3.6. Будівельні сталі

Будівельні сталі призначені для виготовлення будівельних конструкцій – мостів, ферм, газо- і нафтогонів, водогонів, котлів тощо.

Сталеві конструкції виготовляють з прокатних виробів, а також із гнутих та зварних профілів (рис 3.2).

Рис. 3.2. Прокатні вироби із сталі різного профілю

1 – кругла; 2 – квадратна; 3 – штабова; 4 – періодичного профілю; 5 – рифлена; 6 – хвильова; 7 – кутикова рівнобока; 8 – кутикова нерівнобока; 9 – швелер; 10 – двотавр; 11 – двотавр зварний; 12 – рейки кранові; 13 – рейки залізничні; 14 – шпунтова паля

Найчастіше використовують прокатні вироби, які поділяють на чотири групи: сортову сталь, листову сталь, спеціальні види прокату і труби.

Сортова сталь включає профілі масового попиту (круглу, квадратну, кутикову), швелери, двотаври та профілі спеціального призначення (рейки тощо).

У будівництві найбільше використовують кутикові профілі, двотаври та швелери. Кутиків профіль може бути двох типів: рівнополицевий та нерівнополицевий. Найлегші кутикові профілі мають розміри 20×20 мм і товщину 3 мм (20×3), а найважчі – відповідно 250×250 та 30 мм.

Двотаври та швелери вибирають за номерами, що відповідають їхній висоті в сантиметрах. Номери двотаврів змінюються від 10 до 60, швелерів – від 5 до 40. Двотаври прокатують завдовжки до 19 м, а швелери – до 18 м. Їх застосовують в основному як балки, що працюють на згин та осьове навантаження. Форма швелерів спрощує кріплення до їх стінок інших елементів, тому їх широко використовують як прогони покрівель промислових споруд.

Листову сталь залежно від товщини листів розподіляють на товстолистову (4 – 160 мм), тонколистову (0,2 – 4 мм), універсальну широколистову (4 – 60 мм), рулонну та рифлену. Найширше у будівництві використовують сталеві листи завтовшки до 40 мм. Листи тонколистової сталі мають довжину до 4 м, ширину – 600 – 1400 мм. Її застосовують при виготовленні гнутих тонкостінних профілів та профільного настилу.

Використання гнутих профілів значно спрощує технологію будівельних робіт (наприклад, кріплення гіпсокартонних плит).

Листовий метал широко використовують для виконання покрівельних робіт, виготовлення ангарів тощо.

Так з гарячеоцинкованої холоднокатаної сталі (прокату) виготовляють металочерепицю – багатошаровий виріб для влаштування покрівель. Товщина листового металу 0,5 мм.

Після пасивації та ґрунтування шаром кольорового полімерного покриття (поліестром, матполіестром, пураном, пластизолом) отримують не тільки надійний покрівельний матеріал, а й архітектурно-виразний його вигляд. Також можуть бути використані нестандартні покриття, що надають черепиці ефекту «блиску» або яскравості. Довжина панелі може бути від 500 до 8000 мм, а крок (або довжина модуля) – 275 – 450 мм.

В будівництві широко використовується арматурна сталь, виготовлена у вигляді стрижнів гладкого та періодичного профілю, дроту та канатів.

Рис. 3.3. Арматура

а – прутики класу А-ІІ(А200С); б – прутики класу А-ІІІ(А400С, А500С); в – дріт періодичного профілю (В_р); г – канат.

Розрізняють: стрижневу арматуру – клас А; дріт – клас В; арматурні канати – клас К – також може зазначатися спосіб виготовлення, особливі властивості або призначення арматури. Термічно оброблену стрижневу арматурну сталь позначають А_т, сталь для конструкцій, які використовуються в районах півночі – А_с, термічно оброблену зварювальну сталь – індексом «С» (наприклад, А_тIVC), а таку сталь з підвищеною стійкістю проти корозійного розтріскування під напруженням – «К» (наприклад, А_тIVК). Для сталі, зміцненої витягуванням, використовують індекс «b» (АІІІ_b).

Арматуру класу А-І використовують круглого перерізу з гладкою поверхнею. Арматура інших класів має періодичний профіль. Арматурна сталь періодичного профілю має вигляд круглих стержнів з двома повздовжніми ребрами та поперечними виступами, що йдуть по тризахідній гвинтовій лінії. Використовують також арматуру з профілем «ялинка».

Арматурний дріт випускають діаметром 3 – 8 мм та поділяють за формою поперечного перерізу на дріт гладкого (В) і періодичного профілю (В_р).

Для зведення башт, опор високовольтних ліній електропередач, інших гратчастих конструкцій широко використовують металеві труби. За способом виготовлення їх поділяють на безшовні гаряче- та холодно формовані й електрозварні з повздовжнім прямим або спіральним швом.

Поряд з круглими зварними трубами для сталевих конструкцій використовують квадратні та прямокутні гнутозварні труби.

Всі будівельні конструкції, як правило, є зварними і зварюваність – одна з основних властивостей будівельних сталей. Тому будівельна сталь – це низьковуглецева сталь з кількістю вуглецю з 0,22 – 0,25%. Підвищення міцності досягається легуванням зазвичай недорогими елементами – марганцем і кремнієм. В цьому випадку сталь називають низьколегованою. При низькому вмісту вуглецю межа текучості зростає до 400 – 450 МПа (межа міцності до 500 – 600 МПа), а при використанні термічної обробки і вище.

Серед простих сталей найбільш часто використовують сталі марок Ст1, Ст2 і Ст3, особливо Ст3. Для конструкцій із зварними з’єднаннями використовують групу В (<0,22% С; σ_т = 240 МПа), а для незварних – по групі А (гарантується тільки σ_т не нижче 240 МПа).

Оскільки термічною обробкою (гартування + відпуск 600^оС) неможливо значно підвищити міцність Ст3, то в необхідних випадках застосовують леговані сталі. Їх називають будівельними підвищеної міцності. Основним легуючим компонентом служить марганець (1 – 1,5%).

Більшість будівельних металевих виробів виготовляють прокатуванням. Тому значний вплив на міцність сталі має спосіб прокатки.

Для армування залізобетонних конструкцій застосовують стрижні та дріт.

В попередньо напружених залізобетонних конструкціях застосовують високоміцні стальні стержні або високоміцний дріт.

В ненапружених конструкціях застосовують сталь звичайної якості (Ст3, Ст5), оскільки вона не зазнає великих напруг, а в попередньо напружених конструкціях – середньо вуглецеві і вуглецеві сталі в гарячекатаному стані, а також зміцнені термічною обробкою.

Арматурна сталь поділяється на класи за міцністю. В таблицях 3.4 і 3.5 наведені основні дані про арматурні сталі.

Таблиця 3.4. Класифікація арматурних сталей (ГОСТ 5058-65, ГОСТ 10884-71)

Клас сталі	Властивості (не менше)			Марка сталі
	σв, кгс/мм^2	σт (0,2), кгс/мм^2	δ, %	в гарячеката-ному стані	в термозміц-неному стані
А-І А-ІІ А-ІІІ А-ІV А-V А-VІ А-VІІ А-VІІІ	38 50 60 90 105 120 140 160	24 30 40 60 80 100 120 140	25 19 14 6 6 5 5 4	Ст3 Ст5; 18Г2С 35ГС;25ГС2 20ХГ2Ц;80С 23Х2Г2Т – – –	– – – Ст5 Ст5; 35ГС Ст6; 35ГС 45С 45ГС

Таблиця 3.5. Хімічний склад арматурних сталей, % (ГОСТ 5781-75)

Сталь	С	Mn	Si
25Г2С 35ГС 20ХГ2Ц* 80С 45С	0,20 – 0,29 0,30 – 0,37 0,19 – 0,26 0,74 – 0,82 0,40 – 0,48	1,2 – 1,6 0,8 – 1,2 4,5 – 1,9 0,5 – 0,8 0,5 – 0,8	0,6 – 0,9 0,6 – 0,9 0,4 – 0,7 0,6 – 1,0 1,0 – 1,3
* містить 0,9 – 1,2% Cr; 0,07 – 0,14% Zn.

Арматурну сталь класів А-І, А-ІІ, А-ІІІ застосовують для ненапружених конструкцій, а арматурну сталь більш високих класів – для попередньо напружених конструкцій.

Властивості, що відповідають класу А-ІV, можуть бути отримані в гарячекатаному стані в легованих сталях марок 20ХГ2Ц або 80С чи в простій вуглецевій сталі марки Ст5 після зміцнюючої термічної обробки (гартування у воді, відпуск при 400^оС), а також у низьколегованих маловуглецевих сталях після гартування з прокатного нагріву.

Арматуру більш високих класів (А-VІ…АVІІІ) виготовляють тільки із застосуванням зміцнюючої термічної обробки.

Низьковуглецева арматурна сталь (менше 0,26% С) гарно зварюється контактною зваркою. При кількості вуглецю 0,3 – 0,4% сталь контактною зваркою зварюється погано, а при більшій кількості вуглецю взагалі не зварюється.

Для роботи при низьких температурах краще застосовувати сталі з більш низьким вмістом вуглецю або сталі після термічної обробки.