какие виды сталей применяют для изготовления сварных строительных конструкций в строительстве
Строительные стали
Строительная сталь – это разновидность сплава железа с углеродом, предназначенная для изготовления строительных конструкций, арматуры и литых изделий. Она обладает оптимальным составом для того, чтобы выдерживать значительные расчетные нагрузки. Использовать, например, инструментальную сталь для изготовления строительной балки нецелесообразно – даже при аналогичных размерах ее технические характеристики не будут удовлетворять расчётным нормативам.
Классификация
Требования к сталям строительным регламентирует ГОСТ 27772-88* «Прокат для строительных стальных конструкций». Документ определяет сортамент сплавов, приводит классификацию, правила производства, приёмки и применения металла.
Согласно ГОСТ, стали делятся на 2 основных вида по составу:
Углеродистые
Количество химического элемента углерода определяет прочность стальной конструкции. Чем его больше, тем крепче металл. Углеродистые сплавы делятся на 3 группы:
Применяются металлы с разным количеством углерода в изготовлении строительных конструкций нормальной напряженности.
Легированные
Для повышения прочности в сплав железа вводят различные металлы в разных количествах. Этот процесс называется легирование. По количеству добавок различают 3 группы сплавов:
Строительные стали с добавками (легированные) считаются наиболее качественными, чем углеродистые. Они применяются для изготовления ответственных конструкций в строительстве, в космической отраслях, в машиностроении и на железной дороге.
Выбор типа стали определяется ГОСТом и конструктивными расчётами.
Маркировка строительных сталей
Марка указывает на основные показатели материала. Углеродистая и легированная стали имеют разные обозначения, поэтому рассмотрим их по отдельности.
Расшифровка углеродистых сталей
Расшифровать марку сплава с углеродом просто:
Соотношение марки стали и количества углерода представлено в таблице:
 |
Содержание серы в углеродистых сплавах – не менее 0,045%, фосфора – не менее 0,055%.
Маркировка легированных сплавов
Поскольку в легированных сталях присутствуют различные химические элементы, необходимо идентифицировать их:
 |
Пример марки строительных сталей с легирующими добавками: 16Г2АФ. Расшифровывается обозначение следующим образом:
Наименований легированных строительных сталей множество.
Обозначение конструкционной стали
ГОСТ 27772-88* приводит обозначение металлов для изготовления фасонного проката, которые обозначаются буквой «С» (Сталь строительная) и цифрами. Чтобы понять, что скрывается за этими значениями, приведём соответствие легированных, углеродистых и принятых строительных сталей:
 |
Основная классификация строительных сталей
Легированные и углеродистые – основная классификация сплавов. Дополнительно металл можно разделить на группы по отдельным ключевым признакам.
По степени раскисления:
buildingbook.ru
Информационный блог о строительстве зданий
Подбор марки стали для строительных конструкций
Расчет строительных конструкций завязан на выборе марки стали. Многие просто в расчетах принимают марку стали С245 как самую низкую и не парятся по этому поводу — в случае если необходимой марки нет, заменяют на более прочную, а сечение оставляют тоже, что это ведет к перерасходу металла и завышению стоимости строительства.
Также многие ошибочно полагают, что из-за того что самая низкая марка дешевле, то и конструкция будет дешевле. На самом деле увеличение прочности стали ведет к снижению общей массы конструкции и итоговая стоимость всего проката может оказаться ниже. Кроме этого снижается нагрузка на фундамент и сейсмические нагрузки. Однако использование высокопрочных сталей не оправданно для элементов, сечение которых подбирается из условия устойчивости.
Кроме того при подборе марки стали будет не лишним обзвонить поставщиков на наличии и возможность поставки профиля из необходимой марки стали т.к. при замене марки стали на менее прочную придется менять профиль и узлы, что займет некоторое время, а при замене на более прочную будет перерасход стали. Одни из самых распространенных марок стали для прокатного профиля на рынке — 09Г2С и Ст3сп/пс5.
В первую очередь для выбора марки стали нам необходимо определить к какой группе относятся будущий элемент здания. Описание групп написано в приложении В СП 16.13330.2011. Всего их 4:
1) Сварные конструкции либо их элементы, работающие в особо тяжелых условиях (согласно ГОСТ 25546), в том числе максимально стесняющие развитие пластических деформаций или подверженных непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок. В этот список входят подкрановые балки, балки рабочих площадок, балки путей подвижного транспорта, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающие нагрузки от подвижных составов, главные балки и ригели при динамической нагрузке, пролетные строения транспортерных галерей, фасонки ферм, стенки, окрайки днищ, кольца жесткости, плавающие крыши, покрытия резервуаров и газгольдеров, бункерные балки, оболочки параболических бункеров, стальные оболочки свободно стоящих дымовых труб, сварные специальные опоры больших переходов линий электропередачи (ВЛ) высотой более 60 м, элементы оттяжек мачт и оттяжечных узлов.
2) Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке при наличии растягивающих напряжений. В этот список входят фермы, ригели рам, балки перекрытий и покрытий, косоуры лестниц, оболочки силосов, опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов, опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ) опоры транспортных галерей, прожекторные мачты, элементы комбинированных опор антенных сооружений (АС) и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы, а также конструкции и их элементы 1-ой группы при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425 и ТУ 14-2-427 при наличии сварных монтажных соединений.
3) Сварные конструкции или их элементы, работающие при статической нагрузке, преимущественно на сжатие. В этот список входят колонны, стойки, опорные плиты, элементы настила перекрытий, конструкции, поддерживающие технологическое оборудование, вертикальные связи по колоннам с напряжениями в рассчетных сечениях связей свыше 0,4Ry, анкерные, несущие и фиксирующие конструкции (опоры, ригели жестких поперечин, фиксаторы) контактной сети транспорта, опоры под оборудование ОРУ, кроме опор под выключатели, элементы стволов и башен АС, колонны бетоновозных эстакад, прогоны покрытий и другие сжатые и сжато-изгибаемые элементы, а также конструкции и их элементы 2-ой группы при отсутствии сварных соединений.
4) Вспомогательные конструкции зданий и сооружений. В этот список входят связи, кроме указанных в группе 3, элементы фахверка, лестницы, трапы, площадки, ограждения, металлоконструкции кабельных каналов, вспомогательные элементы сооружений и т.п., а также конструкции и их элементы 3-ей группы при отсутствии сварных соединений.
Далее нам необходимо определить климатический район строительства, а точнее нам необходимо узнать расчетную температуру наружного воздуха. Ее можно найти в СП 131.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*).
За расчетную температуру для определения стали по СП 16.13330.2011 принимается температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98.
За расчетную температуру для определения стали по СНиП II-23-81 принималась температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.
Почему температура влияет на выбор марки стали? Потому что с уменьшением температуры увеличивается хрупкость стали.
С 1 июля 2015 г. СП 16.13330.2011 носит обязательный характер, поэтому необходимо пользоваться данными по нему. Давайте сравним требования предъявляемые СП 16.133302011 и уже не действующим СНиП II-23-81.
По таблице В.1 СП 16.13330.2011 назначаются следующие марки стали в проектируемых конструкциях:
Из таблицы мы видим, что здесь 3 столбца со стандартами для выбора марки стали. Марка стали по ГОСТ 27772 характеризует предел текучести металла (С235 означает что сталь имеет предел текучести 235 Н/мм²), маркировка согласно ГОСТ 353,ГОСТ 14637 и ГОСТ 19281 обозначает химический состав, прочностные характеристики данной марки можно посмотреть в этих ГОСТ-ах. Сталь выполненная по одному ГОСТ-у может полностью соответствовать марке стали, выполненному по другому ГОСТ-у, отличие заключается лишь в методе контроля качества стали. В мире нет единого стандарта обозначения марки стали — в России одни стандарты, в США другие, в Европе третьи, но это не значит, что сталь у нас разная.
По таблице 50 СНиП II-23-81 назначаются следующие марки стали:
Обозначения, принятые в табл. 50* СНиП II-23-81:
а) фасонный прокат толщиной до 11 мм, а при согласовании с изготовителем — до 20 мм; листовой — всех толщин;
б) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для толщин свыше 20 мм;
в) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для всех толщин;
г) для района II4, для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха, применять прокат толщиной не более 10 мм;
д) при толщине проката не более 11 мм допускается применять сталь категории 3;
е) кроме опор ВЛ, ОРУ и КС;
ж) прокат толщиной до 10 мм и с учетом требований разд. 10;
и) кроме района II4 для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха.
Знак «+» означает, что данную сталь следует применять; знак «-» означает, что данную сталь в указанном климатическом районе применять не следует.
Как видим в СНиП II-23-81 градация по температурам ниже на 5 градусов, чем в СП 16.13330.2011, но и температура здесь не самых холодных суток, а самой холодной пятидневки. Если посмотреть СП «Строительная климатология», то заметим, что в большинстве случаев условия выбора марки стали будут одинаковыми, но есть случаи когда СНиП предъявляет более суровые требования, есть случаи когда в СП требования выше. Поэтому для экспертизы, необходимо чтобы марка стали соответствовала СП 16.13330.2011, но если СНиП II-23-81 предъявляет более суровые требования, то рекомендую воспользоватся этим документом.
Для подбора марки стали труб можно воспользоватся таблицей В.2 Сп 16.13330.2011
Также можно подобрать марку стали по показателям ударной вязкости данной в таблице В.3 Сп 16.13330.2011
Марку стали для соединений стальных конструкций следует выбирать согласно приложению Г СП 16.13330.2011
Из таблицы мы можем определить рекомендуемые марки стали и сделать расчет. Если есть возможность выбора марки стали, то лучше попробовать несколько вариантов и на основании технико-экономического расчета выбрать лучший вариант.
This article has 9 Comments
Почему выбираем сталь по СП? В Распоряжении Правительства РФ от 21.06.2010 г. №1047-р, этих документов нет в качестве обязательных. Необходимо пользоваться СНиП-ами.
Согласен, СП 16.13330.2011 носит рекомендательный характер, сейчас обязательным является СНиП II-23-81, но новый СП практически во всех смыслах копирует СНиП II-23-81. Если смотреть на подбор марки стали, то тут нет противоречий между этими стандартами, разве что в СНиП II-23-81 можно еще выбрать марки стали С390,С390К,С440, но на рынке эти марки стали слабо представлены и я бы не рекомендовал их использовать в проекте без предварительного согласования с поставщиками.
Поэтому я думаю, что моя статья вполне актуальна. Если есть какие-то серьезные противоречия между этими стандартами в выборе марки стали, то прошу написать, я обязательно это включу в статью.
Главное отличие в выборе расчетной температуры:
СП, п. 4.2.3 За расчетную температуру в районе строительства следует принимать температуру наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98, определенную согласно СНиП 23-01.
СНиП, прим. к табл. 50* 3. Климатические районы строительства устанавливаются … за которую принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки согласно указаниям СНиП по строительной климатологии и геофизике.
Поэтому в этом отношении новый СП очень жесток.
Спасибо что поправили меня, действительно температуры разные, надо это отметить. Если смотреть СНиП «Строительная климатология», то можно заметить, что минимальная температура с обеспеченностью 0,98 примерно на 5 градусов ниже, чем температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92, поэтому подбор марки стали для большинства регионов идентичен, но есть города, в которых по СНиП предъявляются более суровые требования, есть наоборот более суровые требования предъявляет СП.
На мой взгляд, надо смотреть оба документа и принимать по наихудшему, а вообще принимать сталь по температуре наиболее холодных суток, т.е. по новому СП, более логично.
Ничего не логично. Принимать нужно по действующим документам. Тем более, что прокат из 345 стали, да еще 3-й категории у нас найти весьма сложно, да и по ценнику она дороже.
Более логично т.к. при низкой температуре снижается ударная вязкость металла, что может привести к разрушению металла при сильном ударе и низкой температуре. Не думаю что металл будет охлаждаться 5 дней, поэтому выбор температуры наиболее холодных суток более логичен.
С точки зрения закона пока главным является СНиП II-23-81, но думаю вопрос замены СНиП новыми СП это вопрос времени.
По поводу того, что прокат трудно найти и он стоит дороже я с вами не согласен:
во-первых данная сталь прочнее, поэтому общая масса металла на здание будет меньше, если конечно критическим фактором не является расчет по прогибу или проверка по гибкости, кроме этого стоимость монтажа и доставки рассчитывают исходя из массы металла, поэтому и здесь экономия. Использование более прочной стали в некоторых случаях дает снижение общих затрат;
во-вторых прокат С345, т.е. сталь 09Г2 или 09Г2С довольно распространен, проблем с ее наличием никогда не возникало, в том числе и по ударной вязкости, поэтому такие разговоры я думаю либо от плохой организованности процесса строительства (все делается второпях), либо из-за ленивости/привязанности снабженцев к одному поставщику;
в-третьих безопасность эксплуатации здания это самое главное, нормы это юридический документ, он не должен за вас решать какие-либо вопросы, он просто задает вам рамки, в пределах которых вы должны проектировать, итоговое решение должно быть за вами — если ваш опыт работы, зарубежный опыт, другие знания говорят вам решение более правильное, вы должны следовать ему (естественно не нарушая норм), например в СП 16.13330.2011 в формулах появилось требование учитывать бимомент, в СНиП его нет, но в некоторых случаях это может привести к повреждению конструкции.
Я спрашивала о возможности применения для подкрановых балок сталь 10Г2 ПБЮ в указанных таблицах ее нет. Как быть?
По прочности 10Г2 вроде аналогичен 09Г2. Посмотрите по ударной вязкости если данная сталь подходит (таблица В.3 Сп 16.13330.2011), то думаю можно применить.
Стали, применяемые в строительстве
Строительная сталь – это разновидность сплава железа с углеродом, предназначенная для изготовления строительных конструкций, арматуры и литых изделий. Она обладает оптимальным составом для того, чтобы выдерживать значительные расчетные нагрузки. Использовать, например, инструментальную сталь для изготовления строительной балки нецелесообразно – даже при аналогичных размерах ее технические характеристики не будут удовлетворять расчётным нормативам.
Классификация
Требования к сталям строительным регламентирует ГОСТ 27772-88* «Прокат для строительных стальных конструкций». Документ определяет сортамент сплавов, приводит классификацию, правила производства, приёмки и применения металла.
Согласно ГОСТ, стали делятся на 2 основных вида по составу:
Углеродистые
Количество химического элемента углерода определяет прочность стальной конструкции. Чем его больше, тем крепче металл. Углеродистые сплавы делятся на 3 группы:
Применяются металлы с разным количеством углерода в изготовлении строительных конструкций нормальной напряженности.
Легированные
Для повышения прочности в сплав железа вводят различные металлы в разных количествах. Этот процесс называется легирование. По количеству добавок различают 3 группы сплавов:
Строительные стали с добавками (легированные) считаются наиболее качественными, чем углеродистые. Они применяются для изготовления ответственных конструкций в строительстве, в космической отраслях, в машиностроении и на железной дороге.
Выбор типа стали определяется ГОСТом и конструктивными расчётами.
Маркировка строительных сталей
Марка указывает на основные показатели материала. Углеродистая и легированная стали имеют разные обозначения, поэтому рассмотрим их по отдельности.
Расшифровка углеродистых сталей
Расшифровать марку сплава с углеродом просто:
Соотношение марки стали и количества углерода представлено в таблице:
|
Содержание серы в углеродистых сплавах – не менее 0,045%, фосфора – не менее 0,055%.
Маркировка легированных сплавов
Поскольку в легированных сталях присутствуют различные химические элементы, необходимо идентифицировать их:
|
Пример марки строительных сталей с легирующими добавками: 16Г2АФ. Расшифровывается обозначение следующим образом:
Наименований легированных строительных сталей множество.
Обозначение конструкционной стали
ГОСТ 27772-88* приводит обозначение металлов для изготовления фасонного проката, которые обозначаются буквой «С» (Сталь строительная) и цифрами. Чтобы понять, что скрывается за этими значениями, приведём соответствие легированных, углеродистых и принятых строительных сталей:
|
Основная классификация строительных сталей
Легированные и углеродистые – основная классификация сплавов. Дополнительно металл можно разделить на группы по отдельным ключевым признакам.
По степени раскисления:
Конструкционные стали и сплавы
Конструкционные стали и сплавы
Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали).
Углеродистые конструкционные стали
Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.
Стали обыкновенного качества изготавливают следующих марок Ст0, Ст1, Ст2,…, Ст6 (с увеличением номера возрастает содержание углерода). Ст4 — углерода 0.18-0.27%, марганца 0.4-0.7%.
Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них развита ликвация и они содержат сравнительно большое количество неметаллических включений.
С повышением условного номера марки стали возрастает предел прочности (sв) и текучести (s0.2) и снижается пластичность (d,y). Ст3сп имеет sв=380¸490МПа, s0.2=210¸250МПа, d=25¸22%.
Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций.
С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Поэтому стали Ст5 и Ст6 с более высоким содержанием углерода применяют для элементов строительных конструкций, не подвергаемых сварке.
Качественные углеродистые стали выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. Содержание S
Строительные стали
В число востребованных строительной индустрией материалов входят изделия из металла. Использование прочной стали позволяет возводить высотные дома, габаритные мостовые пролёты, несущие решетчатые конструкции металлических ферм, которые применяют для сооружения объектов различного назначения. Строительные стали являются неотъемлемым элементом в теле железобетонных оснований, перекрытий и других конструкционных элементов. Продукция, ориентированная на строительную отрасль, представлена в основном двумя наиболее распространенными видами стальных изделий:
Популярными видами профиля считаются трубы разного сечения, швеллеры, уголки. Эти элементы служат для сборки ферм, балок, лестниц. Двутавровые балки применяют для выполнения перекрытий, опор, мостовых сооружений.
Сфера использования металлических прутков в основном сводится к армированию железобетонных изделий.
Определение
Сталью называют сплав, состоящий из железа и углерода. Под качеством материала подразумевают сочетание свойств, зависящих от технологии производства, формирующих его химический состав, однородность строения, механические свойства и технологичность. Термин строительная распространяется на конструкционную малоуглеродистую, низколегированную или нелегированную стали, которые применяются для сооружения металлических конструкций путем сварки, клепки и посредством других соединений.
При строительстве объектов, требующих особой прочности, могут применяться и так называемые легированные стали, в их состав добавляют химические элементы, повышающие физические свойства материала.
Основные требования, предъявляемые к строительной стали – это нормативные параметры прочности, хороший показатель свариваемости, значительная пластичность. Огромное влияние на свойство материала оказывает содержание углерода. Его увеличенная концентрация в составе сплава сказывается на хрупкости и ухудшении свариваемости. Но наряду с этим повышаются такие свойства, как: предел текучести и временное сопротивление.
Немаловажное значение имеет наличие в соединении вредных природных примесей (фосфора, серы и прочих), серьёзно влияющих на качество конечного продукта.
Классификация строительных сталей
Система классификации стали, которая нашла применение в строительной отрасли, подразумевает распределение материала по нескольким параметрам. Первый из них механическая прочность. Разделение по данному показателю определяет три типа стали:
ГОСТ по классу прочности сталей строительных предполагает такие характеристики, как временное сопротивление на разрыв и минимальную величину предела текучести.
Вторым признаком, по которому группируют стали – это химический состав.
Маркировка строительных сталей
Для маркировки материала принята буквенно-цифровая система обозначений. Строительные марки помечают литерой С, цифры свидетельствуют о минимальном пределе текучести сплава. Присутствие других символов дают дополнительные сведения, к примеру, наличие буквы К удостоверяет повышенную антикоррозийную стойкость, а Т указывает, что материал термоупрочен (С390К, С355Т). Наличие буквы Д говорит о повышенном содержании меди. Марки строительной стали С390К, С355Т предназначены для конструкций со сварными и другими соединениями.
Сегодня в строительстве часто применяют конструкционную низкоуглеродистую сталь марок 10, 15, 20. Данные цифры указывают на усредненое содержание углерода в сплаве, исчисляемого в сотых долях процента.
Маркировка малоуглеродистых сталей включает её марку. Находящаяся впереди литера В означает гарантии механических параметров и химических свойств. Буквенные символы в конце: кп, пс или сп уточняют кипящая это сталь, полуспокойная или спокойная.
Последний цифровой индекс – категория материала по требованиям ударной вязкости. Таким образом, маркировка ВСтЗкп2 поясняет, что сталь относится к кипящей, её марка соответствует сплаву СтЗ, отвечая всем требованиям, выдвигаемым к механическим свойствам и химическому составу, а ударная вязкость соотносится с показателем 2.
Выбор марки строительной стали
Все виды строительных конструкций из металла подразделяются согласно действующих норм и правил на девять групп (СНиП 1I-B.3-72) Каждая группа формируется, исходя из эксплуатационных условий, монтирования и типа соединения элементов. Поэтому и марки металлического сплава выбирают, ориентируясь на следующие важные факторы:
СНиПом допускается применение для каждой из групп сооружений нескольких марок стали. Обычно элементы, изготовленные из кипящей стали, не рекомендуют применять в строительстве конструкций, испытывающих серьезные динамические нагрузки и эксплуатируемых в условиях низких температур. Наличие газовых пузырьков, образовавшихся при производстве сплава, концентрируют напряжение. Для таких конструкций подходит спокойный вид стали более полно раскисленный, но стоимость его дороже. Золотую середину занимает полуспокойная сталь.
Технология производства применяемой в строительстве стали постоянно совершенствуется, повышая ее качество и характеристики, что обеспечивает прочность и надежность любых самых сложных конструкций.