stringtranslate.com

Конструкционная сталь

Различные профили конструкционной стали

Конструкционная сталь — это категория стали, используемая для изготовления строительных материалов в различных формах. Многие профили конструкционной стали имеют форму удлиненной балки с профилем определенного поперечного сечения . Профили, размеры, химический состав , механические свойства конструкционной стали, такие как прочность, методы хранения и т. д., регулируются стандартами в большинстве промышленно развитых стран.

Большинство профилей из конструкционной стали, таких как балки Ɪ , имеют высокие инерционные моменты площади , что означает, что они очень жесткие по отношению к площади поперечного сечения и, таким образом, могут выдерживать большую нагрузку без чрезмерного провисания . [1]

Крыша из конструкционной стали на вокзале Виктория в Манчестере

Распространенные структурные формы

Доступные формы описаны во многих опубликованных стандартах по всему миру, а также доступен ряд специальных и фирменных поперечных сечений.

Стальная балка Ɪ, в данном случае используемая для поддержки деревянных балок в доме.

В то время как многие секции изготавливаются методом горячей или холодной прокатки , другие изготавливаются путем сварки плоских или гнутых пластин (например, самые большие круглые полые секции изготавливаются из плоской пластины, согнутой в круг и сваренной швом). [2]

Термины «уголковый профиль» , «швеллерный профиль» и «листовой профиль» были общеупотребительными еще до того, как кованое железо было заменено сталью в коммерческих целях. Они пережили эпоху коммерческого кованого железа и иногда употребляются сегодня в неофициальной форме в отношении стального уголка, швеллерного профиля и листа, несмотря на то, что они являются неправильными названиями (сравните «оловянную фольгу», которая иногда неофициально используется для алюминиевой фольги). В официальных документах для контекстов металлообработки используются точные термины, такие как «уголок» , «швеллерный профиль » и «лист» .

Стандарты

Стандартные конструкционные стали (Европа)

Большинство сталей, используемых в Европе, соответствуют европейскому стандарту EN 10025. Однако многие национальные стандарты также остаются в силе. [3]

Типичные марки описываются как «S275J2» или «S355K2W». В этих примерах «S» обозначает конструкционную, а не конструкционную сталь; 275 или 355 обозначает предел текучести в ньютонах на квадратный миллиметр или эквивалентные мегапаскали ; J2 или K2 обозначает ударную вязкость материалов по значениям ударного испытания по Шарпи ; а «W» обозначает атмосферостойкую сталь . Дополнительные буквы могут использоваться для обозначения мелкозернистой стали («N» или «NL»); закаленной и отпущенной стали («Q» или «QL»); и термомеханически прокатанной стали («M» или «ML»).


1. Спецификация S275JOH S275JOH — это марка стали в спецификации EN 10219, стандарте EN 10210. Наиболее широко используемой спецификацией является стандарт EN10219, который представляет собой холодногнутые сварные конструкционные полые профили из нелегированных и мелкозернистых сталей.
EN10219-1 определяет технические условия поставки холодногнутых сварных конструкционных полых профилей круглой, квадратной или прямоугольной формы и применяется к конструкционным полым профилям, сформированным в холодном состоянии без последующей термической обработки.
Требования к допускам, размерам и свойствам секционных труб S275JOH содержатся в EN 10219-2.
2. Процесс производства стальных труб S275JOH
Процесс производства стали остается на усмотрение производителя стали. Трубы из углеродистой стали S275JOH могут быть изготовлены методом ERW, SAW или бесшовным способом. Весь стальной материал S275JOH и трубы S275JOH должны соответствовать стандартам EN10219. [4]


Нормальные марки предела текучести доступны в 195, 235, 275, 355, 420 и 460, хотя некоторые марки используются чаще, чем другие, например, в Великобритании почти вся конструкционная сталь — это марки S275 и S355. Более высокие марки доступны в закаленном и отпущенном материале (500, 550, 620, 690, 890 и 960 — хотя марки выше 690 в настоящее время мало используются в строительстве, если вообще используются).

Набор евронорм определяет форму набора стандартных структурных профилей:

Стандартные конструкционные стали (США)

Стали, используемые для строительства зданий в США, используют стандартные сплавы, определенные и указанные ASTM International . Эти стали имеют идентификацию сплава, начинающуюся с буквы A , а затем двух, трех или четырех цифр. Четырехзначные марки стали AISI, обычно используемые для машиностроения, машин и транспортных средств, представляют собой совершенно другую серию спецификаций.

Стандартные конструкционные стали, которые обычно используются: [5]

Углеродистая сталь

Высокопрочные низколегированные стали

Коррозионностойкие высокопрочные низколегированные стали

Закаленные и отпущенные легированные стали

Кованая сталь

Сборка болта без предварительной нагрузки (EN 15048)
Сборка болта с предварительной нагрузкой (EN 14399)

маркировка СЕ

Концепция маркировки CE для всех строительных изделий и изделий из стали введена Директивой о строительных изделиях (CPD) . CPD — это европейская директива , которая обеспечивает свободное перемещение всех строительных изделий в пределах Европейского Союза.

Поскольку стальные компоненты «критичны для безопасности», маркировка CE не допускается, если система контроля производства на заводе (FPC) , в рамках которой они производятся, не была оценена соответствующим органом по сертификации, одобренным Европейской комиссией. [6]

В случае стальных изделий, таких как профили, болты и сборные стальные конструкции, маркировка CE демонстрирует, что изделие соответствует соответствующему гармонизированному стандарту. [7]

Для стальных конструкций основными гармонизированными стандартами являются:

Стандарт, который охватывает маркировку CE для стальных конструкций, — EN 1090 -1. Стандарт вступил в силу в конце 2010 года. После двухлетнего переходного периода маркировка CE станет обязательной в большинстве европейских стран в начале 2012 года. [8] Официальная дата окончания переходного периода — 1 июля 2014 года.

Сталь против бетона

Выбор идеального конструкционного материала

Большинство строительных проектов требуют использования сотен различных материалов. Они варьируются от бетона всех различных спецификаций, конструкционной стали, глины, раствора, керамики, дерева и т. д. С точки зрения несущего каркаса конструкции материалы обычно состоят из конструкционной стали, бетона , каменной кладки и/или дерева, используя подходящую комбинацию каждого из них для создания эффективной конструкции. Большинство коммерческих и промышленных сооружений в основном строятся с использованием либо конструкционной стали, либо железобетона . При проектировании конструкции инженер должен решить, какой, если не оба, материал наиболее подходит для конструкции. При выборе строительного материала учитывается множество факторов. Стоимость обычно является основным контролирующим элементом; однако другие соображения, такие как вес, прочность, конструктивность, доступность (с учетом географического положения, а также доступности на рынке), устойчивость и огнестойкость, будут приняты во внимание до принятия окончательного решения.

Железобетон

Конструкционная сталь

Самые высокие сооружения сегодня (обычно называемые « небоскребами » или высотными зданиями ) построены с использованием конструкционной стали из-за ее конструктивности, а также высокого отношения прочности к весу. Для сравнения, бетон, будучи менее плотным, чем сталь, имеет гораздо более низкое отношение прочности к весу. Это связано с гораздо большим объемом, необходимым для того, чтобы элемент конструкции из бетона выдерживал ту же нагрузку; сталь, хотя и более плотная, не требует столько материала, чтобы выдерживать нагрузку. Однако это преимущество становится незначительным для малоэтажных зданий или зданий с несколькими этажами или меньше. Малоэтажные здания распределяют гораздо меньшие нагрузки, чем высотные конструкции, что делает бетон экономичным выбором. Это особенно актуально для простых конструкций, таких как парковки или любые здания простой прямолинейной формы. [17]

Конструкционная сталь и железобетон не всегда выбираются только потому, что они являются наиболее идеальным материалом для конструкции. Компании полагаются на возможность получения прибыли от любого строительного проекта, как и проектировщики. Цена на сырье (сталь, цемент, крупный заполнитель, мелкий заполнитель, пиломатериалы для опалубки и т. д.) постоянно меняется. Если конструкцию можно построить с использованием любого из этих материалов, то, скорее всего, будет определяющим самый дешевый из них. Другой важной переменной является местоположение проекта. Ближайший завод по производству стали может находиться намного дальше от строительной площадки, чем ближайший поставщик бетона. Высокая стоимость энергии и транспортировки также будет определять выбор материала. Все эти затраты будут приняты во внимание до начала концептуального проектирования строительного проекта. [11]

Сочетание стали и железобетона

Конструкции, состоящие из обоих материалов, используют преимущества конструкционной стали и железобетона. Это уже обычная практика в железобетоне, поскольку стальная арматура используется для обеспечения прочности стали на растяжение для элемента конструкции из бетона. Обычным примером могут служить парковки. Некоторые парковки строятся с использованием колонн из конструкционной стали и железобетонных плит. Бетон будет заливаться для фундаментных оснований, давая парковке поверхность для строительства. Стальные колонны будут соединяться с плитой путем их болтового соединения и/или сварки со стальными шпильками, выступающими из поверхности залитой бетонной плиты. Сборные бетонные балки могут быть доставлены на место для установки на втором этаже, после чего может быть залита бетонная плита для тротуара. Это может быть сделано для нескольких этажей. [17] Парковочный гараж этого типа является лишь одним из возможных примеров многих конструкций, которые могут использовать как железобетон, так и конструкционную сталь.

Инженер-строитель понимает, что существует бесконечное количество проектов, которые позволят создать эффективное, безопасное и доступное здание. Работа инженера заключается в том, чтобы работать вместе с владельцами, подрядчиками и всеми другими заинтересованными сторонами, чтобы создать идеальный продукт, который соответствует потребностям каждого. [11] При выборе конструкционных материалов для своей конструкции инженер должен учитывать множество переменных, таких как стоимость, соотношение прочности и веса, устойчивость материала, конструктивность и т. д.

Тепловые свойства

Свойства стали сильно различаются в зависимости от ее легирующих элементов.

Температура аустенизации, температура, при которой сталь переходит в аустенитную кристаллическую структуру, для стали начинается с 900 °C (1650 °F) для чистого железа, затем, по мере добавления большего количества углерода, температура падает до минимума 724 °C (1335 °F) для эвтектической стали (стали, содержащей всего 0,83% углерода по весу). По мере приближения к 2,1% углерода (по массе ) температура аустенизации снова поднимается до 1130 °C (2070 °F). Аналогично, температура плавления стали изменяется в зависимости от сплава.

Самая низкая температура, при которой может начать плавиться простая углеродистая сталь, ее солидус , составляет 1130 °C (2070 °F). Сталь никогда не превращается в жидкость ниже этой температуры. Чистое железо («сталь» с 0% углерода) начинает плавиться при 1492 °C (2718 °F) и становится полностью жидким при достижении 1539 °C (2802 °F). Сталь с 2,1% углерода по весу начинает плавиться при 1130 °C (2070 °F) и полностью расплавляется при достижении 1315 °C (2399 °F). «Сталь» с более чем 2,1% углерода больше не является сталью, а известна как чугун . [18]

Огнестойкость

Металлический настил и открытая стальная балка, на которую наносится огнестойкая штукатурка, изготовленная из гипса на основе полистирола

Сталь теряет прочность при достаточном нагревании. Критическая температура стального элемента — это температура, при которой он не может безопасно выдерживать свою нагрузку [ требуется ссылка ] . Строительные нормы и стандартная практика проектирования конструкций определяют различные критические температуры в зависимости от типа структурного элемента, конфигурации, ориентации и характеристик нагрузки. Критической температурой часто считается температура, при которой его предел текучести снижается до 60% от предела текучести при комнатной температуре. [19] Для определения степени огнестойкости стального элемента можно использовать общепринятую практику расчетов [20] или провести испытание на огнестойкость , критическая температура которого установлена ​​стандартом, принятым Органом, имеющим юрисдикцию, таким как строительный кодекс. В Японии это ниже 400 °C. [21] В Китае, Европе и Северной Америке (например, ASTM E-119) это примерно 1000–1300 °F [22] (530–810 °C). Время, необходимое для того, чтобы испытываемый стальной элемент достиг температуры, установленной стандартом испытания, определяет продолжительность огнестойкости . Передачу тепла к стали можно замедлить с помощью огнестойких материалов , тем самым ограничивая температуру стали. Обычные методы огнезащиты для конструкционной стали включают вспучивающиеся , эндотермические и штукатурные покрытия, а также гипсокартон, облицовку силикатным стеклом и изоляционные одеяла из минеральной ваты. [23]

Бетонные строительные конструкции часто соответствуют требуемым нормам огнестойкости, так как толщина бетона над стальной арматурой обеспечивает достаточную огнестойкость. Однако бетон может быть подвержен растрескиванию , особенно если он имеет повышенное содержание влаги. Хотя дополнительная огнезащита нечасто применяется к бетонным строительным конструкциям, она иногда используется в транспортных туннелях и местах, где более вероятен пожар углеводородного топлива, так как пожары легковоспламеняющихся жидкостей обеспечивают больше тепла для элемента конструкции по сравнению с пожаром, включающим обычные горючие вещества в течение того же периода пожара. Материалы для огнезащиты конструкционной стали включают вспучивающиеся, эндотермические и штукатурные покрытия, а также гипсокартон , облицовку из силиката кальция и минеральные или высокотемпературные изоляционные шерстяные одеяла. Внимание уделяется соединениям, так как тепловое расширение элементов конструкции может поставить под угрозу огнестойкость сборок.

Производство

Резка заготовок по длине обычно выполняется ленточной пилой . [ необходима ссылка ]

Линия сверления балок (сверлильная линия) долгое время считалась незаменимым средством для сверления отверстий и фрезерования пазов в балках, швеллерах и элементах HSS. Линии сверления балок с ЧПУ обычно оснащены подающими конвейерами и датчиками положения для перемещения элемента в положение для сверления, а также возможностью зондирования для определения точного места, где должно быть вырезано отверстие или паз.

Для резки нерегулярных отверстий или неравномерных концов на размерных (не пластинчатых) элементах обычно используется резак. Кислородно-топливные резаки являются наиболее распространенной технологией и варьируются от простых ручных резаков до автоматизированных копировальных машин с ЧПУ, которые перемещают головку резака вокруг структурного элемента в соответствии с инструкциями по резке, запрограммированными в машине.

Изготовление плоской пластины выполняется на центре обработки пластины, где пластина кладется на стационарный «стол», а различные режущие головки перемещаются по пластине с портального рычага или «моста». Режущие головки могут включать в себя пуансон, сверло или горелку.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Alread, Jason; Leslie, Thomas; Whitehead, Rob (21 марта 2014 г.). «Балы: форма и прочность». Design-Tech . стр. 282–300. doi :10.4324/9781315817057. ISBN 9781315817057.
  2. ^ "Цех стальных конструкций" . Получено 2 марта 2017 г.
  3. ^ «Конструкционная сталь».
  4. ^ "EN10219 S275JOH Carbon Steel Pipe". CHINA HYSP PIPE . Архивировано из оригинала 2019-09-22 . Получено 2014-10-25 .
  5. ^ Руководство по стальным конструкциям, 8-е издание, 2-е исправленное издание, Американский институт стальных конструкций, 1987, гл. 1 стр. 1-5
  6. ^ Сайт Британской ассоциации производителей стальных конструкций . – SteelConstruction.org:CE-Marking.08/02/2011.
  7. ^ Руководство по маркировке CE строительных стальных конструкций, публикация BCSA № 46/08. стр. 1.
  8. ^ Сертификация производителя в соответствии с EN 1090, 09.08.2011
  9. ^ ab Levitt, M. (1982-03-01). Сборный бетон . Taylor & Francis. ISBN 978-0-85334-994-5.
  10. ^ Попеску, Калин. Оценка стоимости строительства .
  11. ^ abcdefghij Справочник по строительной технике . CRC Press. 1997. ISBN 978-0-8493-2674-5.
  12. ^ «Влияние стали на окружающую среду». voelstapine Metsec. 15 декабря 2020 г.
  13. ^ Захария, Рауль (2009-05-06). Проектирование стальных конструкций для обеспечения пожарной безопасности . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-415-54828-1.
  14. ^ Расс, Том (2010-03-25). Устойчивость и этика дизайна . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-4398-0854-2.
  15. ^ ab Chen, Wai-Fah (2005). Принципы структурного проектирования . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-8493-7235-3.
  16. ^ Армстронг, Роберт (7 марта 2014 г.). «Свойства и предотвращение появления плесени в домашних условиях». Absolute Steel. Архивировано из оригинала 6 октября 2014 г. Получено 2 ноября 2014 г.
  17. ^ ab Taranath, Bungale (2009-12-14). Проектирование высотных зданий из железобетона . Taylor & Francis. ISBN 978-1-4398-0480-3.
  18. ^ http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/images/FeC.gif [ URL-адрес файла изображения ]
  19. ^ Промышленная противопожарная защита, Роберт Г. Залош, авторское право 2003 г., стр. 58
  20. ^ Залош, стр. 70
  21. ^ Шигекура, Юко. "ПРОЦЕДУРА ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ СТЕПЕНИ В ЯПОНИИ" (PDF) . Международная ассоциация по науке пожарной безопасности .
  22. ^ Залош, Таблица 3.3
  23. ^ Рекомендации по передовой практике проектирования огнестойкости конструкций зданий из бетона и стали, Техническая записка NIST 1681, LT Phan, JL Gross и TP McAllister, 2010. (Просмотреть отчет)

Внешние ссылки