2.1.5. Метали

Металеві конструкції широко використовуються у будівництві. Такі конструкції застосовуються у вигляді стрижневих або суцільних систем. Для їх виготовлення використовують чорні метали – сталь і чавун, кольорові – алюмінієві й мідні сплави. Зі сталі зводять каркаси будівель, виготовляють арматуру для залізобетону, труби, покрівельні листи, дверні і віконні пристрої, заклепки, болти, цвяхи та ін. Із кольо­рових металів найбільш розповсюджені в будівництві конструкції з алюмінію та алюмінієвих сплавів, які знаходять широке застосування завдяки малій питомій вазі і високій стійкості проти корозії.

Сталь являє собою сплав заліза з вуглецем, крім того в незначних кількостях у ній містяться домішки марганцю, кремнію, фосфору і сірки. Одержують сталь у результаті переплавляння чавуну в мар­те­нівських печах або конверторах. За способом одержання марки сталі, що застосовуються в будівництві, поділяються на спокійні (СП), напівспокійні (НС) і киплячі (КП). У несучих сталевих конструкціях, що експлуатуються при температурі нижче – 30 °С, марки сталі КП, як правило, не використовують.

Фізико-механічні характеристики сталі: міцність і деформативність – визначають за діаграмами σ_s-ε_s (рис. 2.4), які отримують у результаті випробовувань спеціальних зразків на розтяг. За такими харак­те­рис­тиками розрізняють м’які (з фізичною ділянкою текучості) сталі (рис. 2.4, а), та тверді – з умовною межею текучості (рис. 2.4, б).

Основні механічні характеристики сталей, що застосовуються у бу­дівництві: міцність, пластичність, утомливість. Міцність вимірюється в двох станах:

–  за досягнення металу межі текучості σ_y , для м’яких сталей, коли сталь тече без збільшення зовнішнього навантаження, чи умовної ме­жі текучості σ_0,2 , яка відповідає залишковій деформації після роз­ван­таження ε= 0,2 – для твердих сталей;

Р ис. 2.4. Діаграми σs-εs при розтягуванні сталі: а – з ділянкою текучості; б – з умовною межею текучості

– при досягненні межі міцності σ_su, за якою метал руйнується.

Для розрахунку конструкцій приймається розрахунковий опір сталі в МПа (кгс/см²), що відповідає фізичній чи умовній межі текучості.

Втомливістю металу називають стан руйнування під дією багато­разово повторюваного зовнішнього навантаження. Наприклад, таке яви­ще відбувається при багаторазовому перегині дроту.

Втомливість металу небезпечна, коли будівельні конструкції пра­цюють в умовах багаторазово циклічних навантажень, а також у клі­матичних умовах із низькими температурами.

Сортамент сталевих профілів (рис. 2.5), що поставляються мета­лур­­гійними заводами для будівництва, включає: сталь круглу – 1, ква­дратну – 2, у вигляді смуги – 3, кутики рівносторонні – 4 і нерів­но­сторонні – 5, z-подібні – 6, швелери – 7, двотаври – 8, а також труби, листи, хвилясту і рифлену сталь та спеціальні профілі для віконних переплетінь.

Сталеві профілі випускають довжиною від 6 до 12 м. При поста­чанні сталі, призначеної для будівельних конструкцій, вказують марку і групу сталі, а також межу текучості, вміст вуглецю, сірки, фосфору.

При виготовленні конструкцій із виробів (прокату), що постав­ля­ється заводом, відрізають елементи необхідної довжини і з’єднують їх між собою за допомогою зварювання, болтів чи заклепок.

Найбільш простим і дешевим способом з’єднанням є зварювання. За методом виконання розрізняють ручне зварювання, автоматичне і напівавтоматичне. Міцність зварених швів повинна бути не нижче міц­ності елементів, що з’єднуються.