Особенности выбора марок сталей и проката для колонн стальных каркасов

Основные формы поперечных сечений стальных колонн для каркасов современных высотных зданий представлены на рис. 4.1а…е. Сечение на рис. 4.1а – слябовое, отличается минимальными габаритами по сравнению с другими. В нашей стране они впервые получили применение в колоннах здания МГУ, Москва. В настоящее время их применяют в качестве сердечников сталежелезобетонных колонн (рис. 4.2).

По данным РС 2270-84 (М.:Моспроект 1, 1985): «Стальные сердечники для сталежелезобетонных колонн сечением 400´400» имеют следующие характеристики:                                                  Табл. 4.1.

Несущая способность колонн со стальными сердечниками

Марка стали листовой

ГОСТ, ТУ

сечение сляба

R_yn,

МПа

R_y,

МПа

Несущая способность (ТС) колонн при высоте этажа (м)

условия поставки стали

3,0

3,3

3,3

4,2

4,8

10Г2С1-6

ГОСТ 19282

3´260´60

Г

14Г2-6

-«-

6´260´30

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

Г

15ХСНД-6

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

Г

10Г2С1-6

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

Г

15Г2СФ-6

-«-

-«-

ТУ

10ХСНД-6

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

Г

14Г2АФ-6

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

-«-

ТУ

16Г2АФ-6

-«-

-«-

ТУН

12ГН2МФА

ТУ 14-1-1771-76

-«-

ТУ

 

Примечания:

Г – горячей прокатки; ТУ – термоупрочненная; ТУН - термоупрочненная нормализованная.

Сечение по рис. 4.1б,в в настоящее время применяют в сварных колоннах: б – коробчатые, в – двутавровые; по рис. 4.1д в прокатных колоннах: д – двутавровые с параллельными гранями полок; по рис. 4.1е - коробчатые из 2-х слоев листов, допускается при шарнирных узлах крепления балок.

При изготовлении сварных колонн применяют толстые листы с     t ≤ 230 мм. В прокатных двутавровых колоннах толщины полок t_f ≤ 125 мм с = 335…460 Н/мм². В таблице 4.2 приведены геометрические характеристики таких двутавров.

Геометрические характеристики прокатных двутавров с толстыми полками и стенками

Табл. 4.2.

Обозначения двутавра

Вес в кгс/м

Геометрические размеры, мм

НД 400´677

54,2

81,5

863,4

НД 400´900

65,9

НД 400´1086

78,0

Примечания:

1) Согласно [5] при толщине проката t > 40 мм группа ответственности конструкций повышается на единицу. Так как здания высотой > 100 м относятся к уникальным высотным, то согласно СТУ (специальные техни-

Рис. 4.1а, б, в, г, д, е. Типичные поперечные сечения колонн современных высотных зданий (применение разных сечений см. по тексту)

 

 

Рис. 4.2. Поперечное сечение сталежелезобетонной колонны с сердечником из сляба

 

ческие условия) по [3] прокат, применяемый в них, должен соответствовать требованиям первой группы. Это относится к колоннам, ригелям и поясам жесткости высотных зданий.

2) Согласно [5] стальные листы толщиной > 40 мм следует проверять на возможность появления слоистых трещин по толщине проката при наличии в этом направлении растягивающих напряжений. Склонность проката к слоистым разрушениям определяют по ГОСТ 28870 по величине (относительное сужение цилиндрического образца, изготовленного из данного листа). Более подробно об этих испытаниях можно узнать из   [3, с. 75…80], [5, р. 13].

3) Свойства проката из современных сталей зависят от технологии производства проката. В настоящее время реализуется тенденция поставки проката в потоке станов [3, с.89 – 90] после:

– горячей прокатки с регулированием температуры конца процесса (Г или ТУ);

– термомеханической прокатки с последующим регулированием охлаждением водой (ТМО);

– обработки по режимам соответствующим нормализации (ТУН);

– технологии заключительной обработки по режимам термического улучшения (ТУ) с закалкой и высокотемпературным отпуском или нормализацией, при которой листы подвергаются специальному нагреву и выдержке перед операциями термической обработки (ТУН + ТМО).

Поэтому применяемые марки современных сталей связывают с технологиями заключительной упрочняющей обработки.

Примеры сталей больших толщин, применяемых в уникальных высотных зданиях России в последние 15 лет приведены в таблице 4.3.

Табл. 4.3.

№

п/п

Марка стали

Сортамент, мм

Изготовитель

Год

 Н/мм²

%

%

Состояние поставки

09Г2С

лист ≤ 80

Северсталь

0,006

0,014

ТМО с прерванной закалкой

09ГДФБ

двутавр ≤ 125

Северсталь

0,027

0,018

-«-

09Г2ДФБ

-«-

Arcelor, Mittal

-«-

0,024

0,02

-«-

4 

10ХСНДА

лист ≤ 60

-«-

0,006

0,011

ТУ

13Г2Б

лист

 ≤ 230

Delinger (ФРГ)

-«-

300…350

0,001

0,011

Н

13Г2МБФ

труба ≤

1420´45

ЧТМЗ

-«-

0,008

0,025

одношовная труба, эл.сварка после ТМО

06МФБ

лист 50

«Уральская сталь»

0,010

0,020

ТУ

Примечания к таблице 4.3:

ТУ – термическое улучшение; Н – нормализация;

ТМО – термическая обработка (отпуск водой после закалки со скоростью 30°/сек);

Б – химический элемент – ниобий.

1) Ударная вязкость листового проката больших толщин согласно таблице 4.4 имеет следующие показатели:

Табл. 4.4.

Состояние поставки

Марка стали

толщина, мм

Место вырезки образца

Тип надреза

Ударная вязкость, Дж/см² при температуре, град.С

+20

-20

-40

-60

-70

Н

09Г2С

Н/мм²

П

È

Ц

È

П

Ú

Ц

Ú

Н

 

 

09Г2С

Н/мм²

П

È

Ц

È

П

Ú

Ц

Ú

ТУ

10ХСНДА

Н/мм²

П

È

Ц

È

П

Ú

Ц

Ú

Примечание к таблице 4.4:

П – поверхность листов; Ц – осевая зона.

Таким образом, ударная вязкость листового проката, за исключением стали 09Г2С, t = 50 мм при t = - 70°C  и 09Г2С, t = 30 мм при t = - 70°C, имеет высокие показатели.

2) Ударная вязкость профилей двутавров с   толщиной полок 125 мм из стали Histar 460 Russia согласно таблице 4.5 имеет следующие показатели:

Табл. 4.5.

№ п/п

Место отбора

№ образца

Ударная вязкость, Дж/см² при температуре, град.С

+20

-20

-40

-60

-70

поверхность полки

6,7

38,7

5,0

1/3 толщины полки от поверхности

5,0

72,5

37,5

32,5

осевая зона полки

41,2

51,2

8,7

25,0

 

Таким образом, фасонный прокат в форме двутавра с полками             t = 125 мм полностью соответствует требованиям КСV^-40, т.к. > 40 Дж/см².

6) Как показал анализ проката в [3], он достаточно изотропен, обладает хорошей свариваемостью, хладостойкостью, имеет высокие сопротивления сейсмическим и огневым воздействиям.

7) Так как конкретные виды такого проката изготовляются по заказам для возведения конкретных уникальных строительных объектов, то коэффициент надежности по материалу рекомендуется принимать равным [3, с.112].