Сталь в строительстве
|
Металлом, используемым в огромном количестве в качестве конструкционного материала во всем мире, является сталь. Мировое производство стали в настоящее время превышает 600 млн. т в год. Ряд стран с высоким показателем производства стали на душу населения экспортирует ее, поэтому разброс удельных показателей потребления стали меньше, чем удельных показателей производства. Типичные физико-механические характеристики строительной стали определяются следующими величинами:  Для нужд легкого строительства из стали изготовляют листы, профили и отливки. Легкие горячекатаные профили имеют преимущества перед традиционными (рис. 1). Высокие и широкополочные ("Европа") стальные профили обеспечивают экономию материала (рис. 2). Помимо этого преимущества современные профили благодаря широким прямоугольным полкам облегчают решение конструктивных соединений (рис. 3—5). С целью наиболее экономичного применения горячекатаных профилей крупные сталелитейные заводы выпускают профили нескольких сортаментов. Так, например, западногерманский концерн "Тиссен" в дополнение к 18 двутавровым профилям типа "Европа" сортамента IPE с сечением высотой 80—600 мм производит 13 двутавров IPEо и 5 двутавров IРЕv, которые размерами высоты сечения соответствуют профилям fPE, но легче и обладают более эффективным сечением.  Горячекатаные профили с наибольшей высотой сечения 1010 мм выпускаются в Японии фирмой "Ниппон Стил". Кроме обычных сортов сталей для изготовления профилей применяют также стали со специальными свойствами — легкосвариваемые ("Вэл-Тэн") и устойчивые к атмосферной коррозии ("Кор-Тэн"). Главные балки большепролетных промышленных зданий должны иметь в сечении большую высоту. Большая высота балок может быть достигнута или путем сварки листов соответствующих размеров, или путем сварки двух частей предварительно зубчато разрезанных вдоль по стенке профилей, сдвинутых на полшага зубцов (рис. 6. 7).  При очень высоких нагрузках применяются решетчатые шпренгельные балки, при низких — легкие балки (решетчатые или со сплошной стенкой), изготовленные из холодногнутых профилей, полученных из стального листа (рис. 8—14). Выпущенная английской фирмой "Вард Брос" балочная система "Малтибим систем" включает ряд элементов, изготовляемых на одних и тех же валках обычного гибочного станка. Несущая способность балок варьируется путем использования листов различной толщины при общей высоте сечений 100—250 мм. Отношение высоты стенки к ее толщине в горячекатаных стальных профилях не должно превышать 25.  В стальных профилях, полученных холодным способом (холоднокатаных или сварных), распределение материала с конструктивной точки зрения значительно более эффективно, и их применение приводит к экономии материала по сравнению с горячекатаными профилями. Отношение высоты стенки к ее толщине у этих профилей может значительно превышать 25, достигая даже 150. Уменьшенная толщина стенки делает их более уязвимыми к дефектам (например, ошибкам в размерах), поэтому оборудование для их производства должно быть таким, чтобы обеспечивалась высокая точность размеров. Каждое металлургическое предприятие публикует каталоги продукции с указанием толщины стенки выпускаемых профилей. В Венгрии Дунайский металлургический комбинат в настоящее время производит открытые стальные профили длиной 4—12 м и закрытые профили длиной 4—8 м из листовой стали шириной до 400 мм, а завод Венгерского объединения по строительству металлургических предприятий изготовляет сварные стальные балки, рассчитанные на большие и средние нагрузки. Кроме холоднокатаных профилей, указанных в каталоге, могут быть изготовлены и другие в пределах тех же общих максимальных габаритов при условии заказа достаточно большой партии. Это открывает большие возможности при проектировании тонкостенных стальных конструкций. Однако проектирование и изготовление нового комплекта валков требуют значительного времени и затрат, что может быть оправдано только в случае достаточно длительной его эксплуатации.  В процессе холодного формования стальной полосы на гибочном станке или на линии холодного проката сталь будет упрочняться. Прочность, предел текучести и твердость стали повысятся, но одновременно понизится ее пластичность. В зависимости от формы и способа холодного формования профили могут получать упрочнение местное или по всему поперечному сечению. Обычные открытые профили (С -, U- и Z-образные) будут значительно упрочняться только в угловых зонах, в то время как закрытые профили и профилированные листы — по всему сечению. Тонкие холоднокатаные стальные листы (полосы) оцинковывают, применяя метод горячего погружения, или покрывают цинковой грунтовкой, если они предназначены для использования внутри помещения. Эти полосы поступают на рынок в рулонах.  Для устройства складских стеллажей и для других подобных целей широко применяются перфорированные профили (например, "Дексион", "Юнистрат"), открывающие большие возможности для устройства соединений. Профилированные стальные листы толщиной 0,5—1,5 мм с трапецеидальным или синусоидальным сечением производятся как для непосредственного применения в конструкциях перегородок, несущих стен, перекрытий и покрытий, так и для использования в качестве внешней оболочки при изготовлении многослойных строительных элементов. Более толстые листы (полосы) с глубоким рифлением предпочтительны для покрытий, тонкие листы с менее глубоким рифлением используются в качестве обшивки стен, еще более тонкие с неглубоким рифлением — для подвесных потолков. Возможны отступления от этих основных принципов с учетом длины, способов крепления и назначения элементов. Металлические листы, применяемые при больших пролетах, могут иметь крупное первичное рифление и более мелкое вторичное для повышения сопротивления местным нагрузкам. Такие листы с двойным рифлением, выпускаемые компанией "Бехлен Мфг" в США или СИЦИТ в Италии, были использованы в конструкциях покрытий "Дабл-Пэнл", в том числе в покрытии ангара пролетом 70 м в Неапольском аэропорту. "Дабл-Пэнл", по существу, представляет собой систему решетчатых балок с полками из стальных листов с двойным рифлением, предназначенную для перекрытия пролетов до 100 м при конструктивной высоте 6,4 м. Профилированные стальные листы используются также в качестве неизвлекаемой опалубки для бетонных перекрытий или наружных слоев панелей типа сэндвич. Стальные листы "Холориб" толщиной 0,91 мм выпускаются с двумя высотами рифления: 38,1 мм ("Холориб-38") и 50,7 мм ("Холориб-51"). Длина листов до 15 м. Для устройства бетонных перекрытий без армирования они могут быть применены в пролетах до 5 м. Расход стали для "Холориб-38" составляет 12,06 кг/м2, а для "Холориб-51" — 13,26 кг/м2. Листы с обеих сторон оцинкованы электроспособом по технологии "Сендзимир" с толщиной покрытия не менее 25 мкм (рис. 15).  Антикоррозионная защита стальных изделий такого рода осуществляется в заводских условиях путем оцинковки, покрытия эмалями горячей сушки или нанесения пластиковых покрытий. Каждое крупное металлургическое предприятие выпускает стальные листы с пластиковым покрытием (обычно с цинковой грунтовкой). Они поступают на рынок в виде рулонов, плоских или продольно-профилированных листов (рис. 16, 17).  Пластиковые покрытия, наносимые на алюминиевые листы, могут быть термопластичными или термореактивными. В первую группу входят поливинилхлорид и поливинилиденфторид, во вторую — алкидные смолы, комбинации полиэфирных смол и акрилаты. Материалы для таких покрытий и их толщина указаны в табл. 1.   Выпускаемые в ФРГ компанией "Тис-сен" оцинкованные стальные листы с покрытиями на основе полиэфирных или акриловых смол пригодны для применения только внутри помещений, а листы с силиконовыми покрытиями — и для наружного применения: Листы с покрытием поливинилхлоридом применимы в высокоагрессивной среде. На обе стороны листа могут быть нанесены покрытия, различные по материалу, цвету и толщине. Листы, покрытые эмалями горячей сушки, применяются лишь в небольших объемах. В США дорогостоящие двуслойные эмалевые покрытия для стальных листов, чувствительные к ударным воздействиям, вытеснены достаточно ударопрочными эмалями горячего нанесения (870—900 °C) "Бетнамел" (фирма "Бетлехем Стил"), "Юнивит" ("Армко Стил") и "Витренамел" ("ЮС Стил"). Одним из путей предотвращения коррозии стальных конструкций является применение нержавеющих сталей или сталей с повышенной устойчивостью к атмосферной коррозии Для использования внутри помещения пригодны стали с содержанием 16—17 % хрома, в то время как стали, подверженные атмосферным воздействиям, содержат 18 % хрома, 8—10 % никеля, иногда 2-3 % молибдена. Абсолютно не корродирующие стали весьма дороги, но обладают прекрасными прочностными характеристиками и могут применяться в виде тонких облицовок (рис. 18, 19).  В случае больших напряжений применяют листы из нержавеющей стали толщиной 1,5—2,5 мм, для обычных целей в строительной промышленности (навесные стены, витражи, окна) приемлема толщина 0,6—1,5 мм, а в случае крепления облицовки по всей поверхности листа (например, укладка ее на растворе по сплошному основанию) можно применять толщиной 0,4—0,6 мм. Низколегированные стали с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии ("Кор-Тэн" или венгерская "Корелл") содержат около 1% хрома и 0,5% меди. Они не подтверждены прогрессирующей коррозии, поскольку плотный тонкий слой ржавчины, образующийся в начальной фазе процесса коррозии, имеет хорошее сцепление с металлом и служит достаточной защитой от дальнейшего корродирования. Прочность и свариваемость этих сталей такие же, как и обычных, но их прочность при растяжении может достигать 1000—1400 МПа, а предел текучести 650—1000 МПа. температурный коэффициент линейного расширения этих сталей 17*10-16 К-1. Хорошие прочностные характеристики позволяют применять для производства атмосферостойких конструкций очень тонкие листы (0,5 и даже 0,4 мм), обеспечивая их жесткость путем устройства ребер или другими способами. В тех случаях, когда внешний вид не столь важен, могут быть применены стали с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии, содержащие еще меньше меди, никеля и хрома, чем "Кор-Тэн". Пленка окислов, образующаяся на этих сталях, обладает не столь однородными поверхностью и цветом. |
