Архит._материал._-_Шеина_Ч1

Рисунок 248 – Хромированная стальная ракови-

на и мыльница

Принятые обозначения легирующих элементов: А – азот, Б – ниобий, В

– вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирко-

ний, Ч – редкоземельный, Ю – алюминий. Содержание углерода указывают двузначными цифрами, приводимыми вначале марки стали в сотых долях процента. Например, марка стали 12ХН3А означает, что в ней содержится в среднем 0,12 % С, до 1…1,5 % Cr, 3 % Ni, и до 1 % N или марка стали 35ХГ2С, показывает, что в ней содержится 0,35 % углерода, 1 % хрома, 2 % марганца и 1 % кремния. Сталь марки 14Г2 содержит 0,1…0,18 % С и около 2 % Мn, в стали 16Г2АФ содержится примерно 0,16 % С, около 2 % Мn, 0,01 % N, около 0,1 % V. Наиболее широко применяемые легированные марки стали

09Г2, 14Г2, 19Г, 17ГС, 10ХСНД, 18Г2АФ, 25Г2С.

По химическому составу различают стали углеродистые и легирован-

ные.

В зависимости от содержания легирующих компонентов стали делятся на четыре группы:

углеродистые (легирующие компоненты отсутствуют); низколегированные (до 2,5 % легирующих компонентов): НЛ-1, НЛ-2 с

R ≥ 42 кг/см2. В строительстве успешно применяют низколегированные хромистые стали (Москворецкие мосты, Москва);

среднелегированные (2,5...10 % легирующих компонентов). Их применяют для изготовления деталей машин, работающих под ударной и переменной нагрузке;

высоколегированные (более 10 % легирующих компонентов, например сталь марки 1Х18Н9). Некоторые высоколегированные нержавеющие стали применяют для архитектурно-художественных деталей и сооружений (отделаны колонны и своды на станциях «Маяковская»; Москва, «Рабочий и колхозница», ВВЦ, Москва).

Углеродистые стали в зависимости от содержания углерода выпуска-

ют:

низкоуглеродистые (углерод до 0,25 %). Из них сооружают мосты, строительные фермы, каркасы высотных зданий, гидротехнические сооружения, резервуары, трубопроводы и арматуру для железобетонных изделий;

332

среднеуглеродистые (углерод от 0,25 до 0,6 %). Такие стали подвергают поверхностной закалке. Из них изготавливают детали машин и железнодорожные рельсы;

высокоуглеродистые (углерод от 0,6 до 2 %). Применяют для изготовления инструментов, необходимых при обработке металлов, древесины и природного камня.

С увеличением содержания углерода увеличиваются твердость (НВ) и прочность стали (σ), но ухудшаются её пластические свойства, а удлинение (δ), сужение в шейке (Ψ) и ударная вязкость (ак)

уменьшаются (рисунок

249).

Рисунок 249 – Влияние содержания углерода на механические свойства сталей

По назначению стали подразделяются:

на конструкционные, содержание углерода от 0,08 до 0,85 %. Они хорошо обрабатываются давлением и резанием, выпускаются углеродистыми и легированными. Из таких сталей выпускаются детали машин и механизмов, строительные конструкции и арматура, корпуса вагонов и судов;

инструментальные (марки У7…У13), содержание углерода от 0,65 до 1,5 %. Они обладают высокой твердостью, жаропрочностью и износостойко-

стью. В соответствии со своим названием служат для изготовления различного инструмента: режущего, ударно-штамповочного, мерительного – резцов, фрез, штампов и калибров. Высокую износостойкость инструментальной стали придают путем закалки (например, оптимальная tнаг = 130 оС под закалку стали У13) и последующего низкого отпуска;

специальные, как правило, высоколегированные стали отличаются особыми свойствами (нержавеющие, немагнитные, кислотостойкие, износостойкие и жаропрочные). Из них изготавливают ответственные детали машин и приборов, их используют в дизайне фасадов и интерьеров (рисунки 250 –

333

253). Например, в конструкциях, совмещающих несущие и ограждающие функции (мембранные покрытия), применяют тонколистовой прокат из нержавеющей хромистой без углеродистой стали, без никеля – ОХ18Т1Ф2 (σв =

500 МПа, σ0,2 = 360 МПа, δ5 более 33 %), которая по толщине до 2 мм сохраняет пластические свойства при расчетных тем-

пературах до минус 40 оС.

Рисунок 250 – Металлические лестницы из нержавеющей стали практичны и долговечны. Металл очень технологичен и позволяет воплотить в жизнь любые замыслы. При производстве лестниц, перил и поручней из нержавейки сталь либо шлифуется, либо полируется, либо матируется

Рисунок 251 – Торшеры, бра, люстры

Рисунок 252 – Смеситель из нержавеющей стали Рисунок 253 – Дизайнерские системы FW 50+S ARC. Изящная система несущих конструкций из нержавеющей стали FW 50+S ARC с вантовыми конструкциями позволяет создавать большие и одновременно архитек-

турно легкие вестибюли, фойе и залы

По характеру застывания металла в из-

ложнице сталь подразделяют: на спокойную, по-

луспокойную, кипящую.

Процесс застывания происходит тем спокойнее, чем полнее удален из стали кислород. При разливе малораскисленной стали в изложнице происходит бурное выделение пузырьков оксидов углерода – сталь как бы кипит. Для удаления кислорода (раскисление стали) в расплав в конце варки вводят раскислители – ферросплавы (ферросицилий – 10…90 % кремния,

ферромарганец – не менее 75 % марганца, феррохром – не менее 55 % хрома и алюминий), способные соединяться с кислородом. Ферросплавы поставляются в отливках (чушках) и в порошкообразном состоянии. Сталь, в которую введены все три раскислителя называют спокойной (сп), два – полуспокойной (пс), один – кипящей (кп). Например, марка Ст3пс показывает, что это полуспокойная сталь с повышенным содержанием марганца. Кипящие стали склонны к старению, хладноломкости, хуже свариваются, но пластичны.

По качеству стали делят: на обыкновенные, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Различие между ними состоит в количестве содержания вредных примесей (серы и фосфора) и неметаллических включений. В особо высококачественной стали допускается содержание каждого элемента до 0,015 %; в высококачественной – не более 0,02 серы и 0,025 % фосфора; в качественной – не более 0,035 % каждого элемента; в обыкновенной – до 0,085 серы и 0,09 % фосфора.

Углеродистые конструкционные качественные стали маркируются двузначными числами 08, 10, 20, 25 и т.д., обозначающими содержание углерода в сотых долях процента. Обозначение марок высокоуглеродистых инструментальных сталей начинается с буквы У – углеродистая, а следующая за ней цифра указывает содержание углерода в сотых долях процента (У7,У8 …У13). В марках высококачественных сталей в конце условного обозначения стоит буква А, например У7А. Сталь обыкновенного качества – Ст1пс.

В зависимости от назначения и механических свойств сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:

335

А – сталь, поставляемая с гарантированными механическими свойствами; Б – сталь, поставляемая с гарантированным химическим составом;

В – сталь, подразделяемая с гарантированным по химическому составу и механическим свойствам.

Для строительства используют в основном углеродистые конструкционные стали группы А (таблица 60).

Углеродистые конструкционные стали группы А маркируются буквами Ст и номером от 0 до 6, каждый из которых соответствует определенным механическим свойствам стали. Чем больше номер стали, тем больше в ней содержится углерода, например, в Ст3 – 0,14…0,22 %, в Ст 5 – 0,28…0,27 %. При маркировке сталей групп А, Б и В перед Ст ставится соответствующая буква, например, АСт3, БСт1 или ВСт3.

В строительстве обычно применяют низколегированные стали. По сравнению со углеродистой сталью марки Ст 3, эти стали обладают большей прочностью при достаточно высокой пластичности и свариваемости.

Таблица 60 – Механические свойства прокатных углеродистых сталей (группа А)

Содержание углерода в этих сталях не превышает 0,2 %. Легирующими элементами в них являются Mn (не более 2 %) и Cr. Для повышения стойкости от атмосферной коррозии в состав легированных строительных сталей вводят медь (таблицы 61, 62).

336

Таблица 61 – Механические свойства строительных низколегированных сталей и Ст3

Таблица 62 – Химический состав строительных низколегированных сталей

Сталь НЛ-1 применяют для металлических конструкций и заклепок, а

сталь НЛ-2 – для металлических конструкций.

Рациональные марки сталей для строительных конструкций выбирают исходя из их вида, назначения, ответственности, режима, условий работы и эксплуатации.

Все виды стальных строительных конструкций разделены на 4 группы.

К первой группе отнесены сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях динамического нагружения (подкрановые балки, эстакады и др.). Для этих конструкций применяют высокопрочные низколегированные стали типа 18Г2АФпс, 12ГН2МФАЮ, а также ВСт3Гпс5, 09ГС12.

Ко второй группе отнесены сварные конструкции, работающие на статическую нагрузку – фермы, ригели, рамы, балки перекрытий и покрытий. Для этих конструкций рекомендуются низкоуглеродистые и низколегированные стали повышенной и высокой прочности – ВСт3сп5, 09Г2С, 10ХСНД и др.

К третьей группе отнесены сварные конструкции, работающие преимущественно на сжатие – колонны, стойки и опоры под оборудование. Для них могут использоваться, наряду с вышеуказанными сварными конструкциями во второй группе, низкоуглеродистые стали – ВСт3кп2.

В четвертую группу включены вспомогательные конструкции и элементы (связи, фахверк, лестницы и ограждения). Для них рекомендуются обыкновенные низкоуглеродистые кипящие, полуспокойные и спокойные стали группы ВСт3кп (пс, сп)2(5). Повышенный предел текучести стали НЛ-2, по сравнению со Ст 3, дает возможность значительно уменьшить вес конструк-

337

ции и сделать её экономичнее. Кроме того, сталь НЛ-2 почти на 40 % более стойка по отношению к атмосферной коррозии, чем Ст 3. Стали марок НЛ-1 и НЛ-2 в первую очередь предназначаются для пролетных строений больших мостов и для тяжелых металлических конструкций (сварных или клепаных) промышленных и гражданских зданий, сооружений.

В архитектуре металл используется от основания до крыши, на всех этапах строительства (рисунки 254,

255).

Рисунок 254 – Торговая галерея WDR, Кëльн, Германия

Рисунок 255 – Металлочерепеца из рулонной листовой стали

Металлические конструкции выполняются из линейных холодногнутых профилей, изготавливаемых путем холодного формования из оцинкованной полосовой стали (рисунки 256 – 258). В каркасах зданий используются профили С-образного профиля (стойки), U-образного (швеллерного) сечения (балки), а также уголковые профили и профили типа «омега» (связевые и вспомогательные элементы).

Рисунок 256 – Легкие Ζ-образные балки в качестве кровельных и стеновых прогонов

338

Узловые соединения элементов каркаса осуществляются по типу деревянных каркасов – на винтах.

Несущие конструкции здания образованы каркасом наружных и внутренних стен, балочными конструкциями чердачного перекрытия и стропильными конструкциями крыши. Для строительства малоэтажных жилых домов разработаны конструктивные системы на основе легких металлических конструкций. Так, фирмой

«Sears Roebuck & Company» составлен каталог таких конструкций.

Рисунок 257 – ЛЕГКИЕ C- и Z- ОБРАЗНЫЕ ПРОГОНЫ производят методом холодного роликового профилирования из горячеоцинкованной стали толщиной

1,0…2,5 мм

В настоящее вре-

мя бурно развивается технология быстровозводимых зданий из металлокон-

струкций. Ее растущая популярность связана в первую очередь с тем, что она решает проблему образования «мостиков холода» в наружных стенах при использовании металлических конструкций (характеризующихся, как известно, высокой теплопроводностью). Разработаны специальные стальные конструкции (так называемые «термопрофили»), имеющие минимальное поперечное сечение и прорезанные в шахматном порядке сквозными канавками для увеличения пути прохождения теплового потока.

339

Рисунок 258 – Птичье гнездо – национальный олимпийский стадион в Китае. Состоит из 36 километровых стальных балок, переплетенных в форме корзины

(вес 45 т).

Это позволяет, при уменьшении несущей способности примерно на 10 %, уменьшить теплопроводность на 80…90 % в зависимости от типа

профиля, в результате чего стеновая конструкция приобретает тепловые характеристики, свойственные аналогичной деревянной. Помимо «термопрофилей», при строительстве быстровозводимых зданий применяются также внутренние стеновые профили с улучшенными виброакустическими характеристиками (рисунки 259 – 261).

Рисунок 259 – Быстровозводимое здание из металлоконструкций

Рисунок 260 – Royal S 70HI (ультрасовременная система с повышенной теплоизоляцией и улучшенными статическими характеристиками)

340

Для отделки фасадов используются также металлические кассеты, или

фасадные объемные металлические панели, представляющие собой металли-

ческую конструкцию с загнутыми с четырех сторон листами (рисунок 262). Цвет, фактура поверхности кассет могут быть самыми разными. Можно

добиваться различных эффектов, сочетая на фасаде кассеты различных цве-

341