Металлы и металлические изделия, применяемые в строительстве
Металлы делятся на черные и цветные. В настоящее время в строительстве применяют в основном черные металлы (сталь и чугун), изготавливая из них различные строительные конструкции (фермы мостов, каркасы зданий, элементы покрытии и т.п.). В последнее время достаточно широкое применение стал получать алюминий. Для отделочных, а также санитарно-технических деталей, кроме черных, употребляют сплавы цветных металлов.
Виды металлических строительных материалов и изделий.Применяемые в строительстве металлические материалы можно разделить на прокатный профильный металл широкого и специального назначения, прокатный металл простых сечений, сталь для армирования бетона, трубы, стальные отливки и чугунное литье. Широкое применение имеет сталь прокатная простого профиля: полосовая, квадратная, круглая, широкополосная, толстолистовая, тонколистовая, кровельная, волнистая, а также стальной прокат (уголки равнобокие и неравнобокие, двутавры, швеллеры и т.д.), см. рис. 1.4; выпускаются также специальные профили для оконных и фонарных переплетов и других элементов и деталей.
Профильный металл, применяемый для строительных конструкций (уголки, двутавры, швеллеры), выпускается разных размеров. В стандартах и справочниках приводятся таблицы всех видов выпускаемого проката с указанием их размеров, массы 1 м и других, необходимых для их использования данных.
Стальные трубы изготавливаются диаметром от 5 до 1420 мм для широкого использования в строительстве.
Для армирования бетона применяют горячекатанную арматурную сталь и холоднокатанную проволоку. В зависимости от профиля стержневая и проволочная арматура подразделяется на гладкую и периодического профиля (рис. 1.5).
Из проволоки изготовляют арматурные изделия в виде прядей, канатов и сеток. Арматура делается из сталей различных марок чаще всего Ст.З и Ст.5.
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.
Сталь.
В строительстве сталь используют для изготовления конструкций, армирования железобетонных конструкций, устройства кровли, подмостей, ограждений, форм железобетонных изделий и т.д. Правильный выбор марки стали обеспечивает экономный расход стали и успешную работу конструкции.
Для изготовления несущих (расчетных) сварных и клепаных конструкций рекомендуют следующие виды сталей: мартеновскую – марок ВМСтЗпс (сп, кп), низколегированную – марок 15ГС, 14Г2, 10Г2С, 10Г2СД; природно-легированную – марок 15ХСНД, 10ХСНД; кислородно-конвертерную – марок ВКСтЗсп (пс, кп).
Стали марок Ст4 и Ст5 рекомендуют для конструкций, не имеющих сварных соединений, и для сварных конструкций, воспринимающих лишь статические нагрузки.
Сталь для конструкций, работающих на динамические и вибрационные нагрузки и предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур, должна дополнительно проверяться на ударную вязкость при отрицательных температурах.
К стали для мостовых конструкций предъявляют специальные требования (ГОСТ 6713-75) по однородности и мелкозернистости, отсутствию внешних дефектов, прочностным и деформационным свойствам.
Для армирования железобетонных конструкций сталь применяют в виде стержней, проволоки, сварных сеток, каркасов. Арматурная сталь может быть горячекатаная (стержневая) и холоднотянутая (проволочная). По форме сталь чаще всего бывает круглая, а для улучшения сцепления – периодического профиля. В отдельных случаях для повышения механических свойств сталь обрабатывают наклепом и применяют термическую обработку.
Стержневую арматуру в зависимости от механических свойств делят на классы: A-I, A-II, A-III, A-IV и др. При обозначении класса термически упрочненной арматурной стали добавляют индекс «т» (например, Ат-III), упрочненную вытяжкой – «в» (например, А-Шв).
Арматурная проволока может быть холоднотянутой класса B-I (низкоуглеродистой) для ненапрягаемой арматуры и класса В-II (углеродистой) для напрягаемой арматуры. Для обычного армирования преимущественно применяют арматурную сталь классов A-III (марок 25Г2С, 35ГС и др.), А-II (марок Ст5) и обыкновенную арматурную проволоку, а при особом обосновании также A-I (марки СтЗ) и А-IIв. Для предварительно напряженного армирования используют высокопрочную проволоку, арматурные пряди и арматуру класса A-IV (марок ЗОХГ2С, 20ХГСТ, 20ХГ2Ц и другие низколегированные стали), а также упрочненную вытяжкой сталь класса А-IIIв (марок 35ГС, 25Г2С).
Сортамент прокатного металла и металлоизделий в строительстве разнообразен: сортовая сталь, прокатная сталь листовая, уголки, швеллеры, двутавры, трубы и другие служат основой для изготовления металлических конструкций (балки, колонны, фермы и т.д.). На сортаменты имеются ГОСТы наиболее рациональных типов профилей и частоты их градаций.
Сортовая сталь:круглая (диаметром 10. 210 мм) применяется для изготовления арматуры, скоб, болтов; квадратная (сторона квадрата 10. 100 мм); полосовая (шириной 12. 20 мм) – для изготовления связей, хомутов, бугелей.
Сталь листовая включает листы толщиной от 4…160 мм, шириной 600. 3800 мм; тонколистовая кровельная – черная и оцинкованная толщиной до 4 мм; широкополочная толщиной 6. 60 мм, шириной 200. 1500 мм, длиной 5. 12 м.
Швеллеры характеризуются сечением швеллеров и определяются его номером, который соответствует высоте стенки швеллера в сантиметрах.
Двутавры – основной балочный профиль – разнообразны по типам; обозначаются номером, соответствующим их высоте в сантиметрах. Трубы круглые имеют диаметр 8. …1620 мм. Трубы могут быть квадратного и прямоугольного сечения.
В строительстве также широко применяют специальные профили и металлические материалы: стальные канаты и проволоку, профилированные настилы и т.д. [2, стр. 323-325]
Чугуны.
Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 %. углерода. Чугун обладает более низкими механическими свойствами, чем сталь, но дешевле и хорошо отливается в изделия сложной формы. Различают несколько видов чугуна.
Белый чугун, в котором весь углерод (2,0. 3,8%) находится в связанном состоянии в виде Fe3C (цементита), что и определяет его свойства: высокие твердость и хрупкость, хорошую сопротивляемость износу, плохую обрабатываемость режущими инструментами. Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали.
Серый чугун содержит углерод в связанном состоянии только частично (не более 0,5%). Остальной углерод находится в чугуне в свободном состоянии в виде графита. Графитовые включения делают цвет излома серым. Чем излом темнее, тем чугун мягче. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит. В зависимости от преобладающей структуры различают серый чугун на перлитной, ферритной или ферритоперлитной основе.
Свойства серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче. Серый чугун имеет умеренную твердость и легко обрабатывается режущими инструментами. Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь предел прочности при растяжении не менее 120 МПа, а предел прочности при изгибе 280 МПа.
Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо работающие на сжатие: колонны, опорные подушки, башмаки, тюбинги, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигателей, зубчатые колеса и другие детали.
Ковкий чугун получают после длительного отжига % белого чугуна при высоких температурах, когда цементит почти полностью распадается с выделением свободного углерода на ферритной или перлитной основе. Углеродные включения имеют округлую форму. В отличие от серых ковкие чугуны являются более прочными и пластичными и легче обрабатываются.
Высокопрочные (модифицированные) чугуны значительно превосходят обычные серые по прочности и обладают некоторыми пластическими свойствами. Их применяют для отливок ответственных деталей.
При испытании серого и высокопрочного чугунов определяют предел прочности при растяжении, изгибе и сжатии, а при испытании ковкого чугуна – предел прочности при растяжении, относительное удлинение и твердость.
При маркировке серого и модифицированного чугуна, например СЧ12-28, первые две цифры обозначают предел прочности при растяжении, последующие две – предел прочности при изгибе. [2, стр. 325-326]
Применение металлических материалов в строительстве (прокат,метизы,трубы и др.)
Металлические материалы (преимущественно стальные) в современной архитектурно-строительной практике применяются для следующих основных типов конструкций зданий и сооружений: с жесткими металлическими связями; подвесных систем; большепролётных с растянутыми ограждающими поверхностями.
Разнообразные каркасы промышленных и гражданских зданий, в том числе каркасы зданий повышенной этажности (более 30 этажей), большепролётные покрытия, мосты и путепроводы, радио- и телевизионные башни – представители конструкций зданий с жёсткими связями.
Весьма популярны металлические профили для пространственных конструкций каркасов общественных зданий.
Стальные профили являются основными материалами для каркасов зданий повышенной этажности (30 – 40 и более этажей).
Формообразующая роль металлических материалов хорошо проявляется в различных пространственных конструкциях мостов и путепроводов.
Стальные профили используют для пространственных стержневых систем, жёстко заделанных в основании радио- и телевизионных высотных башен.
Подвесные системы включают различные типы висячих мостов, подвесных большепролётных покрытий, консольно-подвесные конструкции, здания с подвешенными этажами. Металлические профили в жёстких функциональном и опорном контурах, гибкие канаты (ванты) образуют соответствующие архитектурно-пространственные формы.
Важно отметить, что металлические материалы могут служить средством создания динамичных архитектурных форм – многовариантных трансформирующихся конструкций.
Листы из стали и алюминиевых сплавов для кровельных и стеновых ограждений промышленных, жилых и административных зданий, профили для оконных переплётов часто используются в современной архитектурно-строительной практике.
В интерьерах промышленных и общественных зданий профилированные и гладкие листы из стали и алюминиевых сплавов используются для стационарных и сборно-разборных перегородок, подвесных потолков, отделки стен.
При использовании металлических материалов, как конструкционно-отделочных, так и отделочных, следует учитывать характерное восприятие их физической сущности и оригинальной поверхности, связанное, как правило, с ощущениями прочности, холода, чистоты, в том числе чистоты с экологической точки зрения.