Сортамент сталей

Для изготовления стальных конструкций применяют в основном прокатные стали, реже гнутые профили.
Сталь полосовая — прямоугольного сечения со слегка притупленными краями, толщиной от 4 до 60 мм, шириной от 12 до 200 мм и длиной от 3 до 9 м. Полосовую сталь применяют для изготовления сороудерживающих решеток гидротехнических сооружений и для мелких элементов других конструкций.
Сталь универсальная широкополосная — прямоугольного сечения, толщиной от 4 до 60 мм, шириной от 160 до 1050 мм и длиной от 5 до 18 м. Универсальная сталь является самым дешевым видом прокатной стали. Листы ее имеют ровные, правильной формы кромки. Универсальную сталь применяют для изготовления конструкций сплошного сечения (балки, колонны, рамы), для узловых фасонок в фермах, для изготовления гнутых профилей и во многих других случаях.
Сталь толстолистовую прокатывают толщиной от 4 до 160 мм и шириной от 600 до 3000 мм. Нормальная длина листов колеблется от 2,0 до 8 м. Максимальная длина доходит до 12 м.
Соотношения толщины, ширины и длины листа связаны между собой объемом исходного слитка и установлены сортаментом. Сталь толстолистовую применяют для изготовления стенок балок и рам с большой высотой лечения, для листовых конструкций и для обшивок затворов.
Уголки равнобокие (рис. I—5, а) имеют ширину полок от 20 до 250 мм, толщину от 3 до 30 мм и длину от 4 до ;19 м. Номером уголка называют ширину его полки, выраженную в сантиметрах.
Уголки неравнобокие (рис. I—5,б) имеют отношение большей стороны к меньшей около 1,5—1,6. Ширина полок начинается с 25x16 мм и заканчивается 250x160 мм, толщина от 3 до 20 мм, длина уголков от 4 до 19 м.

Угловую сталь (уголки) применяют весьма часто для образования самостоятельных несущих элементов (например, в фермах) и в качестве соединительных элементов.
Швеллеры имеют высоту от 50 до 400 мм (рис. I—5,в). Номером швеллера называют высоту его, выраженную в сантиметрах. Ширина полки швеллера составляет от 0,64 его высоты h (у № 5) до 0,29h (у № 40). Длина швеллеров от 5 до 19 м.
Двутавры (рис. I—5,г) имеют высоту от 100 до 700 мм. Номером двутавра называют высоту его, выраженную в сантиметрах. Ширина полки двутавра составляет от 0,55 его высоты h (у № 30) до 0,3h (у № 70). Длина двутавров от 5 до 19 м.

Трубы благодаря большой жесткости и симметричности сечения являются очень хорошим профилем для элементов, работающих преимущественно на сжатие.
Трубчатые элементы хорошо обтекаемы, поэтому, например, ветровая нагрузка на башни и мачты, выполненные из труб, значительно меньше, чем нагрузка на аналогичные конструкции из обычных прокатных профилей. Элементы из труб менее подвержены коррозии, чем из фасонных профилей.
Трубы применяют для строительства высоких башен и мачт, для отдельно стоящих стоек, а также в фермах и рамах, когда последние находятся в условиях повышенной коррозийной опасности (например,, конструкции оранжерей и теплиц, сооружения, находящиеся в морской, воде, и т.п.). Трубы используют в конструкциях клапанов затворов в качестве основного несущего элемента, работающего на изгиб с кручением. Есть предложение ставить сплющенные трубы взамен пластин в сороудерживающих решетках, чтобы повысить пропускную способность последних. Области эффективного применения труб для изготовления строительных конструкций в последние годы интенсивно расширяются. Доказано, что использование труб сильно снижает расход стали, особенно низколегированной, даже в таких обычных и широко распространенных конструкциях, как стропильные фермы.

Мощное оборудование на заводах стальных конструкций позволяет получать гнутые профили весьма сложной формы, с очень разнообразными соотношениями размеров поперечного сечения. Толщина гнутых профилей доходит до 16 мм.
На рисунке I—6 показаны примеры осуществленной замены сложных составных элементов гнутыми.
Радиус внутреннего закругления профилей, гнутых из углеродистой стали, принимают от 1 до 1,5 толщины профиля, а из низколегированной стали с пределом прочности не более 50 кг/мм2 — от 1,5 до 3 толщин. С увеличением толщины изгибаемых листов и предела прочности увеличивают относительную величину радиуса закругления. Увеличение обеспечивает меньшие нарушения структуры стали.

При назначении размеров поперечных сечений гнутых элементов необходимо учитывать индивидуальные характеристики машины, которая будет производить гнутье (вылет станины, мощность пресса, длину его стола). Получение новых специализированных гнутых профилей не вызывает особых затруднений и не требует больших затрат, потому что стоимость сменного оборудования (матриц, пуансонов и т. п.), требующегося для производства гнутья отдельных профилей, значительно ниже стоимости валков прокатных станов.
Недостаток гнутых профилей и штампованных настилов — повышенная подверженность коррозии мест изгиба, где структура стали претерпела большие изменения. В таких местах иногда развивается интеркристаллитная коррозия.
У тонкостенных гнутых профилей понижена местная устойчивость. Для повышения последней применяют дополнительный загиб (отбортовку) свободных полок.
Кроме гнутых профилей, в строительстве применяют настилы из волнистой оцинкованной стали для кровли и облицовки стен, и штампованные настилы из тонкой оцинкованной стали (δ = 0,6—2 мм) — под легкий утеплитель и кровельный ковер. Использование таких настилов существенно уменьшает вес кровли и трудоемкость устройства ее.

Заканчивая обзор профилей, применяемых для изготовления несущих конструкций, следует отметить, что выгоднее наиболее тонкие профили, допускаемые по требованиям обеспечения местной устойчивости их и по условиям монтажа и эксплуатации (возможность механического повреждения, коррозия и т. п.).
При одной и той же площади поперечного сечения, то есть при одном и том же расходе стали, тонкие и широкие уголки имеют большее значение радиуса инерции, чем толстые и относительно узкие.
Поэтому несущая способность тонких уголков при работе на сжатие выше толстых. Так, например, сжатый стержень длиной 3 м из двух уголков 125x8 мм имеет несущую способность на 27% больше, чем такой же стержень из уголков 100х10 мм, а вес больше всего на 2,5%. Однако при очень большой ширине полок по сравнению с их толщиной возникает опасность потери местной устойчивости свободной кромки таких уголков при сжатии, особенно для уголков из низколегированной стали.
Тонкие профили дают относительно меньшие ослабления, чем толстые, в случае устройства в них отверстий для постановки болтов или заклепок.
Уголковые и швеллерные профили были необходимы и весьма полезны в клепаных конструкциях. Усовершенствование технологии изготовления стальных конструкций (сварка, особенно автоматическая; резка, гнутье и т. п.), а также внедрение высокопрочных сталей, которые более обыкновенных подвержены потере местной устойчивости, требуют перехода к новым профилям замкнутого очертания — трубчатым и коробчатым. Такой переход, кроме того, уменьшит коррозию стальных конструкций.
Проведенные подсчеты показали, что даже в таких простых конструкциях, как стропильные фермы, замена сжатых поясов и раскосов, выполненных из двух уголков низколегированной стали (R = 2900 кг/см2), одной трубой из той же стали уменьшает расход материала на 18—33%. В рассмотренных случаях изменение формы сечения (двух уголков трубой) обеспечило большую экономию стали, чем замена стали Ст.3 низколегированной.
Двутавровые профили при работе на изгиб в плоскости наибольшей жесткости весьма эффективно используют материал. Однако в связи c переходом на более высокие рабочие напряжения, в связи с внедрением высокопрочных сталей, а также при работе балок на изгиб в двух плоскостях или на изгиб с кручением целесообразно переходить от открытого двутаврового профиля к закрытому коробчатому (сварному или гнутому).