Строительные стали: классификация, ГОСТ, марки, требования

Строительные стали широко применяются в современном строительстве. Они используются для изготовления различных металлоконструкций - ферм, балок, колонн и других несущих элементов зданий и сооружений. Выбор нужной марки строительной стали зависит от условий эксплуатации конструкции и предъявляемых к ней требований.

Строительные стали классифицируются по химическому составу, механическим свойствам и назначению. По химическому составу различают углеродистые и легированные стали. Углеродистые содержат до 2,06% углерода, легированные - дополнительно легирующие элементы (марганец, кремний, никель и др.).

Классификация по механическим свойствам

По прочностным характеристикам строительные стали делят на следующие классы:

• низкопрочные (с пределом текучести до 295 МПа);
• повышенной прочности (с пределом текучести 295-590 МПа);
• высокопрочные (с пределом текучести 590-785 МПа);
• особовысокопрочные (свыше 785 МПа).

Чем выше прочностные характеристики стали, тем она более жесткая и хрупкая. Поэтому для ответственных конструкций чаще применяют стали повышенной прочности оптимального сочетания прочности и пластичности.

Классификация по назначению

По назначению строительные стали подразделяют на:

1. Конструкционные - применяются для изготовления строительных конструкций различного назначения.
2. Арматурные - используются для изготовления арматуры железобетонных конструкций.
3. Рельсовые - применяются для изготовления рельсов железнодорожного транспорта.

Наиболее распространены в строительстве конструкционные стали. Они могут поставляться в виде сортового или фасонного проката - листов, уголков, швеллеров.

Основные марки строительных сталей

Для изготовления несущих металлоконструкций чаще всего применяют следующие марки конструкционных сталей:

• Ст3сп - углеродистая сталь повышенной прочности для изготовления сварных конструкций.
• С245 - углеродистая сталь повышенной прочности универсального назначения.
• 09Г2С - легированная сталь повышенной прочности для сварных конструкций, работающих при низких температурах.
• 10ХСНД - легированная сталь повышенной прочности для ответственных металлоконструкций.
• 14ХГНДЦ - легированная высокопрочная сталь для сильно нагруженных конструкций.

Выбор марки стали для конкретной конструкции производится на основе расчетов с учетом действующих нагрузок и условий эксплуатации.

Требования нормативных документов

Производство и применение строительных сталей регламентируется нормативными документами:

• ГОСТ на сталь устанавливает требования к химическому составу и механическим свойствам для каждой марки.
• ГОСТ или ТУ на прокат регламентирует размеры и допуски выпускаемого проката.
• СП 16.13330 устанавливает область применения различных марок стали в строительстве.

Качество поставляемой строительной стали должно соответствовать требованиям нормативных документов, что подтверждается сертификатами.

Таким образом, строительные стали представляют собой обширную группу материалов с различными характеристиками и областями применения. Правильный выбор марки стали позволяет получить надежные и долговечные строительные конструкции.

Методы испытаний строительных сталей

Для подтверждения соответствия строительных сталей требованиям нормативных документов проводятся различные виды испытаний:

1. Испытания на растяжение - определяются прочностные характеристики (предел текучести, предел прочности, относительное удлинение).
2. Испытания на ударный изгиб - оценивается вязкость и работа разрушения стали.
3. Испытания на изгиб - проверяется способность стали выдерживать пластические деформации.
4. Контроль химического состава - определяется содержание легирующих элементов.

Испытания проводятся на образцах, изготовленных из металлопроката или непосредственно из металлоконструкций. Результаты испытаний заносятся в сертификат соответствия.

Технологии производства строительных сталей

Производство строительных сталей включает следующие технологические процессы:

1. Выплавка стали в конверторе, мартеновской печи или электропечи.
2. Разливка расплавленной стали в слитки.
3. Прокатка слитков в сортовой прокат на станах.
4. Термообработка проката (отжиг, нормализация, закалка).
5. Контроль качества готовой продукции.

Современные технологии позволяют получать сталь заданного химического состава и требуемого комплекса механических свойств.

Применение стали С255 в строительстве

Сталь С255 относится к углеродистым сталям повышенной прочности. Она применяется для изготовления сварных металлоконструкций, работающих под статическими нагрузками при температурах от -40 до +50°С.

Из стали С255 изготавливают фермы, балки, элементы каркасов зданий. Ее используют для мостов, опор ЛЭП, градирен, трубчатых строительных лесов.

Сталь С255 обладает хорошей свариваемостью и технологичностью при изготовлении конструкций.

Требования ГОСТ 27772-88 к стали С245

ГОСТ 27772-88 устанавливает следующие требования к химическому составу и механическим свойствам стали С245:

• Содержание углерода - не более 0,22%.
• Содержание примесей - не более 0,045%.
• Предел текучести - не менее 245 МПа.
• Временное сопротивление - не менее 420 МПа.
• Относительное удлинение - не менее 22%.

Данные требования обеспечивают получение свариваемой стали повышенной прочности для ответственных конструкций.

Особенности монтажа металлоконструкций из строительных сталей

Монтаж стальных конструкций требует соблюдения следующих правил:

1. Конструкции устанавливают по проекту с применением монтажных приспособлений и инструмента.
2. Соединения элементов выполняют сваркой, болтами или заклепками.
3. Контролируют качество соединений неразрушающими методами.
4. Выверяют проектное положение конструкций геодезическими приборами.
5. Защищают конструкции от коррозии лакокрасочными материалами.

Правильный монтаж обеспечивает надежность и долговечность возводимых стальных зданий и сооружений.

Пути повышения качества строительных сталей

Для улучшения качества строительных сталей применяют следующие методы:

1. Внедрение современных технологий выплавки и разливки стали.
2. Использование непрерывной разливки стали для уменьшения сегрегации примесей.
3. Применение контролируемой прокатки для получения однородной структуры.
4. Точный контроль химического состава стали различными методами.
5. Строгое соблюдение технологических режимов производства.

Эти меры позволяют минимизировать внутренние дефекты и обеспечить стабильно высокое качество выпускаемых строительных сталей.

Применение высокопрочных сталей в современном строительстве

В последние десятилетия возрастает использование высокопрочных сталей для несущих металлоконструкций. Это позволяет:

• Уменьшить расход стали на 20-30% по сравнению с применением сталей обычной прочности.
• Снизить собственный вес конструкций и нагрузки на фундамент.
• Увеличить пролеты и сократить число опор в каркасах зданий.

Однако высокопрочные стали обладают пониженной пластичностью, что требует особых мер предосторожности при проектировании и изготовлении конструкций.

Проблемы применения высокопрочных сталей

К основным проблемам использования высокопрочных сталей относятся:

1. Повышенная чувствительность к концентрации напряжений и дефектам.
2. Сложность обработки резанием из-за высокой твердости.
3. Особые требования к сварке для предотвращения холодных трещин.
4. Необходимость тщательного контроля качества сварных соединений.

Для успешного применения таких сталей нужны высококвалифицированные инженеры и рабочие.

Сварка высокопрочных сталей

Для сварки применяют низководородные сварочные материалы, обеспечивающие минимальное содержание диффузионного водорода в металле шва. Используют преимущественно автоматическую сварку в среде защитных газов.

Обязателен предварительный и сопутствующий подогрев стали до 150-250°С в зависимости от марки. После сварки выполняется медленное охлаждение для снятия напряжений.

Контроль качества сварных соединений

Качество сварных швов высокопрочных сталей контролируют следующими методами:

• Визуально-измерительный контроль внешнего вида швов.
• Радиография для выявления внутренних дефектов.
• Ультразвуковая дефектоскопия.
• Механические испытания контрольных образцов.

Соблюдение всех технологических требований обеспечивает надежность сварных соединений из высокопрочных сталей.

Перспективы применения наноструктурированных сталей

Активно ведутся разработки наноструктурированных сталей с ультрамелкозернистой структурой. Они обладают уникальной прочностью при сохранении пластичности.

Применение таких сталей позволит кардинально снизить металлоемкость строительных конструкций в будущем. Однако требуется решение технологических проблем их производства в промышленных масштабах.