Những kết cấu thép xây dựng được chế tạo từ những mác thép khác nhau. Ngoài giá trị cường độ và độ dẻo thì tính hàn tốt là yêu cầu cơ bản đối với thép xây dựng nhà ở công nghiệp.
Phụ thuộc vào những đặc trưng độ bền và thành phần hoá học, thép xây dựng có thế chia thành 3 nhóm:
Thép cacbon chất lượng giá trị bình thường (độ bền bình thường) có giới hạn chảy 285 MPa (2850 kG/cm2) và hàm lượng cacbon ≤ 0,22%.
Thép xây dựng hợp kim thấp, giá trị cường độ được cải thiện, có giới hạn chảy 265 - 390 MPa.
Thép hợp kim thấp, giá trị cường độ cao, có giới hạn chảy ≥ 440MPa.
Ngoài việc phân chia theo nhóm và mác, thép xây đựng nhà ở công nghiệp còn được phân ra theo phương pháp luyện và khử ôxy, theo thành phần hóa học và tính hàn.
Thép lặng (cn) là thép tốt nhất, sự làm nguội nó đó cho vào trong thép những chất khử ôxi (silic, nhôm, mangan) làm cho oxi tách ra từ từ (lăng) không thoát mãnh liệt (sôi). Thép nhân được có hạt nhố, chất lượng cao hơn.
Thép nữa lặng (nc) không khử oxì hoàn toàn, chiếm vị trí trung gian giũa thép lăng và thép sôi về chất lượng và giá thành.
Thép ít cacbon chất lượng bình thường được sân xuất bằng phương pháp lặng, nìra lãng và sôi. Thép hợp kim thấp chất lượng cải thiện và thép hợp kim thấp cường độ cao chủ ,yếu được' sản xuất bằng phương pháp ỉậng (những mác cá biệt sản xuất bằng phương pháp nửa lặng).
Tính hàn của thép phụ thuộc vào một số yếu tố, trưóc tiên vào hàm luợng cacbon trong thép. Hàm lượng cacbon càng lớn thì tính hàn của thép càng kém và ngược lại. Thép ít cacbon mềm có tính hàn tốt hứn câ. Cùng vói sự tăng cường đô của thép thì việc hàn cũng phức tạp thêm (ví dụ thép cường độ cao đòi hỏi phải áp dụng những công nghệ hàn đặc biệt).
Thép cacbon có tính hàn được sử dụng nhiêu nhất để chế tạo kết cấu thép. Những mác thép sau đây được sản xuất tại Nga:
Theo rocr 23570 - 79: thép 18 và 18r (Chỉ số 18 chì hàm lượng trung bình của cacbon tính bằng %, chữ r chì hàm lượng tãng cao của mangan). những thép trên hàn tốt, tuỳ thuộc vào mác và chiều dày có giới hạn chảy σT = 216 ÷ 235 MPa, giới hạn dưới của cường độ tạm thời σB = 363 ÷ 392 MPa và độ dãn dài tương đối δs = 24 ÷ 26%.
Theo TY 14.1-3023-80: thép CT3 và CT3r có σT ≤ 285MPa giới hạn dưổi của σB = 345 MPa, độ dãn dài tương đối δs = 22 ÷ 25%. Tất cả những thép cacbon kể trôn có thể sản xuất bằng phương pháp sôi, nửa lặng và lặng.
Những thép sản xuất theo TY 14.1-3023-80 được phân ra những mác sau: CT1, CT2, CT3, CT4 và CT5 cùng với CT3r. Với sự tăng số hiệu của mác thép do tăng hàm lượng cacbon, thì tính hàn của chúng giảm đi. Đối với kết cấu thép hàn, chủ yếu sử dụng CT3 và crcr, có hàm lượng cacbon tương dối thấp (< 0,22%), và silic (< 0.3%), có cường độ khá lớn, tính dẻo và tính hàn tốt.
Tuỳ thuộc vào công dụng, những thép cacbon sản xuất theo TY 14-1-3023-80 chia thành 3 nhóm: nhóm A đảm bảo tính chất cơ học, nhóm E đảm bảữ thành phẩn hoá học và nhóm Đ đảm bảo tính chất cơ học và thành phần hoá học. Bởi vì đốì với kết cấu thép hàn, thép cẩn phải có Ưnh chất cơ học và thành phần hoá học đảm bảo nên chỉ có ứìép nhóm B là dáp ứng được (chữ B viết tnrớc tên mác). Ngoài ra, tuỳ thuộc vào những yêu cẩu khác nhau dối với chất lượng thép, người ta chia chúng ra 6 loại, số hiệu của chúng được chì rõ sau tên mác.
Thép hợp kim thấp cường độ được cải thiện. Những thép này có những đặc trưng cơ học cao hơn so với thép cacbon 18 và CT3, nhờ cho thêm vào những nguyén tố hợp kim: crom, mangan, silic, nikcn, đổng, molipđen, vanadi v. v...
Ký hiệu mác thép bao gổm chử cái chì rõ phụ gia hợp kim nào được sử dụng ở mác đã cho của thép (X - crom, r - mangan, ti - niken, c - silic, Φ - vanadi, M - mơlipđen) và chữ số chì hàm lượng tính theo % của nguyên tố, trong đó hai chữ số đầu ở mác thép chì hàm lượng cacbon tính bằng số %.
Những mác thép sau đây của thép hợp kim thấp có độ bền cải thiện được sử dụng nhiều nhất:
Có giới hạn chảy ≤ 3550 kG/cm2: 09Γ2, 09Γ2C, 10Γ2Cl. 14Γ2, 15XCHД.
Có giới hạn chảy ≤ 3950 kG/cm2: 15HΓ2CΦ, 10XCHД, 14Γ2AΦ và 15Γ2ΦДnc.
Việc sử dụng thép 115XCHД và 10XCHД có phụ gia hiếm (niken, đồng cẩn phải có sự khống chế trong từng trường hợpĐ.
Những thép trên dễ gia công, chế tạo, nó được đặc trưng bởi độ dẻo tốt, ít có khuynh hướng phá hoại giòn, đáp ứng tính hàn. Những phẩm chất này tạo khả năng sử dụng thép hợp kim thấp trong những kết cấu thép chịu lực khác nhau của nhà ở, nhà công cộng, những công trình công nghiệp và giảm được trọng lượng kết cấư đến 15%. Tuy nhiên giá thành kết cấu thường không giảm.
Thép hợp kim đặc biột cường độ cao:
Có giới hạn chảy 4400 kG/cm2: 16Γ2AΦ, 18 Γ2AΦnc, 15 Γ2CΦT7/0;
Có giới hạn chảy 5900 kG/cm2: 12ΓCMΦ, 12ΓH2CΦAIO, 14X2ΓMP.
Chọn giá trị thép đối với kết cấu xây dựng nhà ở công nghiệp
Chọn dứng thép cho phép nhận được kết cấu có tính kinh tế, và độ tin cậy (an toàn) trong sử dụng.
Khi chọn mác thép cần xuất phát từ những quy tắc cơ bản sau dây.
Trước tiên để chọn mác này hay mác kia của thép phải chú ý đến ảnh hưỏng của đặc trưng tác dụng lực, công năng và quy mô của công trình (chiều cao nhà, số tầng, nhịp mái v.v...). Chẳng hạn ở những nhà ít tầng, có kích thước trung bình chịu tác động bình thường thì đùng thép cacbon có tính hàn, cường độ bình thường là hợp lý nhất (mác 18, BCT3, BCT3Γnc), đối với những bộ phận chịu tải lớn nhất, ví đụ cột, có thể sử dụng thép hợp kim thấp cường độ nâng cao (mác 09Γ2, 09Γ2C, 14Γ2).
Thi công xây dựng khung nhà cao tầng và mái nhịp lớn, thì sử dụng rộng rãi thép giá trị hợp kim thấp là hợp lý và đối với nhà và công trình cao thì sử dụng thép xây dựng nhà ở dân dụng giá trị cườrng độ cao có hiệu quả hơn, ví dụ mác 16Γ2AΦ.
Cần phải chỉ rõ tiêu chuẩn quốc gia hay quy phạm kỹ thuật của những mác thép cụ thể được sử dựng, theo đó thép này được nấu luyộn. Yêu cẩu đó được giải thích bởi hai ]ý do: lý do thứ nhất, cùng một mác thép nấu luyện theo tiẽu chuẩn hay quy phạm khác nhau có những đặc tnmg cơ học khác nhau; lý đo thứ hai là hệ số tin cậy về vật liệu thường được quyết định phụ thuộc vào tiêu chuẩn quốc gia hay quy phạm kỹ thuật dối với thép, mà không phụ thuộc vào mác thép.
Chọn mác thép phụ Thuộc vào mức độ quan trọng của kết cấu và điều kiên sử dụng nó. Theo những điếu kiện này, tất cả những kết cấu thép được chia ra 4 nhóm:
Thuộc về nhóm thứ nhất là những kết cấu hàn và những bộ phận riêng biệt của nó làm việc trong điểu kiện đãc biệt nặng, chịu tác dụng trục tiếp của tải trọng xung kích, tải trọng chấn động và tải trọng di dộng. Những kết cấu thép thuộc nhóm này ỉt được đưa vào sử dụng trong thành phố.
Những kết cấu thép để xây dựng nhà ở, nhà công nghiệp và nhà công cộng (trừ dầm cẩu trục), tháp, cột và những cổng trình kiến trúc thành phố khác, làm việc với tải trọng tĩnh thuộc vào nhóm kết cấu thứ hai và thứ ba. Những đàn của nhà, dầm ngang của khung, dầm trẩn và dầm mái, dầm cầu thang là những kết cấu thuộc nhóm thứ hai; cột nhà, thanh đứng, bân gối tựa, những kết cấu đỡ các thiết bị công nghộ thuộc vào nhổm thứ ba. Những kết cấu phụ như hệ giằng liên kết, những bô phận, của khung cặp gạch, cầu thang, kết cấu ngãn cách thuộc về nhóm thứ tư.
Loại thép
Những cấu kiện dầu liẽn, từ chúng tạo thành những kết cấu thép ngăn cách và kếl cấu chịu lực của nhà và công trình là thép hình và thép tinh, chế tạo tạì các nhà máy kim loại. Lý tịch của thép hình cán có chì rõ các kích thước, đặc tnmg hình học của tiết diện và trọng lượng 1m dài.
Thép hình cán nóng
Thép góc được sản xuất hai loại: thép góc đều cạnh và thép góc không đều canh có tỉ số các cạnh bằng 1:1,6. Ký hiệu kích thưóc của cánh thép là góc là b và chiều dày của chúng là t (mm), ví dụ thép góc đều cạnh l 100 x 100 x10, hay thép góc không đều cạnh l 250 x 160 x 20. Chúng được sử dụng rộng rãi cả để làm những bộ phận chính của đàn và hệ liên kết lẫn để làm những chi tiết kết cấu và chi tiết liên kết. Chúng được sản xũất có các kích thước: thép góc đều cạnh từ l45 x 45 x 4 đến l250 x 250 x 30, thép góc không đéu cạnh từ l56 x 36 x 4 đến l250 x 160 x 20.
Trong kết cấu, kết cấu thép để làm những bộ phận chịu lực cần phải không nhò hơn l50 x 50 x 5 hay l 63 x 40 x 5.
Một số ví dụ vể sử dụng thép góc cán.
Thép chữ I, mặt trong của cánh có độ nghiêng được sử đụng chù yếu dể làm những bộ phận chịu uổn. Thép chữ I được ký hiệu theo só hiệu phù hợp vcd chiều cao của nó tính bằng cm.
Thép chữ I cố mặt ngoài và mật trong của cánh song song dược, chia ra loại dầm, cánh rồng, cột và cột mở rộng.
Thép chữ I loại dầm được sản xuất có chiẻu cao ≤ 1000mm, vóri cánh rộng ≤ 320mm; thép chữ I cánh rộng cũng có chiều cao ≤ 1000mm vối bề rộng cánh lớn nhất là 400mm; thép chữ I loại cột có tỉ lệ chiều cao với chiều rộng cánh bằng 1:1 và kích thước lớn nhất
Thép lấm được sử dụng rộng rãi trong kết cấu thép Từ chúng có thể chế tạo những bô phận kết cấu cũng như một số dạng kết cấu khác, ví dụ như yở mỏng chê' tạo hoàn toàn bằng thép tấm. Đặc biệt trong ngành thông tin liên lạc, với việc sử dụng kết cấu cường độ cao,
Ông thép tròn được sử dụng để làm những bộ phận chịu lực của kốí cấu thcp là hợp lý, mậc dù việc liôn kểt nó với những kết cấu khác là khó khăn. Những ống thép tròn được sản xuất có hai dạng: ống thép cán nóng không có mối hàn đường kính 25 - 550mm với chiếu dày thành ông 3,5 - 75mm và ông thép hàn điện đường kính đến 1620mm với chiều dày thành ống 1 - 16mm.
Trong kết cấu thép cũng sử dụng thép tấm khía và thép kéo đột lỗ để làm lấm lát chiếu nghỉ và cẩu thang; thép lượn sóng để làm mái; những thép hình đặc biệt để làm khuôn cửa sổ, thép tròn để làm những bô phận giằng liên kết; thép vuông, cáp thép, thép sợi cacbon cường độ cao.
Thi công xây dựng nhà ở công nghiệp với thép hình uốn
Thép hình uốncó giá trị sử dụng trong những kết cấu nhẹ và trong những bộ phận yêu cầu độ cứng lớn khi lực tác đụng không lớn. Thép hình uốn tiết kiệm kim loại đến 15%. Chúng được chế tạo từ thép tấm mỏng, hay từ thép dải bàng cách uốn trên những máy uốn chuyên dụng. Chiều dày của thép hình phụ thuộc vào chiều dày của tấm phôi.
Thép góc đều cạnh và không đều cạnh được chế tạo có chiều dày cánh đến 6mm. Thép chữ u được sản xuấl dưới dạng uốn nguội, có chiều cao đến 380mm, bề rộng cánh 160mm với chiều dày 2,5 - 8mm. Ngoài ra còn sản xuất thép chữ c, thép hình lòng máng, thép chữ Z, thép hình chữ nhật khép kín không có mối hàn và thép hình tiết diện vuông từ phôi có bề rộng 100 - 600mm, dày 2 - 8mm. Chiều cao lớn nhất của thép hình tiết diện vuông là 160mm, của thép hình mặt cắt chữ nhật là 180mm.
Thép hình gợn sóng mỏng có sườn hoặc uốn sóng được áp dụng rộng rãi trong xây đựng cũng như thép hình uốn có đột )ỗ cho hép giảm chi phí vật liệu ưong kết cấu trung bình 18 -20%.