Сортамент прокатных, гнутых и составных профилей.  Свойства наиболее употребительных профилей  в стальных конструкциях.

В строительных конструкциях применяют в основном прокатную сталь, поставляемую с металлургических заводов в виде профилей различной формы поперечного сечения. Для стальных конструкций используют листовую и профильную сталь. Профильную сталь подразделяют на сортовую (круг, квадрат, полоса, уголки) и фасонную (двутавры, швеллеры и другие фасонные профили). Кроме того, широко применяют вторичные профили: сварные, получаемые сваркой полос или листов, и гнутые, образованные холодной гибкой полос и листов (рис. 2.28).

Каталог поставляемых профилей с указанием их формы, размеров, геометрических характеристик и массы называют сортаментом и оформляют в виде государственных стандартов (ГОСТов) или технических условий (ТУ). Форма профилей сортамента должна отвечать ряду требований: простоте и технологичности изготовления, универсальности и удобству при компоновке сечений, рациональному распределению материала по сечению. Металлоемкость конструкций в большой степени зависит от градации сортамента. Чем чаще градации размеров одного вида профилей, тем ближе сечение элемента к требуемому по расчету, т.е. экономичнее. С другой сто-. роны, при чрезмерном разнообразии типоразмеров профилей затрудняется комплектация заказа (поставка металла малыми партиями дороже), увеличивается площадь складских помещений на заводах металлоконструкций. Осложняется и работа металлургических предприятий, поскольку частая переналадка прокатных станов требует времени и дополнительных затрат. Очевидно, оптимальное решение этой задачи должно основываться на разумном сочетании этих противоречивых факторов.

Современный сортамент разработан в результате многолетнего развития металлических конструкций и теоретических исследований по выявлению рациональных типов профилей и частоты их градации.

Наиболее дешевы прокатные профили. Они непосредственно с металлургического завода идут на изготовление металлоконструкций. Для образования сварных и гнутых профилей требуется дополнительная операция — изготовление профиля из прокатного листа. Тем не менее в последние годы в связи с высокой стоимостью проката при заказе металла малыми партиями многие предприятия по изготовлению металлических конструкций для уменьшения расхода стали оборудуют у себя участки для изготовления гнутых профилей мелкими партиями, по собственным каталогам.

Сталь листовая

Листовую сталь широко применяют в строительстве. Ее классифицируют следующим образом.

•           Сталь толстолистовая (ГОСТ 19903—74). Сортамент этой стали включает листы толщиной от 4 до 160 мм, шириной от 600 до 3800 мм. Обычно применяемая ширина не превышает 2400 мм. Листовая горячекатаная сталь поставляется в листах длиной 6... 12 м и толщиной до 160 мм или в рулонах толщиной от 1,2 до 12 мм и шириной от 500 до 2200 мм. В строительных конструкциях рекомендуется применять следующие толщины листовой стали: от 4 до 6 мм - через 1 мм, от 6 до 22 мм - через 2 мм и далее 25, 28, 30, 32, 36, 40, 50, 60, 80, 100 мм. Толстолистовую сталь используют в листовых конструкциях и сплошностенчатых элементах стержневых конструкций (балках, колоннах).

•           Сталь тонколистовая толщиной до 4 мм прокатывается холодным и горячим способами. Холоднокатаная сталь (ГОСТ 19904— 74 с изм.) значительно дороже горячекатаной (ГОСТ 19903—74 с изм.). Тонкую листовую сталь применяют при изготовлении гнутых и штампованных тонкостенных профилей, для кровельных покрытий и т.п. Из холоднокатаной, оцинкованной, руло-нированной стали изготовляют профилированные настилы.

•           Сталь широкополосная универсальная (ГОСТ 8200—70) благодаря прокату между четырьмя валками имеет ровные края. Толщина такой стали от 6'до 60 мм, ширина от 200 до 1050 мм и длина от 5 до 12 м. Применение универсальной стали уменьшает отходы и снижает трудоемкость изготовления конструкций, так как не требует резки и выравнивания кромок строжкой.

•           Сталь полосовая (ГОСТ 103—76 с изм.) имеет толщину от 4 до 60 мм при ширине до 200 мм. Ее применяют для конструктивных деталей типа диафрагм и ребер жесткости, а также для изготовления гнутых профилей.

•           Рифленая сталь (ГОСТ 8568-77) толщиной от 2,5 до 8 мм с ромбическими  или  чечевицеобразными  выступами,   препятствующими скольжению при ходьбе, используется для настилов площадок. • Для площадок, где возможно скопление пыли, применяют просечно-вытяжную сталь (ГОСТ 8706—78) толщиной от 4,5 до 6 мм, получаемую холодной вытяжкой листа с предварительно нанесенными разрезами.

Уголковые профили

Уголковые профили прокатывают в виде равнополочных (ГОСТ 8509-93) и неравнополочных (ГОСТ 8510-86) уголков. Уголки нашли широкое применение в решетчатых конструкциях , прежде всего в фермах. Сечения элементов решетчатых конструкций компонуют часто из двух или четырех уголков

Швеллеры

Геометрические характеристики сечения швеллеров определяют по номерам, которые соответствуют высоте стенки швеллера (в см). Сортамент (ГОСТ 8240—93) включает швеллеры от №5 до №40 с уклоном внутренних граней полок. Швеллеры используют в элементах, работающих на изгиб, например в прогонах покрытий зданий. В конструкциях, работающих на осевые силы, швеллеры применяют в основном в виде составных решеткой, например в колоннах и поясах тяжелых ферм. Возможно применение швеллеров для коробчатых сечений со сваркой полок сплошными швами. Использование прерывистых шпоночных швов весьма проблематично, поскольку помимо повышенной концентрации напряжений в концах шпонок в таком сечении внутренняя полость не герметизирована, что может способствовать развитию коррозии.

Двутавры

Двутавр - наиболее рациональный профиль для элементов, работающих на изгиб, поскольку он имеет по сравнению с другими профилями  наибольший удельный  момент сопротивления 

В зависимости от геометрических параметров металлургическими заводами выпускаются несколько типов двутавров, которым соответствуют определенные области применения.

• Балки двутавровые обыкновенные (ГОСТ 8239—89), так же как и швеллеры, имеют уклон внутренних граней полок и обозначаются номером, соответствующим их высоте в см. В сортамент входят профили от №10 до №60. Обыкновенные двутавры применяют в элементах, изгибаемых в плоскости стенки, а также в ветвях решетчатых колонн и различных опор.Для обеспечения устойчивости относительно оси у эти двутавры должны иметь промежуточные закрепления.

 • Балки двутавровые широкополочные (ГОСТ 26020-83, СТО АСЧМ 20-93) имеют параллельные грани полок (см. рис. 2.28, е). Широкополочные двутавры прокатывают трех типов: нормальные двутавры (Б), широкополочные двутавры (Ш), колонные двутавры (К). Высота балочных профилей (Б) и (Ш) достигает 1000 мм при отношении ширины полок к высоте от b/h=0,75 (при малых высотах) до b/h=0,3 (при больших высотах). Колонные профили (К) имеют отношение ширины полок к высоте, близкое к единице, что придает им устойчивость относительно оси у. Благодаря большей ширине полок широкополочные двутавры имеют большую жесткость относительно оси у и могут применяться в конструкциях без дополнительных закреплений.

Конструктивные преимущества (параллельность граней полок и мощность сечений) позволяют применять широкополочные двутавры в виде самостоятельного элемента (балки, колонны, стержни тяжелых ферм), не требующего почти никакой обработки, что снижает трудоемкость изготовления конструкций в 2...3 раза.

Для путей подвесных кранов и тельферов применяют специальные двутавры 24М, 30М, 36М, 45М. Для предотвращения отгиба полок под воздействием значительных сосредоточенных давлений от катков крана толщину полок двутавров с индексом М делают больше, чем у обычных.

Трубы

В трубах материал распределен на "максимальном удалении от центра тяжести, поэтому из всех типов сечения трубчатое имеет наибольший удельный радиус инерции /=//л/л Наиболее рационально применение труб в элементах, работающих на осевое сжатие. Расход стали при этом снижается на 20...25%, что покрывает повышение стоимости самих труб. Кроме того, обтекаемость трубчатого сечения позволяет уменьшить ветровую нагрузку на такие сооружения, как мачты и башни. Высокая коррозионная стойкость труб делает сооружения, выполненные из них, более долговечными.

Для строительных металлических конструкций применяют трубы круглого, квадратного и прямоугольного сечений. Круглые трубы бывают горячекатаные (ГОСТ 8732—78 с изм.) и электросварные (ГОСТ 10704-91). Горячекатаные круглые трубы наружным диаметром от 25 до 550 мм и толщиной стенки /=2,5...75 мм имеют высокую стоимость. Их применяют для трубопроводов, в радио- и телебашнях, а также в других специальных сооружениях. Для решетчатых стальных конструкций используют в основном электросварные круглые трубы диаметром от 25 мм и выше с толщиной стенки не менее 2,5 мм.

Сортамент предусматривает профили квадратного сечения размером от 80 до 180 мм и прямоугольного сечения размером от 60 х 100 до 100x230 мм с толщиной профилей от 3 до 8 мм. Эти трубы применяют в стропильных конструкциях под легкую кровлю, в фахверках стен, в переплетах, витражах и т.п.

 Холодногнутые профили

Гнутые профили изготовляют из листа или полосы толщиной от 1 до 8 мм. По индивидуальным заказам и техническим условиям металлургических заводов можно получить гнутые профили самой разнообразной формы (рис. 2.30). Наиболее употребительны равнополочные и неравнополочные уголки, швеллеры, С-образные, Z-образные. Основная область применения - легкие конструкции покрытий зданий, где они, заменяя прокатные профили, могут дать экономию металла до 10%. Особенностью холодногнутых профилей является тонкостенность сечений, поэтому потеря местной устойчивости стенок или полок может произойти раньше общей потери устойчивости. Это предопределяет область рационального применения элементов из гнутых профилей: слабо нагруженные длинные стержни связей, элементов фахверка, раскосы легких ферм и другие элементы, сечение которых подбирается по предельной гибкости повышения местной устойчивости в полках гнутых профилей устраивают отгибы.

          Профилированный настил

Одним из видов гнутых профилей является профилированный настил, изготовляемый на специальных станах. Такой настил нашел широкое применение для площадок кровель и стеновых ограждений.

Профилированные листы различают по высоте и форме гофра. Для изготовления профилированного настила применяют листы толщиной от 0,6 до 1 мм. В зависимости от требуемой жесткости высота волны h составляет от 18 до 120 мм (см. табл. 8.5). Для обеспечения местной устойчивости полок и стенок профнастила устраивают продольные гофры.

Для обеспечения коррозионной стойкости профнастил изготовляют из оцинкованной стали. Профилированный настил поставляют по ГОСТ 24045-94 и техническим условиям отдельных заводов. При необходимости настил могут поставлять по индивидуальным заказам.

Наиболее распространенные типы настила для покрытий Н57-750-0,7 и Н75-750-0,8. Здесь первая цифра обозначает высоту волны, вторая — ширину настила, третья - толщину листа.

          Различные профили и материалы, применяемые в строительных металлических конструкциях

Кроме указанных выше для строительных металлических конструкций применяют также другие профили и изделия: профили для фонарных и оконных переплетов (ГОСТ 7511—73), рельсы (ГОСТ 4121—76 с изм.), арматурные стержни, стальные канаты и высокопрочную проволоку для висячих и предварительно напряженных конструкций.