2. Выбор сталей для строительных конструкций

Класс стали выбирают на основе вариантного проектирования и технико-экономического анализа по СНиП ІІ-23-81*. Выбор класса стали для строительных конструкций зависит от следующих параметров, влияющих на работу материала:

– температуры среды, в которой монтируется и эксплуатируется конструкция, влияющей на повышенную опасность хрупкого разрушения при пониженных температурах;

– характера нагружения, определяющего особенность работы материала и конструкций при динамической, вибрационной и переменной нагрузках;

– вида напряженного состояния (одноосное сжатие или растяжение, плоское или объемное напряженное состояние) и уровня возникающих напряжений (сильно или слабо нагруженные элементы);

– способа соединения элементов, определяющих уровень собственных напряжений, степень концентрации напряжений и свойства материалов в зоне соединения;

– толщины проката, применяемого в элементах (с увеличением толщины изменяются свойства стали).

В зависимости от степени ответственности конструкций зданий и сооружений, а также от условий их эксплуатации все конструкции разделяются на четыре группы:

Группа 1 – основные сварные конструкции либо их элементы (подкрановые балки; балки рабочих площадок; элементы конструкций бункеров и т. п.), работающие в особо тяжелых условиях или подверженные непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок.

Группа 2 – основные сварные конструкции либо их элементы (фермы; ригели рам; балки перекрытий и покрытий и т. п.), работающие при статических нагрузках преимущественно на растяжение, а также конструкции и элементы группы 1 при отсутствии сварных соединений.

Группа 3 – основные сварные конструкции либо их элементы (колонны; стойки; опорные плиты; элементы настила перекрытий; вертикальные связи по колоннам с напряжением в связях свыше 0,4R_y и т. п.), работающие при статических нагрузках преимущественно на сжатие, а также конструкции и элементы группы 2 при отсутствии сварных соединений.

Таблица 1 [1, фрагмент табл. 50]. Стали для стальных конструкций зданий и сооружений

Сталь	ГОСТ или ТУ	Категория стали для климатического района строительства (расчетная температура, оС)
		ІІ4 (– 30 > t ≥ – 40); ΙΙ5 и др. (t ≥ – 30)	Ι2, ΙΙ2 и ΙΙ3 (– 40 > t ≥ – 50)	Ι1 (– 50 > t ≥ – 65)

Группа 2. Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке, [фермы; ригели рам; балки перекрытий и покрытий и т. п.], а также конструкции и их элементы группы 1 при отсутствии сварных соединений…

С 245 С 255 С 275 С 285 С 345 С 345К С 375 С 390 С 390К С 440 С590

ГОСТ 27772-88

+г) + +г) + 1 + 1 + + + +

– – – – 3 – 3 + + + –

– – – – 4а,д) – 4а,д) +б) +б) +в) –

Группа 3. Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке, [колонны; стойки; опорные плиты; элементы настила перекрытий; конструкции, поддерживающие технологическое оборудование; вертикальные связи по колоннам с напряжением в связях свыше 0,4R_y], а также конструкции и их элементы группы 2 при отсутствии сварных соединений.

С 235 С 245 С 255 С 275 С 285 С 345 С 345К С 375 С 390 С 390К С 440 С590

ГОСТ 27772-88

+е,и) + + + + 1 + 1 + + + +

– – +ж) – +ж) 1 + 1 + + + –

– – – – – 2 или 3 – 2 или 3 + + + –

Обозначения, принятые в табл. 1:

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 ΙΙ₄ 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) кроме района ІІ₄ 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.

Знак “+^д)” означает, что данную сталь следует применять с соблюдением оговоренных выше требований.

Группа 4 – вспомогательные конструкции зданий и сооружений (связи; кроме указанных в группе 3; элементы фахверка; лестницы; площадки; ограждения и т. п.), а также конструкции и их элементы группы 3 при отсутствии сварных соединений.

Требования к элементам конструкций, не имеющих сварных соединений, могут быть снижены, так как отсутствие остаточных полей сварочных напряжений, более низкая концентрация напряжений и другие факторы улучшают их работу.

В пределах каждой группы конструкций в зависимости от температуры эксплуатации к сталям предъявляются требования по ударной вязкости при различных температурах.

Стали для стальных конструкций зданий и сооружений принимаются по табл. 1 в зависимости от группы конструкций и климатического района строительства, для которого нормами определены расчетные температуры наружного воздуха (табл. 2).

В зависимости от температуры эксплуатации конструкций и степени опасности хрупкого разрушения для сталей С345 и С375 проводятся испытания на ударную вязкость при разных температурах и они поставляются по четырем категориям (обозначены цифрами) (табл. 3).

Стали для конструкций, возводимых в климатических районах Ι₁, Ι_2, ΙΙ₂ и ΙΙ₃, но эксплуатируемых в отапливаемых помещениях, следует принимать как для климатического района ΙΙ₄ согласно табл.1, за исключением ста-

Табл. 2. Расчетные температуры наружного воздуха t, ^оС

Место строительства	t	Место строительства	t
Чита Благовещенск Кызыл Омск Иркутск Зима Владивосток Москва Мирный Свердловск Новосибирск Улан-Удэ	-38 -34 -51 -37 -38 -42 -25 -25 -48 -31 -39 -38	Братск Барнаул Тайшет Караганда Нижний Новгород Новокузнецк Кемерово Красноярск Пермь Норильск Южно-Сахалинск Ангарск	-43 -39 -40 -32 -30 -38 -39 -40 -34 -46 -24 -37

Таблица 3. Нормируемые характеристики для категорий поставки

Нормируемые характеристики	Категории
	1	2	3	4
Ударная вязкость при: – 40 оС – 70 оС Ударная вязкость после механического старения	+ – –	– + –	+ – +	– + +

лей С245 и С275 для конструкций группы 2.

Расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального и фасонного проката принимаются по табл. 4.

Расчетное сопротивление сдвигу проката принимается R_s = 0,58 R_y.

Расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки) R_p = R_un / γ_m, принимаемое по табл. 5.

При изготовлении стальных конструкций в заводских условиях применяется наиболее распространенная полуавтоматическая сварка в защитной среде углекислого газа. Ручная сварка в основном используется при монтаже в труднодоступных местах. Швы большой протяженности выполняются, как правило, автоматической сваркой.

Прочность сварных соединений зависит от прочности основного металла соединяемых элементов, прочности наплавленного металла шва, формы и вида соединения и связанного с этим распределения напряжений в со-

Таблица 4 [1, фрагмент табл. 51]. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88

для стальных конструкций зданий и сооружений

Сталь	Толщина проката1, мм	Нормативное сопротивление2, МПа, проката				Расчетное сопротивление3, МПа, проката
		листового, широкополосного универсального		фасонного		листового, широкополосного универсального		фасонного
		Ryn	Run	Ryn	Run	Ry	Ru	Ry	Ru
C235	От 2 до 20 Св.20 до 40 От 40 до100 От100	235 225 215 195	360 360 360 360	235 225 – –	360 360 – –	230 220 210 190	350 350 350 350	230 220 – –	350 350 – –
С245	От 2 до 20 Св.20 до30	245 –	370 –	245 235	370 370	240 –	360 –	240 230	360 360
С255	От 2 до 3,9 От 4 до10 Св.10 до 20 Св.20 до 40	255 245 245 235	380 380 370 370	– 255 245 235	– 380 370 370	250 240 240 230	370 370 360 360	– 250 240 230	– 370 360 360
С275	от 2 до 10 Св.10 до 20	275 265	380 370	275 275	390 380	270 260	370 360	270 270	380 370
С285	От 2 до 3,9 От 4 до 10 Св.10 до 20	285 275 265	390 390 380	– 285 275	– 400 390	280 270 260	380 380 370	– 280 270	– 390 380
C345	От 2 до 20 Св.10 до 20 Св. 20 до 40 Св. 40 до 60 Св. 60 до 80 Св.80 до160	345 325 305 285 275 265	490 470 460 450 440 430	345 325 305 – – –	490 470 460 – – –	335 315 300 280 270 260	480 460 450 440 430 420	335 315 300 – –	480 460 450 – – –
C345К	От 4 до 10	345	470	345	470	335	460	335	460
С375	от 2 до 10 Св.10 до 20 Св. 20 до 40	375 355 335	510 490 480	375 355 335	510 490 480	365 345 325	500 480 470	365 345 325	500 480 470
С390	От 4 до 50	390	540	–	–	380	530	–	–
С390К	От 4 до 30	390	540	–	–	380	530	–	–
Примечания: 1 За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм). 2 За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88. 3 Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициент надежности по материалу с округлением до 5 МПа.

Таблица 5. Расчетные сопротивления проката смятию