Применение горячекатаного проката в строительстве

Строительство — главный потребитель горячекатаного проката. На его долю приходится более половины всего производимого металлопроката в стране. Именно из горячекатаных изделий возводятся каркасы многоэтажных зданий, армируются фундаменты и перекрытия, строятся мосты и промышленные сооружения. Рассмотрим, какие виды горячекатаного проката используются в строительстве, для каких задач они предназначены и на что ориентироваться при выборе.

Почему горячекатаный прокат так важен в строительстве

Ответ прост: именно этот вид металлопроката сочетает в себе достаточную прочность, хорошую технологичность (легко варится, режется, гнётся), широкий сортамент и разумную цену. В отличие от холоднокатаного проката, горячекатаный не требует дополнительных переделов — его можно применять сразу «с завода».

Строительные конструкции в большинстве случаев не требуют идеальной чистоты поверхности или сверхточных допусков на размеры: здесь важнее несущая способность, долговечность и возможность быстрой сборки. Всем этим требованиям горячекатаный прокат отвечает в полной мере.

Ключевые нормативные документы, регулирующие применение стального проката в строительстве:

• СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» (актуализированная редакция СНиП II-23-81*) — основной свод правил для проектирования и возведения стальных конструкций;
  
  
• ГОСТ 27772 — прокат для строительных стальных конструкций: марки и технические требования;
  
  
• ГОСТ 535, ГОСТ 19281 — сортовой, фасонный и листовой прокат из углеродистой и низколегированной стали.

Арматура: армирование железобетонных конструкций

Арматурный прокат — самый массовый вид металлопроката в строительстве. Арматура воспринимает растягивающие усилия в железобетонных конструкциях: изгибающие моменты в балках и плитах, растяжение в нижних поясах ферм, поперечные силы в колоннах и фундаментах.

Без арматуры бетон — хрупкий материал, легко разрушающийся при изгибе. Вместе с арматурой железобетон становится одним из самых надёжных и долговечных строительных материалов: плиты пролётом 9 метров, колонны высотой 15–18 м, фундаментные плиты под многоэтажные здания — всё это стало возможным именно благодаря развитому армированию.

Где применяется арматура в строительстве

Фундаменты. Самый большой потребитель арматуры — фундаменты. Плитные фундаменты под многоэтажные здания армируют сетками из арматуры Ø12–20 мм класса А400 или А500С шагом 150–200 мм. Ленточные фундаменты — продольной рабочей арматурой Ø16–25 мм и поперечными хомутами Ø8–10 мм. Сваи — продольными стержнями Ø12–16 мм, хомутами или спиральной обмоткой Ø6–8 мм.

Монолитные перекрытия. Плиты перекрытий армируют двусторонними сетками из стержней Ø10–14 мм с шагом 150–200 мм. Для пролётов более 6–7 м предусматривают усиленные зоны армирования в пролёте и над колоннами.

Колонны и стены. Продольная арматура колонн — стержни крупных диаметров (Ø16–32 мм и более), охваченные частыми хомутами. Монолитные стены армируются горизонтальными и вертикальными сетками.

Балки и ригели. В изгибаемых элементах продольная арматура в растянутой зоне принимает основные нагрузки, поперечные хомуты из арматуры Ø8–10 мм обеспечивают восприятие поперечных сил.

Сборные железобетонные изделия. Плиты перекрытий ПК и ПБ, сваи, ригели каркасов серий ИИС и КОПЭ — всё это заводские изделия с нормированным армированием, изготавливаемые в строгом соответствии с рабочей документацией.

Двутавровые балки: несущий каркас зданий

Двутавровая балка (двутавр) — горячекатаный профиль с поперечным сечением в форме буквы «Н» или «I». Такая форма сечения даёт максимальную несущую способность на изгиб при минимальном расходе металла: материал сосредоточен в полках, где возникают наибольшие нормальные напряжения от изгибающего момента, а тонкая стенка воспринимает поперечные силы.

Горячекатаные двутавры производятся по ГОСТ 8239-89 (обычные двутавры) и ГОСТ 26020-83 (широкополочные и колонные двутавры). Высота профиля — от 100 до 1000 мм (и более). Широкополочные двутавры серии «Ш» (по ГОСТ 26020) имеют ширину полки, близкую к высоте профиля, что существенно увеличивает устойчивость при сжатии — их применяют для колонн. Нормальные балочные двутавры серии «Б» применяют для горизонтальных несущих элементов.

Для изготовления двутавров используется сталь марок С245, С255, С345 по ГОСТ 27772. Сталь С345 (аналог низколегированной 09Г2С) обладает пределом текучести не менее 345 МПа и обязательна для конструкций в климатических условиях умеренного и холодного климата.

Применение двутавров в строительстве

• Перекрытия зданий. Балки перекрытий из двутавра пролётами 6–15 м — стандартное решение для промышленных и коммерческих зданий. По балкам монтируют профнастил с бетонной стяжкой или сборные плиты.
  
  
• Каркасы промышленных зданий. Фермы, подкрановые балки, стойки рам — несущий скелет цеха или склада. Подкрановые балки из двутавра воспринимают нагрузки от мостовых кранов; верхний пояс таких балок усиливают горизонтальными рёбрами жёсткости из листового проката.
  
  
• Многоэтажные стальные каркасы. Колонны из широкополочных двутавров и ригели из балочных двутавров образуют несущий каркас многоэтажного здания. Узловые соединения выполняются болтами (в монтажных стыках) и сваркой.
  
  
• Мосты. Однопролётные малые мосты пролётом 12–24 м часто перекрывают разрезными балками из двутавра. Для большепролётных сооружений применяют составные сварные балки из листового проката.
  
  
• Шахты лифтов и эскалаторов. Рамы лифтовых шахт и направляющие конструкции монтируют из двутавров и швеллеров.

Швеллеры: перекрытия, фермы, обвязки

Швеллер — профиль с П-образным сечением, одно из рёбер жёсткости которого открытое. Благодаря этому швеллер хорошо работает на изгиб в своей плоскости и легко стыкуется с другими элементами конструкции.

Горячекатаные швеллеры производятся по ГОСТ 8240-97. Номер профиля соответствует высоте в сантиметрах (например, №10 — высота стенки 100 мм). Диапазон номеров: от 5 до 40. Изготавливают из сталей Ст3пс/сп (ГОСТ 380) и 09Г2С (ГОСТ 19281).

Форма стенки швеллера может быть с параллельными полками (обозначение «П» — усовершенствованный швеллер, ГОСТ 8240) и с уклонными полками (обычный швеллер без буквенного обозначения).

Применение швеллеров в строительстве

• Обвязка фундаментов. При возведении лёгких металлических зданий по периметру фундамента монтируют обвязочный ростверк из швеллера №16–20, который служит опорой для стоек и прогонов стенового заполнения.
  
  
• Монтаж межэтажных перекрытий. Швеллеры в паре (спиной к спине) образуют двутавровое сечение и применяются как балки перекрытий при небольших нагрузках и пролётах.
  
  
• Фермы и прогоны. В лёгких конструктивных решениях пояса и раскосы ферм выполняют из спаренных швеллеров или одиночных швеллеров, приваренных к узловым фасонкам.
  
  
• Подоконные пояса и перемычки оконных проёмов. Швеллер над оконным проёмом воспринимает нагрузку от стенового заполнения выше проёма.
  
  
• Лестничные марши и площадки. Косоуры лестниц изготавливают из швеллера №14–20 или двутавра, на полки которого опираются ступени.
  
  
• Усиление ослабленных конструкций. При реконструкции зданий швеллер часто применяют для усиления деревянных балок или трещиноватых кирпичных перемычек — его приваривают или крепят к существующей конструкции.

Уголки: связи, фермы, каркасы

Стальной горячекатаный уголок — профиль с L-образным сечением. Бывает равнополочным (оба плеча одинаковы, ГОСТ 8509) и неравнополочным (плечи разной ширины, ГОСТ 8510). Уголки производятся из сталей Ст3, 09Г2С и ряда других марок.

Уголок — один из наиболее универсальных профилей в строительстве: простота присоединения к узлам и другим элементам конструкции делает его незаменимым для многих задач.

Применение уголков в строительстве

• Фермы. Пояса и решётка стропильных, подстропильных и мостовых ферм малых и средних пролётов традиционно выполняются из парных уголков, соединённых через фасонки.
  
  
• Связи. Горизонтальные и вертикальные связи жёсткости каркасов зданий — раскосы из уголков, принимающие горизонтальные нагрузки (ветер, сейсмика) и обеспечивающие геометрическую неизменяемость конструкции.
  
  
• Обрамления проёмов. Уголками обрамляют дверные и оконные проёмы в лёгких металлических зданиях, защищая торцы стенового заполнения.
  
  
• Подкрановые пути. Рельс подвесного монорельса может крепиться к нижней полке двутавра через уголковые скобы.
  
  
• Лёгкие металлоконструкции. Стеллажи, ограждения, кронштейны, рамки — огромное количество вспомогательных конструкций выполняется из уголка.

Листовой прокат в строительных конструкциях

Горячекатаный лист в строительстве применяется там, где нужна плоская несущая поверхность или где нужно закрыть большую площадь.

Опорные плиты и фланцевые соединения

Колонны стального каркаса опираются на фундамент через опорные плиты из листового проката толщиной 25–50 мм. Такие плиты распределяют сосредоточенную нагрузку от колонны на большую площадь фундамента. Болтовые фланцевые соединения балок, ферм и опор также выполняются из толстолистового проката.

Ребристые и монолитные плиты

Поперечные рёбра жёсткости балок и ферм — это вертикальные листы, привариваемые к стенке и полкам. Они предотвращают потерю устойчивости стенки от поперечного изгиба.

Кровельные и стеновые ограждения

Тонколистовой горячекатаный прокат (2–4 мм) является заготовкой для производства профнастила, металлочерепицы, стеновых и кровельных сэндвич-панелей. После профилирования и нанесения цинкового или полимерного покрытия листы приобретают необходимую жёсткость и коррозионную стойкость для применения в ограждающих конструкциях зданий.

Металлический настил

Горячекатаный рифлёный лист («рифлёнка», ГОСТ 8568) — листовой прокат с рельефными выступами на поверхности, обеспечивающими нескользящее покрытие. Применяется для площадок обслуживания, лестниц, переходных мостиков на промышленных объектах, для настилов рабочих площадок.

Трубы в строительстве

Горячедеформированные (бесшовные) и электросварные трубы из горячекатаного проката применяются в строительстве многопланово:

• Стойки и колонны из круглых и квадратных труб — элегантное решение для навесов, навесных фасадов, торговых и спортивных залов;
  
  
• Шпунтовые сваи — стальные трубы, забиваемые в грунт для устройства ограждений котлованов и причальных стенок;
  
  
• Инженерные коммуникации — водопровод, теплоснабжение, газовые сети внутри зданий и наружные сети на строительной площадке;
  
  
• Буронабивные сваи с металлической обсадкой — металлическая труба служит временной или постоянной оболочкой скважины.

Как выбрать прокат для строительства: основные принципы

Ориентируйтесь на проектную документацию. В проекте указана марка стали, сортамент и ГОСТ — отступать от этих требований нельзя без согласования с проектировщиком и авторского надзора. Замена одной марки стали другой или уменьшение сечения профиля без расчёта может привести к снижению несущей способности конструкции.

Выбирайте сталь с учётом климата. Для объектов в регионах с расчётной зимней температурой ниже −30 °C следует применять низколегированные стали (09Г2С, 14Г2) с нормируемой ударной вязкостью при отрицательных температурах. Использование стали Ст3 в таких условиях может привести к хрупкому разрушению конструкций.

Требуйте сертификаты качества. Каждая партия металлопроката должна сопровождаться сертификатом, в котором указаны плавка, химический состав, результаты механических испытаний и испытаний на ударную вязкость. Строительный контроль обязан проверять сертификаты перед приёмкой металла на объекте.

Учитывайте свариваемость. Для сварных конструкций выбирайте стали с гарантированной свариваемостью. Стали Ст3сп, С245, 09Г2С свариваются без ограничений. Сталь 35ГС (основная для арматуры А400) — ограниченно свариваемая, требует специальных мер при сварке.

Не экономьте на антикоррозионной защите. Горячекатаный прокат без защитного покрытия корродирует, особенно в условиях повышенной влажности, агрессивной среды или переменных климатических воздействий. Минимальная защита — двухслойная окраска по зачищенной поверхности. Для ответственных конструкций предусматривают горячее цинкование или комбинированные покрытия.

Современные тенденции: рост монолитного строительства и каркасных зданий

За последние два десятилетия строительная отрасль существенно изменила структуру применения металлопроката. Доля монолитного домостроения неуклонно растёт: современные жилые комплексы, торговые центры, административные здания строятся преимущественно из монолитного железобетона, что обеспечивает гибкость планировочных решений и высокую скорость возведения.

Параллельно набирают популярность быстровозводимые металлические здания (ЛМЗД — лёгкие металлические здания и сооружения), основанные на каркасе из горячекатаных профилей с ограждением из сэндвич-панелей. Такие решения применяются для производственных цехов, складских комплексов, торговых павильонов и сельскохозяйственных объектов.

В обоих случаях горячекатаный прокат остаётся незаменимым материалом: арматура — для железобетонного монолита, балки, швеллеры и уголки — для металлических каркасов. Постоянное совершенствование технологий производства проката, появление новых высокопрочных марок стали и расширение сортамента позволяют строителям и проектировщикам создавать более эффективные, экономичные и долговечные конструкции.