Конспект лекций по дисциплине «Строительные материалы и изделия» (стр. 11 )

Легированные стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами (нержавеющие, жаростойкие и др.).

Конструкционные низколегированные стали содержат не более 0,6% углерода. Основные легирующие элементы низколегированных сталей: кремний, марганец, хром, никель. Другие легирующие элементы входят в небольших количествах, чтобы дополнительно улучшить свойства стали. Общее содержание легирующих элементов в стали не должно превышать 5%.

Низколегированные стали обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки.

В строительстве легированные стали применяют для изготовления ответственных металлических конструкций (ферм, балок) марки 10ХСНД, 15ХСНД, арматуры для предварительно-напряженного бетона марки 35ХС, 25Г2С, 25ХГ2СА, ЗОХГСА, и 35ХГСА. Прочность при растяжении таких сталей в 2…3 раза выше, чем обыкновенных углеродистых сталей СтЗ и Ст5. Такие высокие прочностные показатели позволяют получать из легированных сталей легкие конструкции при сохранении необходимой несущей способности. Это в свою очередь снижает расход металла и уменьшает массу здания.

8.4. Стальной прокат и стальные конструкции

Стальные конструкции изготовляют из стального проката, соединяемого сваркой, заклепками и болтами. Стальные конструкции, благодаря высокой прочности стали, обладают небольшой массой и габаритами по сравнению с другими конструкциями. Они служат преимущественно в качестве несущих конструкций для высотных жилых зданий, промышленных предприятий, при строительстве мостов, телевизионных башен и т. п.

Для изготовления стальных конструкций используют трубчатые и гнутые профили, полосовую и листовую сталь. В строительстве чаще всего применяют следующие прокатные и гнутые профили: двутавровые балки, швеллеры, уголки, прямоугольные и квадратные трубы.

Рисунок 10. Основные виды прокатных профилей

Балки двутавровые изготовляют 23 типоразмеров от № 10 до № 60, длиной от 4 до 13 м.

Швеллеры выпускают 22 типоразмеров от № 5 до № 40 и длиной от 4 до 13 м.

Прокатную угловую равнополочную сталь выпускают 84 типоразмеров с различной шириной и толщиной полок, а прокатную угловую неравнополочную сталь - 50 типоразмеров с шириной большей полки от 25 до 250 мм и толщиной полок от 3 до 20 мм.

Прокатные профили используют как самостоятельно, так и для получения составных металлических конструкций большой несущей способности: колонн, балок, ферм. Стальные конструкции изготовляют также из листовой и широкополосной стали.

В последнее время для устройства перекрытий в промышленных зданиях применяют стальной профилированный настил, изготовляемый из листовой стали толщиной 0,3...1 мм. Ширина листов настила 630 и 782 мм, длина 6,9 и 12 м, высота гофра 60 и 72 мм.

В зависимости от назначения стальные конструкции подразделяются на колонны, прогоны, фермы.

Колонны бывают сплошные, состоящие из одного или нескольких профилей, или решетчатые, которые состоят из двух или четырех ветвей, соединенных между собой решеткой. Верхняя часть колонны называется оголовок, нижняя – башмак. Колонна воспринимает сжимающие нагрузки.

Прогоны (балки) имеют обычно двутавровое сечение. Изготовляют их либо из двутавровых балок, либо в случае перекрытия больших пролетов делают сварными из стального листа.

Фермы - плоские решетчатые конструкции, перекрывающие весь пролет здания (длина ферм 18, 24, 30, 36 м и более).

Фермы изготовляют обычно из угловой стали с креплением сборочных единиц листовой сталью.

Перспективно применение пространственных металлических конструкций для перекрытия больших пролетов.

Все остальные конструкции, поступающие на стройки, должны быть огрунтованы. Места соединений и повреждения огрунтовки огрунтовываются после монтажа. Стальные конструкции, имеющие большую несущую способность в рабочем положении, могут легко деформироваться от небольших усилий во время транспортирования и хранения. Гибкие элементы при транспортировании раскрепляют.

8.5.  Стальная арматура

Большое количество стали используется в качестве арматуры в железобетоне. В зависимости от условий применения арматура подразделяется на ненапрягаемую, используемую для обычного армирования, и напрягаемую, используемую в предварительно напряженном железобетоне.

Стержневая арматура может быть гладкая и периодического профиля, обычная и термически упрочненная. Профилированная поверхность арматуры улучшает ее сцепление с бетоном.

Горячекатаная арматурная сталь делится на пять классов: А-I, A-II, A-III, А-IV и А-V. Стержни класса А-I - круглые и гладкие, их изготовляют из стали Ст3. Стержни остальных классов периодического профиля; так, арматурные стержни класса A-II имеют профиль в виде винтовой линии, а класса A-III и A-IV в виде елочки. Для стержней классов A-III, А-IV и А - V используют легированные стали. Чем выше класс арматуры, тем выше ее прочность и ниже относительное удлинение.

Стержневую арматуру выпускают диаметром от 10 до 80 мм в виде прутков длиной от 6 до 18 м. Арматура диаметром 6... 9 мм называется катанкой и поставляется в бухтах.

Рисунок 11. Стальная арматура для железобетона

а, б) горячекатаные стержни периодического профиля; в) холоднотянутая профилированная проволока; г) арматурная сетка; д) арматурный каркас

Стальную проволоку диаметром 2,5... 8 мм используют для армирования предварительно- напряженных конструкций. Чтобы улучшить сцепление проволоки с бетоном, на ее поверхности путем сплющивания с двух сторон создают овальные вмятины. Из стальной проволоки изготовляют также арматурные сетки и каркасы.

Закладные детали предназначены для соединения посредством сварки и сбалчивания железобетонных элементов между собой при возведении сборных железобетонных конструкций.

Рисунок 12. Закладные детали для сборных железобетонных конструкций

Монтажные петли, закладываемые в железобетонные элементы, изготовляют из арматурной стали класса A-I.

8.6.  Соединения конструкций

Детали и элементы металлических, железобетонных и других конструкций соединяют между собой сварными швами, болтами и заклепками. Болтовые соединения называют разъемными, а сварные и клепаные неразъемными.

Сварные соединения конструкций изготовляют обычно посредством дуговой сварки. На строительстве применяют ручную сварку, которую выполняют с помощью стальных электродов со специальным покрытием.

Болтовые соединения нетрудоемки и надежны даже в особо нагруженных конструкциях. Болты для монтажных соединений изготовляют диаметром от 6 до 24 мм с интервалом 2 мм.

Заклепочные соединения предназначены для конструкций, воспринимающих большие динамические нагрузки. Заклепка представляет собой круглый стержень с головкой. Заклепки обычно изготовляют из низкоуглеродистой пластичной стали Ст2 и Ст3.

8.7. Цветные металлы и изделия из них

Среди цветных металлов наибольшее применение в строительстве находят легкие алюминиевые сплавы, которые хорошо сопротивляются коррозии, пластичны, хорошо обрабатываются, имеют небольшую объемную массу (до 3000 кг/куб. м). Недостатки алюминия низкая прочность и мягкость.

Из алюминиевых сплавов вырабатывают листы, трубы, различные профили.

Медь и сплавы на ее основе (латунь, бронза) применяют редко. Основные области их применения - отделка уникальных зданий и изготовление санитарно-технической арматуры.

Сплавы на основе титана перспективны для строительства.

Они обладают прочностью, коррозионностойки и почти в 2 раза легче стали.

8.8. Коррозия металлов и защита от нее

Коррозия металлов - процесс разрушения металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой, в результате которого металлы переходят в окисленное состояние и теряют присущие им свойства.

Химическая коррозия - разрушение металлов и сплавов в результате окисления при взаимодействии с сухими газами при высоких температурах или с органическими жидкостями (нефтепродукты, спирт и т. п.).

Электрохимическая коррозия - разрушение металлов и сплавов в воде и водных растворах.

Сущность большинства способов защиты от коррозии - предохранение поверхности металла от проникновения влаги и газов путем создания на металле защитного слоя.

Наиболее простой, но недолговечный способ - нанесение на поверхность металла водонепроницаемых неметаллических покрытий (битумных, масляных и эмалевых красок).

Защитить металл от коррозии можно также, покрывая его слоем другого более коррозионностойкого металла: оловом, цинком, хромом, никелем и др.

Применяют химический способ образования покрытий на металле, при котором на поверхности металла получается плотная оксидная пленка.

Глава 9. Железобетон и сборные железобетонные изделия

9.1.  Общие сведения

Железобетон - это армированный стальными стержнями бетон.

Армирование можно пояснить на элементах, работающих на изгиб (балках, ригелях). В таких элементах часть поперечного сечения элемента подвергается сжатию, а другая - растяжению. Если балку изготовить из неармированного бетона, то вследствие низкой прочности бетона на растяжение уже под небольшой нагрузкой бетон в растянутой зоне растрескается. Если в растянутую зону ввести стальную арматуру, то она примат на себя растягивающее напряжение, и балка сможет выдержать большую нагрузку без разрушения.

Рисунок 13. Неармированная бетонная балка (а) и армированная железобетонная балка (б)

Бетон благодаря своей плотности и водонепроницаемости с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня в бетоне - с другой, защищает сталь от коррозии. Кроме того, бетон как сравнительно плохой проводник тепла защищает сталь от сильного нагревания при пожарах.