Методичка по строй мату 1

товой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, они экономичнее профилей горячей прокатки за счет сокращения толщины профиля до 2 мм.

§ 9.5. Стальная арматура для железобетона

Под арматурой железобетона понимают стальные элементы или целые каркасы, которые размещены в массе бетона. Арма туру располагают главным образом в тех местах конструкции, которые подвергаются растягивающим усилиям (при изгибе, растяжении, внецентренном сжатии). Арматура является важ нейшей составной частью железобетона; она должна надежно работать совместно с бетоном на всех стадиях службы изделия. С целью более рационального использования в качестве арма туры для железобетона применяют высокопрочные низколегиро ванные стали или арматурную сталь подвергают механиче скому упрочнению или термической обработке.

Механическоеупрочнениесталиосуществляютпутемволоче ния, скручивания. При волочении стержень проходит через кони ческое отверстие и обжимается. Вытяжку арматуры производят усилиями, превышающими предел текучести стали, при этом ар матура несколько вытягивается. Способ упрочнения армату ры путем скручивания ее в холодном состоянии вокруг про дольной оси оказывается лучшим как в техническом, так и в экономическом отношении по сравнению с другими способами упрочнения арматуры. Механическое упрочнение изменяет струк туру металла и способствует повышению предела текучести стали. Предел текучести стали после упрочнения повышается почти на 30%, на столько же можно увеличить напряжение в арматуре железобетона или сэкономить металл, применив стерж ни меньшего сечения.

Методом термической обработки: закалкой токами высокой частоты, изотермической закалкой, закалкой после нагрева электротоком и последующим отпуском и закалкой после на грева в печи с отпуском — также повышают качество арматур ной стали. В результате прочность увеличивается от 30 % для стали 35ХГ2С до 60... 100% для стали Ст5, 25Г2С и 35ГС, а пре дел текучести — соответственно от 65 до 130... 150%. Улучшение механических свойств термически обработанной стали дает эко номию арматуры в железобетоне до 35...40%.

Арматурную сталь (рис. 9.4) классифицируют по способу изготовления, профилю стержней и применению. По способу изготовления арматурная сталь бывает стержневой и холоднокатаной проволочной и предназначена для армирования обычных ненапряженных конструкций и напрягаемой арматуры для напряженных конструкций. В зависимости от профиля стержней арматуру делят на гладкую и периодического профиля.

Стержневая арматура бывает горячекатаной, термически упрочненной и упрочненной вытяжкой — подвергнутой после

— 311 —

Рис. 9.4. Виды арматуры:

1 — гладкая стержневая; 2 — гладкая проволочная; 3 — горячекатаная периодического профиля; 4, 5 — пряди из проволок; 6 — холодносплющенная; 7 — сварная сетка

прокатки упрочнению вытяжкой в холодном состоянии. В зависимости от механических свойств стержневую арматуру делят на классы (табл. 9.2). При обозначении класса термически упрочненной арматурной стали к индексу «А» добавляют индекс «т»,

Таблица 9.2. Характеристика стержневой арматурной стали

— 312 —

стали для конструкций, используемых в районах Севера, — «с», например Ат-IIIс.

Сталь с повышенной стойкостью против коррозии под напряжением A-IVK, A-VIK. Для каждого класса стержневой арматуры установлены определенные диаметры стержней. Стержни арматурной стали класса A-I выпускают гладкие, а остальных классов — периодического профиля.

Проволочную арматуру делят на арматурную проволоку и арматурные проволочные изделия. Арматурную проволоку различают двух классов; холоднотянутую класса B-I (низкоуглеродистую), предназначенную для ненапрягаемой арматуры, и класса В-II (углеродистую), предназначенную для напрягаемой арматуры (высокопрочная арматурная проволока), а также Вр-I и Вр-II (буква «р» обозначает наличие периодического профиля). Арматурные проволочные изделия бывают: а) нераскручивающиеся стальные арматурные пряди класса П (3, 7 и 19проволочные), предназначенные для напрягаемой арматуры; количество проволок в прядях обозначается соответствующей цифрой, например П-7 (7-проволочная арматурная прядь); б) стальные арматурные канаты двух- и многопрядные класса К, предназначенные для напрягаемой арматуры; для обозначения типа арматурного каната к индексу К добавляют две цифры: первая из них соответствует количеству прядей, а вторая — коли честву проволок в прядях, например К219 — двухпрядный арма турный канат, каждая прядь которого состоит из 19 проволок; в) сварные арматурные сетки для ненапрягаемой арматуры; г) тканые или сварные проволочные сетки для армирования армоцементных конструкций.

Проволочную арматуру выпускают диаметром 3...8 мм с пределом прочности от 1400 МПа (для диаметра 8 мм) до 1900 МПа (для диаметра 3 мм), с пределом текучести соответственно

1120, 1520 МПа.

В настоящее время при изготовлении железобетонных конструкций в качестве ненапрягаемой арматуры предпочтение отдают стержневой арматурной стали классов A-III и A-IVc, a также арматурной проволоке Вр-1.

К эффективным видам напрягаемой арматуры относят стержневую арматурную сталь классов A-V, A-VI, Ат-V И AT-VI, высокопрочную проволоку и получаемые из нее канаты.

Закладные детали предназначены для соединения посредством сварки отдельных изделий между собой при возведении сборных железобетонных конструкций. Они представляют собой стальную пластину из стали СтЗ с приваренными к ней внахлестку анкерами, изготовленными из стали Ст5 периодического профиля. Пластины располагаются на поверхности железобетонного изделия, а анкеры — в теле бетона. В ряде случаев для обеспечения более прочной связи анкеры соединяются с арматурой изделия.

Применяют несколько типов закладных деталей, причем для

— 313 —

каждого установлена несущая способность. Монтажные петли, закладываемые в бетон, изготавливают из гладкой круглой стали класса A-I. Диаметр стержня определяют расчетом петли на разрыв и выдергивание из бетона.

§ 9.6. Сварка металлов

Существуют два вида сварки: пластическая и сварка плавлением.

Кпластической сварке относятся: электрическая сварка со противлением, основанная на превращении электрической энер гии в тепловую при прохождении тока через свариваемые детали;

сручной или машинной поковкой; термитная сварка, при кото рой используется тепло горения термита, доводящая до пласти ческого тестообразного состояния кромки свариваемых де талей.

Ксварке плавлением относятся: газовая, при которой кромки металла расплавляются теплом, получаемым при горении газа; элекродуговая, основанная на использовании тепла электриче ской дуги для расплавления кромок свариваемых деталей; газо дуговая, основанная на использовании тепла электрической дуги в среде защитного газа.

Для соединения стальных строительных конструкций в основном применяют электрическую сварку сопротивлением или электродуговую сварку, реже — газовую и термитную. Арматуру железобетонных конструкций сваривают преимущественно с помощью контактной электросварки (точечной и стыковой). При сваривании пространственных каркасов значительных размеров или при соединении стержней большого диаметра применяют электродуговую и газовую сварки.

Газовая сварка (рис. 9.5) заключается в расплавлении металла в месте стыка деталей теплом, получаемым при горении газа или жидкого топлива в смеси с кислородом. Газовую сварку применяют для соединения тонкостенных конструкций из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и чугуна. В строительстве она имеет ограниченное применение из-за высокой стоимости по сравнению с электросваркой. В качестве горючих газов при газовой сварке используют ацетилен, водород, природный газ, а в качестве жидкого топлива — бензин, керосин, бензол. Наиболее дешевой и в то же время обеспечивающей высокое качество сварного шва является ацетиленокислородная сварка.

Для заполнения шва между свариваемыми деталями применяют присадочный металл в виде проволоки, имеющий химический состав, близкий по составу свариваемому металлу. Присадочную проволоку выпускают диаметром 1...12мм. Диаметр проволоки подбирается в зависимости от толщины свариваемых деталей. В среднем диаметр проволоки должен быть равен половине толщины детали. Для улучшения качества

—314 —

Рис. 9.5. Схема газовой сварки металла (а) и сварочная горелка (б): 1

— присадочный материал; 2 — свариваемый металл; 3 — наплавленный металл; 4 — корпус горелки; 5, 6 — шланги ацетилена и кислорода; 7 — ацетиленовый генератор;

8 — баллон с кислородом

сварного шва. производят сварку под флюсом, который вводят в сварочную ванну. Флюсы образуют на поверхности расплавленного металла шлаковую пленку, защищающую расплав от окисления (образования окалины).

Электрическую сварку производят за счет тепла, выделяемого электрическим током. Электрическую сварку делят на сварку сопротивлением, или контактную, и электродуговую.

Контактная электросварка — это процесс соединения металлических деталей в результате местного сплавления их кромок теплом, образующимся при прохождении тока через свариваемые детали. При этом детали сильно прижимают друг к другу, отчего данный способ сварки называют еще электромеханическим. Он в основном находит применение при изготовлении арматурных сеток, каркасов и стыковании стальных стержней. Различают следующие виды контактной сварки: стыковую, точечную и роликовую. Последняя применяется для получения плотного соединения листовых деталей. Для соединения стержней арматуры железобетона применяют стыковую и точечную сварки.

Стыковую сварку используют для продольного соединения деталей арматуры: наращивания стержней, приварки к торцу их анкеров при изготовлении арматуры предварительно напряженных конструкций или закладных деталей.

Точечную сварку (рис. 9.6) применяют для соединения деталей внахлестку или в месте их пересечения. Последнее характерно при изготовлении сеток и каркасов арматуры железо-

— 315 —

бетона. При точечной сварке пересекающиеся стержни зажимают двумя эектродами и включают электрический ток. Так как электроды обладают более высокой электропроводностью, наибольшее сопротивление прохождению тока окажет место пересечения стержней, в результате чего произойдет разогрев металла деталей и сварка их. Благодаря применению тока большой силы 80...300 А/мм точечная сварка происходит почти мгновенно в течение доли секунды.

Для соединения листового металла с целью получения не только прочного, но и плотного герметичного соединения применяют роликовую сварку (рис. 9.7). От точечной сварки она отличается тем, что стержневые электроды в ней заменены вращающимися роликами, которые захватывают свариваемые листы и создают непрерывный шов. При прохождении тока металл под роликами нагревается и сваривается под давлением роликов. Наибольшая общая толщина свариваемых листов составляет 6 мм. Роликовую сварку применяют для получения прочного и плотного соединения.

При электродуговой сварке один провод от источника тока присоединяют к свариваемой детали, а второй — к электроду (металлическому стержню). При замыкании цепи между концом электрода и деталью возникает электрическая дуга, в зоне которой температура достигает 6000°С, в результате чего плавятся кромки деталей и электрод; металл электрода заполняет зазор между деталями и образует после затвердевания сварной шов. Прочность шва зависит от глубины провара.

Электроды применяют угольные (графитовые) или металлические. Угольными электродами сваривают цветные металлы, производят наплавку металла или варят тончайшие стальные листы. Конструкции и арматуру сваривают металлическим электродом — стержнем диаметром 2... 12 мм, покрытым специальными обмазками из мела, крахмала, каолина, графита. Связующим веществом для удержания обмазки на электроде обычно служит жидкое стекло. Обмазка повышает устойчивость горения дуги и образует шлаковую защиту шва, предохраняя расплавленный металл от окисления в процессе сварки.

— 316 —

Существует несколько типов электродов, отличающихся качеством металла. Для сварки чугунов применяют электроды чугунные диаметром 4... 12 мм, а для сварки алюминиевых сплавов — специальную проволоку из алюминия и его сплавов.

Электродуговую сварку ведут ручным и автоматическим способами.

Несмотря на большую распространенность, электродуговая сварка имеет ряд существенных недостатков: низкую скорость сварки за счет большой зоны разогрева металла, что в свою очередь вызывает коробление изделия; пористость шва и выгорание легирующих компонентов из сплавов во время окислительных процессов: затруднение сварки металлов и сплавов с различными физико-механическими свойствами. Для устранения отмеченных недостатков в последнее время все шире получает распространение электродуговая сварка в газовой среде или под флюсом.

К газодуговой сварке относятся атомно-водородная и аргонодуговая.

При атомно-водородной сварке электрическая дуга возбуждается между двумя вольфрамовыми электродами в среде водорода. Водород стабилизирует электрическую дугу и, заполняя участок свариваемого металла, не дает возможности кислороду

иазоту воздуха окислять расплавленную массу сварочного шва. Кроме того, молекулярный водород, проходя через область дуги с высокой температурой, расщепляется на атомы, забирая на это большое количество тепла, а подходя к нагреваемому металлу, где температура много ниже, чем у дуги, атомы водорода соединяются в молекулу, отдавая взятую ранее теплоту непосредственно нагреваемому участку шва. Атомно-водородная сварка обеспечивает получение шва высокого качества; ее применяют при сварке тонкостенных конструкций из легированных

ивысокоуглеродистых сталей.

При аргонодуговой сварке электрическая дуга возбуждается между вольфрамовым электродом и деталью в защитной среде аргона. В качестве присадочного материала берут металл свариваемого изделия. Аргонодуговая сварка обеспечивает получение шва высокого качества и защиту наплавляемого металла от воздуха. Применяют ее для сварки нержавеющих сталей, окалиностойких магниевых и алюминиевых сплавов, а также соединений, обладающих высокой антикоррозионной стойкостью.

В строительстве широко применяют газовую резку металлов, принцип которой заключается в нагревании металла до темпе ратуры воспламенения в среде кислорода, сжигании его и выду вании образовавшихся оксидов струей кислорода. Железоугле родистые сплавы, содержащие до 0,7% углерода, имеют темпе ратуру горения ниже температуры плавления и хорошо подда ются резке. С повышением содержания углерода более 0,7% тем пература горения приближается к температуре плавления и сплавы плохо поддаются резке. Для высоколегированных сталей

— 317 —

ичугунов применяют флюсокислородную резку. Медь и алюминий, температура горения которых выше температуры плавления, резке не поддаются. Газовую резку производят вручную или с помощью машин, полуавтоматов и автоматов. Структура металла в зоне нагрева при сварке значительно меняется. При сварке углеродистых сталей металл нагревается до температур выше критических, т. е. переходит в аустени-товую структуру,

ив процессе последующего охлаждения в зоне термического воздействия металл перекристаллизовывается и образует новую структуру в зависимости от скорости охлаждения. Свариваемость металла при одном и том же виде сварки зависит главным образом от химического состава, свойств свариваемых металлов, применяемых электродов, а также режима сварки и термической обработки до и после сварки. Окисление отдельных элементов (например, углерода) может дать газообразные продукты и вызвать пористость шва.

Содержание углерода влияет на закаливаемость стали в зоне термического воздействия сварки. Стали с содержанием углерода до 0,25% свариваются хорошо. Находящиеся в сталях кремний и алюминий могут образовывать при сварке тугоплавкие оксиды, которые в наплавленном металле могут оставаться в виде неметаллических включений и этим снижать качество сварки.

Кдефектам свариваемых швов относят непровар, получаемый от неправильного режима сварки; пористость, образовавшуюся от насыщения металла газами, оксидами и шлаками; трещины

внаплавленном и основном металле, возникающие от неправильного ведения сварки, а также пережог, получаемый от окисления при слишком большой дуге (при дуговой сварке) и при избытке кислорода (при газовой сварке), Контроль качества сварных соединений производят путем внешнего осмотра, механическими испытаниями, а также при просвечивании рентгеновскими лучами и с помощью ультразвука, скорость прохождения которого зависит от плотности шва: чем он плотнее, тем быстрее проходит ультразвук.

§ 9.7 Цветные металлы и их сплавы

Для получения строительных изделий высоких технических свойств все шире стали применять металлические сплавы цветных металлов. Цветные сплавы на основе меди и благородных металлов — золота и серебра — в своем прошлом находили довольно широкое применение в отделочной технике. Использование же их в технических целях ограничивалось стоимостью.

За последние годы в строительстве широко применяют новые металлические материалы — алюминиевые, титановые и магниевые сплавы, высокопрочные стали с пределом прочности до 3000 МПа. Применяемые в строительстве алюминиевые сплавы, приближаясь по прочности к основным маркам строительных

— 318 —

сталей, имеют небольшую плотность (2,7; 2,9 т/м3) и высокую стойкость против коррозии.

Алюминиевые сплавы широко используют для изготовления проката в виде профилей: уголков, швеллеров, двутавров, труб круглого и прямоугольного сечений. Большое количество алюминиевых сплавов расходуется на изготовление заклепок, болтов. Изделия из алюминиевых сплавов отличаются простотой технологии изготовления, хорошим внешним видом, сейсмостойкостью, хладостойкостью, огнестойкостью, антимагнитностью и долговечностью, что позволяет им успешно конкурировать со сталью и другими строительными материалами.

Алюминий в «чистом» виде обладает многими высокими техническими свойствами: хорошей сопротивляемостью коррозионным воздействиям среды, высокой электропроводностью, пластичен, что позволяет легко изготовлять из него детали самого разнообразного и весьма сложного профиля. Недостатком алюминия является незначительная прочность — всего 70... 100 МПа, что не позволяет его использовать для несущих строительных конструкций. Однако алюминий резко повышает свои механические показатели при добавке к нему других ме- таллов—меди, марганца, магния (табл. 9.3).

Таблица 9.3. Механические свойства алюминиевых сплавов,

применяемых в строительных конструкциях

В настоящее время расширяется сфера применения алюминиевых конструкций и полуфабрикатов путем создания новых конструктивно-облицовочных материалов с разнообразными защитно-декоративными полимерными, лакокрасочными, эмалевыми и электротехническими покрытиями. Алюминиевые конструкции широко внедряются в гражданское, промышленное и сельскохозяйственное строительство.

— 319 —

В многоэтажных общественных, административных и промышленных зданиях с высотой этажа до 5 м и шагом колонн каркаса 6 м применяют стеновые панели П-1А размером 1880× ×162×4125 мм. Каркас панели состоит из двух рам, соединенных болтами через текстолитовые прокладки. Рама заполняется двумя слоями асбестоцементных листов с внутренним утепляющим слоем. На одной стороне наклеен алюминиевый лист (пароизоляция). Наружную декоративную вставку изготовляют из шпунтовых профилей или штампованного листа. Остекление панели производят стеклопакетами. Панель П-1А имеет массу 400 кг.

Для устройства внутренних перегородок, отвечающих повышенным архитектурно-строительным требованиям, применяют предварительно напряженную панель ПП-1 алюминиевых сплавов с декоративным покрытием из павинола (рис. 9.8). В основу конструкции положено использование в качестве обшивок тонких алюминиевых листов толщиной 0,5...0,8 мм, жесткость и устойчивость которых обеспечиваются за счет предварительного натяжения. Панель включает продольно-поперечный каркас из прессованных швеллеров и уголков, соединеных аргонодуговой сваркой, к которому заклепками крепятся натянутые листы. Между листами располагают звукоизолирующий слой минеральной ваты. На лицевую поверхность обшивки наносят декоративное покрытие из павинола или других пленочных материалов самых различных свойств, рисунка и текстуры. Панели производят размером 3500×750×62 мм, массой 35 кг.

Для покрытий отапливаемых производственных общественных и гражданских зданий применяют панели покрытия с предварительно напряженными обшивками из рулонных алюминиевых листов. Панель (рис. 9.9) состоит из двух ферм, соединенных между собой по верхнему и нижнему поясам поперечинами, по которым располагаются обшивки. Нижний напрягаемый лист включается в работу растянутого пояса и одновременно выполняет функции подвесного потолка, а верхняя обшивка работает совместно с верхним сжатым поясом, являясь одновременно

Рис. 9.8. Предварительно напряженная	Рис. 9.9. Панель покрытия с пред-
панель ПП-1 из алюминиевых сплавов	варительно напряженными обшивками
с декоративным покрытием из павино-	из рулонных алюминиевых листов
ла для внутренних перегородок

— 320 —