Як вибрати марку сталі для металоконструкції за ДБН В.2.6-198:2014: група конструкцій, клас міцності, ударна в’язкість

Крок 1. Категорії конструкції за призначенням і напруженим станом

За п. 5.3.5 кожен елемент відносять до однієї з трьох категорій за призначенням:

• А: відмова може призвести до повної непридатності споруди чи значної її частини до експлуатації;
• Б: відмова ускладнює нормальну експлуатацію або веде до відмови інших конструкцій, які не належать до категорії А;
• В: відмова не порушує роботу інших конструкцій чи їхніх елементів.

Друга ознака — категорія за напруженим станом, тобто за можливістю досягти граничного стану внаслідок утоми чи крихкого руйнування:

• I: граничний стан можливий унаслідок безпосередньої дії динамічного рухомого чи вібраційного навантаження;
• II: лише при поєднанні несприятливих чинників (динамічне чи вібраційне навантаження, концентратори напружень, зони розтягу тощо);
• III: утома чи крихке руйнування неможливі через відсутність несприятливих чинників.

Готовий перелік для типових елементів дає таблиця А.1 додатка А. Ферми покриттів при статичному навантаженні там віднесено до А II, колони виробничих споруд (основні елементи перерізу) — до А III, опори ПЛ — до А III, прогони покрівлі — до Б II, ригелі фахверку — до В III. Для елементів, яких у таблиці немає, категорії приймають за аналогією (примітка 2 до таблиці А.1).

Крок 2. Група конструкцій

Група залежить від суми балів Stot = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 за таблицею А.2 (п. А.1):

Поріг для кожної групи: група 1 — при Stot > 26; група 2 — 23 ≤ Stot ≤ 26; група 3 — 19 ≤ Stot ≤ 22; група 4 — Stot ≤ 18.

Вплив зварних з’єднань (S5) враховують, якщо шви розташовані в місцях дії значних розрахункових розтягувальних напружень (σ > 0,3Ry або σ > 0,3Rwz) або якщо міцність шва визначає придатність усієї конструкції до експлуатації. Наведено витяг із таблиць ДБН для вибору; перед замовленням металу звіряйте клас і групу з чинним текстом ДБН В.2.6-198:2014 і проєктом.

Уточнення групи після підбору перерізів

Коли перерізи підібрано, групу переглядають (п. А.2) і корегують Stot не більш ніж на ±4 бали. Додають 1 бал за товщини прокату понад 20 до 40 мм, за кромок після гільйотинного різання, за наклепу від холодного деформування або за високих початкових (зокрема зварювальних) напружень, які в розрахунку не враховано. За товщини понад 40 мм додають 2 бали.

Віднімають 4 бали, якщо навантаження статичне, а напруження стиску не перевищують 0,4·Ry·γc (скажімо, коли гнучкість обмежена конструктивними вимогами).

Крок 3. Які класи міцності дозволені для групи

Таблиця Г.1 додатка Г для сталей із фасонного, сортового, листового й широкосмугового прокату та холодногнутих профілів позначає знаком «+» класи, які застосовувати можна, і знаком «–» ті, що не можна. У стислому вигляді це виглядає так:

Витяг; клас і групу звіряйте з чинним текстом ДБН.

Примітки до таблиці Г.1, які найчастіше впливають на вибір

У групах 1 і 2 сталь С235 не допускається, окрім тонкого прокату (примітка 3, нижче). У групі 4 вона допускається без приміток.

• С235 у групі 3 не застосовують для неопалюваних споруд і конструкцій, що експлуатуються на відкритому повітрі, а також для опор ПЛ, відкритих розподільних пристроїв (ВРП) і контактних мереж транспорту (КМТ) — примітка а;
• С245 і С275 у групі 2 для неопалюваних конструкцій на відкритому повітрі — лише прокат товщиною до 10 мм (примітка б);
• прокат до 5 мм включно зі сталі С235 допускається для конструкцій усіх груп, окрім опор ПЛ, ВРП і КМТ, а прокат до 8 мм включно зі сталі С245 — для 1-ї групи (примітка 3);
• для прокату завтовшки до 3 мм вимог до ударної в’язкості немає (примітка 2);
• до сортового прокату (круг, смуга, квадрат) ставляться ті самі вимоги, що й до фасонного такої самої товщини (примітка 5).

Крок 4. Ударна в’язкість

Таблиця В.1 додатка В задає характеристичні показники ударної в’язкості прокату за розрахункової температури залежно від групи конструкцій і характеристичного опору Ryn:

KCV (індекс t — температура випробувань; без індексу — +20 °C) — ударна в’язкість на зразках із V-подібним надрізом; KCA — після деформаційного старіння на зразках із U-подібним надрізом (ГОСТ 9454).

Норми ударної в’язкості

Примітка 3 до таблиці В.1 дає такі значення: KCA = 29 Дж/см². Для Ryn < 290 Н/мм² KCV = 34 Дж/см² на поздовжніх і 25 Дж/см² на поперечних зразках. Для 290 ≤ Ryn ≤ 390 KCV−20 = 34 Дж/см² (поздовжні) і 25 Дж/см² (поперечні). Для Ryn > 390 KCV−40 = 25 Дж/см².

Різниця між класами С255 і С345 не лише в Ry. Для С345 ударну в’язкість вимагають уже при −20 °C, і це треба вказати в замовленні металу.

Розрахункова температура

Розрахункова мінімальна температура (п. 6.1.8) — це температура найхолоднішої п’ятиденки в районі будівництва за ДСТУ-Н Б В.1.1-27 із забезпеченістю 0,92 для конструкцій в опалюваних приміщеннях і 0,98 для конструкцій у неопалюваних приміщеннях та просто неба. Для опор, щогл і інших конструкцій просто неба беруть 0,98.

Таблиця В.1 фіксує температуру випробувань (KCV−20 або KCV−40) залежно від Ryn, а не від міста. Формули переходу від розрахункової температури до температури випробувань норма не дає. Примітка 2 до таблиці В.1 відсилає до п. 5.3.1, а саму розрахункову температуру визначає п. 6.1.8. Для районів, де вона нижча за температуру випробувань, вимогу уточнює проєктувальник у технічному завданні.

Значення з таблиці 2 ДСТУ-Н Б В.1.1-27 (стовпчики 17 і 18) для обласних центрів. Назви подано як у стандарті: нині Дніпропетровськ — це Дніпро, а Кіровоград — Кропивницький.

Для пунктів, яких немає в таблиці, беруть дані найближчого пункту з аналогічними умовами (п. 1.2 ДСТУ-Н Б В.1.1-27).

Товстий прокат

За п. 6.1.7 листовий прокат завтовшки 25 мм і більше для елементів, що працюють у напрямку товщини, а також прокат завтовшки 40 мм і більше в зварних з’єднаннях мають відповідати вимогам за групою. Група 1: клас суцільності 0 за ГОСТ 22727 і група якості не нижче Z35 за ГОСТ 28870. Група 2: клас суцільності не більше 1 і Z25. Групи 3 і 4: клас суцільності не більше 2 і Z15.

Крок 5. Марка сталі за стандартом і клас міцності

Клас міцності (С245, С345…) і марку за ГОСТ 380, ГОСТ 19281, ДСТУ EN 10025 зіставляє таблиця Г.5. Нижче — найпоширеніші у виробництві конструкцій:

Витяг; позначення й товщини звіряйте з чинним текстом ДБН.

Як читати таблицю Г.5

Одна марка належить до різних класів залежно від товщини. Сталь 09Г2С — це С345 (до 10 мм), С325 (понад 10 до 20 мм) або С295 (до 32 мм), і розрахункові опори в цих випадках різні (крок 7).

Сталь Ст3пс5 відповідає класу С245, який не допускається в 1-й групі конструкцій (виняток — прокат до 8 мм включно, примітка 3 до таблиці Г.1). Ст3сп5 (клас С255) допускається в групах 1–3.

Для зварних конструкцій вуглецеві й низьколеговані сталі мають постачатись із гарантією зварюваності «св» (примітка 1 до таблиці Г.5). Для труб є окремий блок таблиці Г.1 і таблиця Г.3 (ГОСТ 10705, 10706, 8731), для лиття — таблиці Г.6 і Г.7; у цій статті вони не розглядаються.

Крок 6. Хімічний склад і зварюваність

Таблиця В.2 задає граничний вміст вуглецю, фосфору й сірки (масова частка, %, не більше) і рекомендований вуглецевий еквівалент Ce:

Якщо конструкцію цинкуватимуть

Для виробів, які після виготовлення гаряче цинкують, склад сталі впливає й на покриття: від вмісту кремнію й фосфору залежать вигляд і товщина цинкового шару. Тому склад металу для таких конструкцій варто узгодити з виробником покриття. Докладніше — у переліку підготовки виробів до цинкування.

Крок 7. Розрахунковий опір

Розрахункові опори Ry при розтягу, стиску й згині беруть із таблиці Г.2 за класом міцності й товщиною (для фасонного прокату — за товщиною полиці). Ось витяг для сталей, які найчастіше застосовують у виробництві. Саму перевірку перерізу з обраною сталлю показано в статтях про розрахунок балки, колони і ферми.

Для гнутих профілів беруть опори листового прокату, з якого їх виготовлено (п. 7.3). Ry листового прокату знижується зі збільшенням товщини, тому перехід з 10 мм на 12 мм може змінити розрахунковий опір.

Приклади

Усі чотири елементи розглянуто для класу наслідків СС2 (S1 = 0), без перевірених перерізів. «Є» у S4 і S5 означає, що в елементі діють розтягувальні напруження, а шви розташовані в зонах значного розтягу.

У прикладах S4 = 7 (розтягувальні напруження є) і S5 = 6 (шви в зонах розтягу) прийнято як найгірший випадок. Якщо елемент працює лише на стиск (S4 = 2) і напруження стиску не вище 0,4·Ry·γc, групу можна знизити на 4 бали за п. А.2; ці умови з розтягом несумісні. Остаточну групу встановлює проєктувальник.

Що вказати на кресленнях КМ і в замовленні металу

За п. 5.1.3 ДБН у робочій документації (на кресленнях КМ) наводять: категорію конструкцій та їх елементів за призначенням і напруженим станом (додаток А); клас відповідальності й прийнятий коефіцієнт γn; термін експлуатації за технічним завданням; сталі й додаткові вимоги до них; типи, способи виконання й перерізи швів; клас міцності й точності болтів; ступінь агресивного впливу середовища й систему захисту від корозії. Про оформлення таких креслень — у правилах виконання КМ і КМД.

Якщо прокат працює на розтяг у напрямку товщини, в замовленні вказують клас суцільності за ГОСТ 22727 і, за потреби, класифікацію за відносним звуженням за ГОСТ 28870 (п. 5.1.4). Решта, що має потрапити в замовлення:

• клас міцності (С345) і марку за стандартом (09Г2С ГОСТ 19281) разом;
• вимоги до ударної в’язкості (KCV−20, поздовжні чи поперечні зразки), якщо вони відмінні від базових;
• «св» — гарантію зварюваності для зварних конструкцій;
• товщину прокату: від неї залежать клас за таблицею Г.5 і Ry за таблицею Г.2;
• категорію конструкції й групу (за таблицею А.2), щоб виробник бачив, чому обрано саме цей клас.

Типові помилки

• обирати сталь лише за Ry, хоча клас, ударна в’язкість і група конструкцій мають бути узгоджені;
• застосовувати С235 або Ст3кп там, де вона заборонена: у групах 1 і 2, а в групі 3 — для опор ПЛ, ВРП і КМТ та неопалюваних конструкцій на відкритому повітрі (таблиця Г.1, примітка а);
• не вказати в замовленні температуру випробувань на ударний згин: KCV−20 для С345 — частина вимоги до сталі;
• не врахувати товщину, від якої залежать і клас сталі, і Ry (таблиці Г.2 і Г.5);
• забути про групу після підбору перерізів і після врахування товщини понад 20 мм (п. А.2);
• замовити сталь для зварної конструкції без гарантії зварюваності.

Що ми виготовляємо

Основні марки сталі, з яких ПОЛІГОНАЛЬ виготовляє металоконструкції, — Ст3, С245, С345 і 09Г2С. Марку для вашого виробу обирають за навантаженням, температурою експлуатації й вимогами проєкту. Якщо в проєкті вже вказано клас і марку, виготовляємо за вашими кресленнями; властивості марок зібрано в розділі «Марки сталі для металоконструкцій».

Нормативи, за якими складено статтю

• ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування» (пп. 5.1.3, 5.1.4, 5.3.5, 6.1.7, 6.1.8, 7.3, додатки А, В, Г: таблиці А.1, А.2, В.1, В.2, Г.1, Г.2, Г.5);
• ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010 «Будівельна кліматологія» (таблиця 2: температура найхолоднішої п’ятиденки; чинний від 01.11.2011).