4.2 Метали і сплави, що застосовуються в будівництві
4.2.1 Будівельні сталі
Сталеві конструкції зазнають великих місцевих перенапруг у місцях кріплення, де можуть створюватися умови для крихкого руйнування металу. Тому для будівельних металевих конструкцій треба застосовувати метал пластичний, з високою ударною в`язкістю, з високою межею текучості та досить малою вартістю. Крім того, важливою умовою є можливість сталі зварюватися без тріщин та крихкості у зоні зварювання. Таким характеристикам відповідають низьковуглецеві конструкційні сталі звичайної якості та низьколеговані сталі, з яких виробляють прокатні профілі, покрівельні листи, арматуру, балки та ін.
Низьковуглецеві конструкційні сталі звичайної якості.
Найбільш розповсюджена у будівництві сталь марки Ст.3, завдяки своїй універсальності: вона повніше інших задовольняє до усіх вимог та є основним матеріалом для виконання несучих металевих і залізобетонних конструкцій (балки, рами, ферми, арматура, листові конструкції резервуарів).
Сталь Ст.0 має знижену межу текучості та здовження і тому використовується зараз дуже рідко - тільки для невідповідальних нерозрахункових конструкцій.
Сталі Ст.1 і Ст.2 - високопластичні. З них виробляють заклепки, трубопроводи, резервуари...
Сталі Ст.4 і Ст.5 - досить розповсюджені. З них виробляють металеві несучі конструкції, болти, ресори і арматуру. Зі сталі Ст.4 також виробляють прокатні труби, а сталь Ст.5 використовується для виготовлення відповідальних поковок та кранових реєк прямокутного профілю.
Сталі Ст.6 і Ст.7 застосовуються для виготовлення валів, осей.
Для маловідповідальних елементів конструкцій (сходів, огороджень та ін.), ребристих покрівельних настилів, віконних рам і т.п. можуть використовуватися сталі групи «Б». Перевагу віддають сталям, що виготовлені мартенівським способом. Бесемерівські сталі застосовують тільки для конструкцій, які не піддаються дії динамічних навантажень (резервуари, газгольдери, трубопроводи і т.п.).
Низьколеговані сталі мають більшу міцність (див. табл. 4.1) та корозійну стійкість порівняно з Ст.3 і Ст.5, зберігаючи високу пластичність і зварюваність, але вони й більш коштовні. Їх застосовують для зменшення ваги конструкцій. Найбільш розповсюджені з них: сталі 10Г2С, 10ХСНД, 15ГС, 16Г2АФ, 17ГС, 17ГСБ, 20ГС, 20ХГ2Ц, 23Х2Г2Т, 25Г2С, 30ЧГ2С, 35ГС, 45С, 80С. За досвідом будівельних робіт використання низьколегованої сталі стає економічно доцільним, коли це дозволяє зменшити вагу конструкцій, порівняно з застосуванням сталі Ст.3, на 15-20 %. Крім того, низьколеговані сталі призначаються для дуже відповідальних конструкцій, де за технічними умовами інші матеріали не припустимі (великопрольотні форми мостів, громадських та промислових будівель або інші важкі металеві вироби).
Таблиця 4.1 – Механічні характеристики при розтягненні будівельних сталей
Марка сталі |
Границя текучості, кг/см2 |
Границя міцності, кг/см2 |
Ст.3 |
2100 |
2600 |
Ст.4 |
2100 |
2700 |
Ст.5 |
2300 |
3200 |
15ГС |
2800 |
3100 |
10Г2С |
2900 |
3200 |
10ХСНД |
3400 |
3500 |
У будівельній справі широко використовується сталевий прокат: сортовий (круг, квадрат, смуга), фасонний (кут, швелер, тавр, двотавр) листовий (рис.4.3).
Прийнята класифікація передбачає для фасонного прокату 13 найменувань сталі за значеннями межі текучості: С235, С245. С255, С275, С285, С345, С345К, С375, С390, С390К, С440, С590, С590К. Перші 5 типів сталі є вуглецевими, а інші – низьколегованими. Літера "С" вказує на належність сталі до будівельних конструкцій, "К" – на модифікацію хімічного складу сталі. Наприклад, сталь С235 відповідає сталі ВСт3кп, а сталі С345 і С375 у залежності від виду прокату і товщини – сталям 09Г2, 12Г2С, 14Г2, 15ХСНД.
Арматурні сталі. У будівництві понад 60 % сталі йде на армування залізобетону, тому виділяється велика група так званих арматурних сталей, які поставляються за вимогами зовнішнього вигляду готового продукту та способу його зміцнення. Стержні і дріт, які використовують для армування, отримують способами гарячого прокату та холодного витягнення. Зміцнення гарячекатаних сталевих виробів здійснюється термічною обробкою. У холоднотягнутих виробах зміцнення досягається за рахунок наклепу. Наклеп – це, як правило, поверхнева пластична деформація мікроструктури металу, яка виникає при механічних впливах і виявляється в здрібненні кристалічних зерен. Він підвищує твердість, міцність (зменшуючи пластичність) та довгочасно може існувати при температурах до 300 оС. При більших температурах починається рекристалізація, коли зерна сталі починають збільшуватися, а міцність - зменшуватися.
Існує класифікація арматурних сталей (СНіП II-B. 1-62*):
а) стержнева гарячекатана гладка
А-I (Ст.3) d= 6...40;
б) стержнева гарячекатана періодичного профілю
А-II (Ст.5) d= 10...90,
A-III (25Г2С, 35ГС) d= 6...40 ,
A-IV (30ЧГ2С, 20ХГ2Ц, 80С) d= 10...32 ,
A-V (23Х2Г2Т) d= 10...18;
в) стержнева, термічно зміцнена, періодичного профілю
Ат-IV (35ГС) d= 10...25,
Ат-V (20ГС, 35ГС) d= 10...20 ,
Ат-VI, Ат-VII (20ГС, 45С) d= 10...25;
г) стержнева, зміцнена витяжкою, періодичного профілю
А-IIIв (25Г2С, 35ГС) d= 6;
д) високоміцний дріт гладкий
В-I d = 3...8,
В-II d= 3...8;
е) дріт періодичного профілю
Вр-II d= 3...8.