатуру стальных листов, некоторые профили могут быть организованы путем гнутья листа в холодном или горячем состоянии. Замыкание контура и последующая продольная автоматическая сварка позволяют получить замкнутое сечение. Использование стальных элементов замкнутого сечения создает широкий диапазон архитектурных возможностей во внутреннем или внешнем конструктивном оформлении.

    Такие элементы особенно эффективны в пространственных системах, где основным является требование равноустойчивости, а также в конструкциях быстровозводимых зданий и сооружений, подверженных действию агрессивной среды, так как обтекаемая поверхность профиля с минимальным внешним периметром обладает высокой долговечностью.

    Основные факторы, влияющие на использование замкнутых сечений в строительстве:

  • Эстетическая привлекательность благодаря кажущейся легкости элементов.
  • Сниженная металлоемкость в пространственных конструкциях, возможность безфасоночного примыкания элементов.
  • Высокая технологичность изготовления.
  • Тонкостенность.
  • Высокие характеристики профилей при расчете на устойчивость, изгиб и кручение.
  • Снижение расходов на противопожарную и противокоррозионную защиту.
  • Снижение затрат на монтаж и эксплуатацию конструкций.

    Интересно использование таких сечений с постоянными внешними и изменяемыми внутренними размерами в зависимости от толщины стенки.

    Составные сечения

    Составные сечения организуются с помощью сваривания стальных листов в заводских условиях. Все типы профилей, указанные в таблице, могут быть также организованы переменного сечения в зависимости от конструктивной и архитектурной необходимости. Геометрия таких элементов разрабатывается в соответствии с индивидуальными конструктивными и архитектурными особенностями конструкции, в которой они применяются, а также с учетом сортамента листового проката и возможностей сварки.

    Составные сечения из листов обычно применяются в следующих случаях:

  • Конструктивная необходимость, когда имеющийся сортамент прокатных стальных профилей не удовлетворяет требованиям прочности, устойчивости и жесткости, например в большепролетных и высотных конструкциях.
  • Существуют архитектурные требования относительно минимизации строительной высоты пролетных конструкций, размеров сечений колонн, обустройства криволинейных элементов необходимого радиуса и т. д.

  • Экономическая целесообразность, когда заводское изготовление элемента дешевле, чем применение импортного прокатного профиля.
  • Необходимость применения элементов переменного сечения, в частности, в большепролетных рамах и консолях, а также несимметричного сечения, например балок с развитым нижним поясом.
  • Применение в распределительных фермах-аутригерах, опорных элементах и других особых конструкциях, как правило, несущих значительную нагрузку.

    Составные сечения могут быть также организованы из горячекатаных или гнутых профилей. Сварные и составные профили изготавливаются на заказ на заводах производства металлоконструкций.

    Соединение элементов из различных профилей на строительной площадке обычно выполняется с помощью высокопрочных или обычных болтов, в то время как сварка обычно применяется для соединений на заводе.

    Тонкостенные холодногнутые профили

    Кроме горячекатаных и гнутых профилей из стали обычных толщин 316 мм, промышленностью предоставляется большой выбор холоднодеформированных тонкостенных профилей. Эти профили широко используются в качестве второстепенных элементов, таких как прогоны покрытия и стеновые прогоны для крепления стеновых панелей, организации фасадных систем и внутренних перегородок. Как основные несущие конструкции холоднодеформированные профили применяются в легких стальных каркасах малоэтажных жилых, промышленных и сельскохозяйственных быстровозводимых зданий, во временных постройках. Для производства холоднодеформированных профилей применяют холоднокатаный и оцинкованный листовой прокат толщиной 1-3 мм. В основном различают тонкостенные С-профили, Z-профили, ω-профили, а также тонкостенные гнутые швеллеры и уголки. Для применения в строительстве гнутые профили производятся холодной прокаткой из оцинкованной полосовой стали толщиной 1,2-3,2 мм. Для ограждающих панелей и иных плоскостных конструкций также широко применяются тонкостенные профилированные настилы.