Подбор марки стали для строительных конструкций

Расчет строительных конструкций завязан на выборе марки стали. Многие просто в расчетах принимают марку стали С245 как самую низкую и не парятся по этому поводу — в случае если необходимой марки нет, заменяют на более прочную, а сечение оставляют тоже, что это ведет к перерасходу металла и завышению стоимости строительства.

Также многие ошибочно полагают, что из-за того что самая низкая марка дешевле, то и конструкция будет дешевле. На самом деле увеличение прочности стали ведет к снижению общей массы конструкции и итоговая стоимость всего проката может оказаться ниже. Кроме этого снижается нагрузка на фундамент и сейсмические нагрузки. Однако использование высокопрочных сталей не оправданно для элементов, сечение которых подбирается из условия устойчивости.

Кроме того при подборе марки стали будет не лишним обзвонить поставщиков на наличии и возможность поставки профиля из необходимой марки стали т.к. при замене марки стали на менее прочную придется менять профиль и узлы, что займет некоторое время, а при замене на более прочную будет перерасход стали. Одни из самых распространенных марок стали для прокатного профиля на рынке — 09Г2С и Ст3сп/пс5.

В первую очередь для выбора марки стали нам необходимо определить к какой группе относятся будущий элемент здания. Описание групп написано в приложении В СП 16.13330.2011. Всего их 4:

1) Сварные конструкции либо их элементы, работающие в особо тяжелых условиях (согласно ГОСТ 25546), в том числе максимально стесняющие развитие пластических деформаций или подверженных непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок. В этот список входят подкрановые балки, балки рабочих площадок, балки путей подвижного транспорта, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающие нагрузки от подвижных составов, главные балки и ригели при динамической нагрузке, пролетные строения транспортерных галерей, фасонки ферм, стенки, окрайки днищ, кольца жесткости, плавающие крыши, покрытия резервуаров и газгольдеров, бункерные балки, оболочки параболических бункеров, стальные оболочки свободно стоящих дымовых труб, сварные специальные опоры больших переходов линий электропередачи (ВЛ) высотой более 60 м, элементы оттяжек мачт и оттяжечных узлов.

2) Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке при наличии растягивающих напряжений. В этот список входят фермы, ригели рам, балки перекрытий и покрытий, косоуры лестниц, оболочки силосов, опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов, опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ) опоры транспортных галерей, прожекторные мачты, элементы комбинированных опор антенных сооружений (АС) и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы, а также конструкции и их элементы 1-ой группы при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425 и ТУ 14-2-427 при наличии сварных монтажных соединений.

3) Сварные конструкции или их элементы, работающие при статической нагрузке, преимущественно на сжатие. В этот список входят колонны, стойки, опорные плиты, элементы настила перекрытий, конструкции, поддерживающие технологическое оборудование, вертикальные связи по колоннам с напряжениями в рассчетных сечениях связей свыше 0,4Ry, анкерные, несущие и фиксирующие конструкции (опоры, ригели жестких поперечин, фиксаторы) контактной сети транспорта, опоры под оборудование ОРУ, кроме опор под выключатели, элементы стволов и башен АС, колонны бетоновозных эстакад, прогоны покрытий и другие сжатые и сжато-изгибаемые элементы, а также конструкции и их элементы 2-ой группы при отсутствии сварных соединений.

4) Вспомогательные конструкции зданий и сооружений. В этот список входят связи, кроме указанных в группе 3, элементы фахверка, лестницы, трапы, площадки, ограждения, металлоконструкции кабельных каналов, вспомогательные элементы сооружений и т.п., а также конструкции и их элементы 3-ей группы при отсутствии сварных соединений.

Далее нам необходимо определить климатический район строительства, а точнее нам необходимо узнать расчетную температуру наружного воздуха. Ее можно найти в СП 131.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*).

За расчетную температуру для определения стали по СП 16.13330.2011 принимается температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98.

За расчетную температуру для определения стали по СНиП II-23-81 принималась температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.

Почему температура влияет на выбор марки стали? Потому что с уменьшением температуры увеличивается хрупкость стали.

С 1 июля 2015 г. СП 16.13330.2011 носит обязательный характер, поэтому необходимо пользоваться данными по нему. Давайте сравним требования предъявляемые СП 16.133302011 и уже не действующим СНиП II-23-81.

По таблице В.1 СП 16.13330.2011 назначаются следующие марки стали в проектируемых конструкциях:

markastali01

Из таблицы мы видим, что здесь 3 столбца со стандартами для выбора марки стали. Марка стали по ГОСТ 27772 характеризует предел текучести металла (С235 означает что сталь имеет предел текучести 235 Н/мм²), маркировка согласно ГОСТ 353,ГОСТ 14637 и ГОСТ 19281 обозначает химический состав, прочностные характеристики данной марки можно посмотреть в этих ГОСТ-ах. Сталь выполненная по одному ГОСТ-у может полностью соответствовать марке стали, выполненному по другому ГОСТ-у, отличие заключается лишь в методе контроля качества стали. В мире нет единого стандарта обозначения марки стали — в России одни стандарты, в США другие, в Европе третьи, но это не значит, что сталь у нас разная.

По таблице 50 СНиП II-23-81 назначаются следующие марки стали:

Группа 1:

tablica50-1

Группа 2:

tablica50-2

Группа 3:

tablica50-3

Группа 4:

tablica50-4

Обозначения, принятые в табл. 50* СНиП II-23-81:

а) фасонный прокат толщиной до 11 мм, а при согласовании с изготовителем — до 20 мм; листовой — всех толщин;
б) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для толщин свыше 20 мм;
в) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для всех толщин;
г) для района II4, для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха, применять прокат толщиной не более 10 мм;
д) при толщине проката не более 11 мм допускается применять сталь категории 3;
е) кроме опор ВЛ, ОРУ и КС;
ж) прокат толщиной до 10 мм и с учетом требований разд. 10;
и) кроме района II4 для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха.
Знак «+» означает, что данную сталь следует применять; знак «-» означает, что данную сталь в указанном климатическом районе применять не следует.

Как видим в СНиП II-23-81 градация по температурам ниже на 5 градусов, чем в СП 16.13330.2011, но и температура здесь не самых холодных суток, а самой холодной пятидневки. Если посмотреть СП «Строительная климатология», то заметим, что в большинстве случаев условия выбора марки стали будут одинаковыми, но есть случаи когда СНиП предъявляет более суровые требования, есть случаи когда в СП требования выше. Поэтому для экспертизы, необходимо чтобы марка стали соответствовала СП 16.13330.2011, но если СНиП II-23-81 предъявляет более суровые требования, то рекомендую воспользоватся этим документом.

Для подбора марки стали труб можно воспользоватся таблицей В.2 Сп 16.13330.2011

markastali02

Также можно подобрать марку стали по показателям ударной вязкости данной в таблице В.3 Сп 16.13330.2011

markastali03

 

Марку стали для соединений стальных конструкций следует выбирать согласно приложению Г СП 16.13330.2011

Из таблицы мы можем определить рекомендуемые марки стали и сделать расчет. Если есть возможность выбора марки стали, то лучше попробовать несколько вариантов и на основании технико-экономического расчета выбрать лучший вариант.

This article has 9 Comments

  1. Почему выбираем сталь по СП? В Распоряжении Правительства РФ от 21.06.2010 г. №1047-р, этих документов нет в качестве обязательных. Необходимо пользоваться СНиП-ами.

    1. Согласен, СП 16.13330.2011 носит рекомендательный характер, сейчас обязательным является СНиП II-23-81, но новый СП практически во всех смыслах копирует СНиП II-23-81. Если смотреть на подбор марки стали, то тут нет противоречий между этими стандартами, разве что в СНиП II-23-81 можно еще выбрать марки стали С390,С390К,С440, но на рынке эти марки стали слабо представлены и я бы не рекомендовал их использовать в проекте без предварительного согласования с поставщиками.
      Поэтому я думаю, что моя статья вполне актуальна. Если есть какие-то серьезные противоречия между этими стандартами в выборе марки стали, то прошу написать, я обязательно это включу в статью.

    2. Я сравнил СНиП II-23-81 и новый СП 16.13330.2011. Отличия действительно есть, прежде всего в градации по выбору стали в зависимости от температуры, в СНиП градация идет до -40, -40 до -50, ниже -50, в СП 16.13330.2011 эта планка на 5 градусов выше, поэтому СНиП II-23-81 предъявляет не много более жесткие требования в некоторых случаях.
      Я добавлю это сравнение в статью.

  2. Главное отличие в выборе расчетной температуры:

    СП, п. 4.2.3 За расчетную температуру в районе строительства следует принимать температуру наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98, определенную согласно СНиП 23-01.

    СНиП, прим. к табл. 50* 3. Климатические районы строительства устанавливаются … за которую принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки согласно указаниям СНиП по строительной климатологии и геофизике.

    Так, например, для Красноярска по СНиП получается расчетная температура -40гр, с обеспеченностью 0,92 наиболее холодной пятидневки. Попадаем в район II4 и соответсвенно сталь С255.
    По СП расчетная температура получается аж -48гр, с обеспечнностью 0,98 наиболее холодных суток. И по табл. В.1 получается сталь С345 для всех групп конструкций, кроме вспомогательных.

    Поэтому в этом отношении новый СП очень жесток.

    1. Спасибо что поправили меня, действительно температуры разные, надо это отметить. Если смотреть СНиП «Строительная климатология», то можно заметить, что минимальная температура с обеспеченностью 0,98 примерно на 5 градусов ниже, чем температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92, поэтому подбор марки стали для большинства регионов идентичен, но есть города, в которых по СНиП предъявляются более суровые требования, есть наоборот более суровые требования предъявляет СП.
      На мой взгляд, надо смотреть оба документа и принимать по наихудшему, а вообще принимать сталь по температуре наиболее холодных суток, т.е. по новому СП, более логично.

  3. Ничего не логично. Принимать нужно по действующим документам. Тем более, что прокат из 345 стали, да еще 3-й категории у нас найти весьма сложно, да и по ценнику она дороже.

    1. Более логично т.к. при низкой температуре снижается ударная вязкость металла, что может привести к разрушению металла при сильном ударе и низкой температуре. Не думаю что металл будет охлаждаться 5 дней, поэтому выбор температуры наиболее холодных суток более логичен.
      С точки зрения закона пока главным является СНиП II-23-81, но думаю вопрос замены СНиП новыми СП это вопрос времени.
      По поводу того, что прокат трудно найти и он стоит дороже я с вами не согласен:
      во-первых данная сталь прочнее, поэтому общая масса металла на здание будет меньше, если конечно критическим фактором не является расчет по прогибу или проверка по гибкости, кроме этого стоимость монтажа и доставки рассчитывают исходя из массы металла, поэтому и здесь экономия. Использование более прочной стали в некоторых случаях дает снижение общих затрат;
      во-вторых прокат С345, т.е. сталь 09Г2 или 09Г2С довольно распространен, проблем с ее наличием никогда не возникало, в том числе и по ударной вязкости, поэтому такие разговоры я думаю либо от плохой организованности процесса строительства (все делается второпях), либо из-за ленивости/привязанности снабженцев к одному поставщику;
      в-третьих безопасность эксплуатации здания это самое главное, нормы это юридический документ, он не должен за вас решать какие-либо вопросы, он просто задает вам рамки, в пределах которых вы должны проектировать, итоговое решение должно быть за вами — если ваш опыт работы, зарубежный опыт, другие знания говорят вам решение более правильное, вы должны следовать ему (естественно не нарушая норм), например в СП 16.13330.2011 в формулах появилось требование учитывать бимомент, в СНиП его нет, но в некоторых случаях это может привести к повреждению конструкции.

  4. Я спрашивала о возможности применения для подкрановых балок сталь 10Г2 ПБЮ в указанных таблицах ее нет. Как быть?

    1. По прочности 10Г2 вроде аналогичен 09Г2. Посмотрите по ударной вязкости если данная сталь подходит (таблица В.3 Сп 16.13330.2011), то думаю можно применить.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *