Этой статьей мы открываем новую рубрику. Она будет посвящена не производству и качественным характеристикам металлопродукции, а особенностям ее использования. Публикации имеют цель информировать наших потребителей об эксплуатационных показателях той или иной продукции и предупредить их от несоответствующего использования металлоизделий в разных сферах деятельности.
Сегодня поговорим о таком популярном продукте как квадратные и прямоугольные электросварные замкнутые профили. И прежде всего – о тонкостенных профильных трубах с толщиной основного материала не более 2,5 мм и их применении в строительстве. В последние годы такие профили завоевали серьезные позиции в самых разных отраслях и сердцах потребителей благодаря своим неоспоримым преимуществам: широкому размерному ряду, высоким механическим и эксплуатационным свойствам, цене в сравнении с другими металлическими альтернативами, легкости монтажа и доступности на внутреннем рынке Украины. Трубы металлические профильные тонкостенные могут выпускаться украинскими заводами или импортироваться из-за рубежа, для их производства могут использоваться стали по ДСТУ/ ГОСТ или европейские марки конструкционного назначения. А от геометрического изобилия вообще голова идет кругом.
И у простого пользователя, не имеющего за плечами многолетнего опыта проектирования металлоконструкций и строительства, часто возникают вопросы: «Какую трубу выбрать?», «В чем разница профилей разной толщины?», «Могу ли я взять самую дешевую (тонкую/ легкую/ красивую) трубу из наличия на металлоцентре для капитального строительства?» и т.д. И правда ведь заманчиво вместо достаточно тяжелого профиля (условного 50х50х2,5 мм) взять трубу с самой тонкой стенкой (условной 1,8 мм), в одной тонне которой будет на 20% больше погонных метров?
Попробуем сейчас ответить на подобные вопросы. И прежде всего постараемся выяснить, имеет ли профильная труба тонкостенная толщиной 1,8 мм и менее те же области применения, что и профили толщиной 2,0 мм и более. Я не являюсь экспертом в проектировании и расчете строительных конструкций, поэтому буду рассматривать данную тему, опираясь на действующую нормативно-техническую документацию и мнение профильных специалистов.
Металлопрокат, который может вас заинтересовать
Использование тонкостенных сварных профилей
Стоит отметить, что в металлургических стандартах, словарях и справочниках нет четкого описания терминов «тонкостенная квадратная труба», «тонкостенный профиль», «трубы профильные прямоугольные тонкостенные» и т.д. Поэтому это понятие разнится в зависимости от вида изделия и сферы его применения.
Например, стандарты ДСТУ/ ГОСТ на производство листовой продукции считают тонколистовым прокат толщиной до 3,9 мм включительно. В области строительства из ЛСТК (легких стальных тонкостенных конструкций) к тонкостенным относят профили толщиной 4 мм и менее. Тонкостенными сварными трубами и замкнутыми профилями различные источники считают изделия, либо имеющие толщину до 2,5 мм включительно, либо толщина стенки которых в 12,5–40 раз меньше диаметра.
Общие характеристики труб круглых и профильных представлены в статьях на нашем сайте (с некоторыми свойствами и областями использования можно ознакомиться, перейдя по ссылке. Труба профильная тонкостенная ГОСТ/ ДСТУ/ ДСТУ EN востребована:
- В ландшафтном и интерьерном дизайне;
- В производстве мебели;
- В машиностроении;
- В строительстве.
И если в первых двух применениях слишком жестких требований к профилям не предъявляют (подойдут практически любые, лишь бы декоративные решетки, ножки стульев и прикроватные полки не гнулись под собственным весом и незначительной внешней нагрузкой), то в остальных двух направлениях от правильного выбора и надежности квадратных и прямоугольных труб зависят не только эксплуатационные свойства конструкции, агрегата или сооружения, но и часто – человеческие жизни. И здесь к вопросу применения особо тонкостенных изделий (≤ 1,8 мм) нужно подходить с повышенным вниманием.
Сортамент стальных профильных труб по стандартам ДСТУ
Сначала уточним ассортимент строительных тонкостенных профилей квадратных и прямоугольных, который позволяют выпускать украинские технические нормы.
В настоящее время основные стандарты на сварные замкнутые профили, в том числе тонкостенные профильные трубы конструкционного назначения, в Украине это:
- ДСТУ 8940 «Трубы стальные профильные. Технические условия»;
- ДСТУ EN 10219 «Профили полые сварные холодной формовки из нелегированных мелкозернистых сталей для конструкций» (в двух частях).
ДСТУ 8940 оговаривает требования для сварных профилей общего назначения из углеродистых и легированных сталей. При производстве данной продукции используется горячекатаный или холоднокатаный листовой прокат. Стандарт допускает изготовление прямоугольных и квадратных труб с толщиной стенки от 1 до 20 миллиметров.
В соответствии с ДСТУ EN 10219 из горячекатаного плоского проката изготавливаются круглые и профильные изделия строительного назначения с толщиной стенки 2-40 мм. Однако нормативный документ позволяет поставлять продукцию с другими габаритами и толщинами, не оговоренными в таблицах этого ДСТУ. При этом нижний допустимый порог по толщине вообще не указан, что дает «пространство для фантазии» производителям и потребителям.
В ДСТУ EN 10219 для толщин, отличающихся от представленных в таблицах стандарта, отсутствуют такие важные параметры как масса единицы длины, момент инерции сечения, момент упругого сопротивления и др. Но в документе есть формулы, по которым, в принципе, можно их рассчитать самостоятельно (главное, чтобы потребитель этим действительно озаботился до того, как приобрести изделия и включить их в состав какой-либо несущей металлоконструкции).
Как видим, именно с точки зрения регламентирующих документов на производство профильных труб каких-либо формальных ограничений по изготовлению изделий толщиной менее 2 мм нет. Решение о применении того или иного полого профиля принимается потребителем на основе выполненных расчетов несущей способности и других эксплуатационных свойств металлоконструкции.
Требования государственных строительных стандартов
В глобальных строительных проектах разработкой концепта и составляющих его конструктивных элементов занимаются профильные инжиниринговые компании. При этом используются профессиональные программные модули, которые на основе выбранного дизайна, условий строительства и прогнозируемых нагрузок оценивают требуемые характеристики и, соответственно, механические свойства и габариты каждого элемента. В ответственных сооружениях качество выполнения расчетов и дальнейшей реализации часто дополнительно контролируют государственные органы надзора. Поэтому вероятность некорректного использования стальных изделий у компаний, которые серьезно относятся к своей работе и действительно дорожат репутацией, минимальна. Однако, как показывает практика, в нашей стране при небольшом строительстве в бытовом секторе закупка металлоизделий может выполняться без соответствующих расчетов несущей способности.
Теперь давайте посмотрим, вводят ли строительные регламенты какие-либо ограничения на использование такой продукции как трубы стальные прямоугольные тонкостенные и профили квадратные, которые выпускаются в толщинах до 2 мм.
Строительная отрасль в Украине является весьма зарегулированной. В ней действует множество нормативных документов, основу которых составляют национальные строительные стандарты (ДСТУ Б) и государственные строительные нормы (ДБН). Они регламентируют все этапы строительства, от расчетов до изготовления и монтажа готовых конструкций. Стандарты распространяются как на новые сооружения, так и на реконструкцию, капитальный ремонт, обслуживание и переоснащение существующих строений гражданского и промышленного назначения всех категорий и групп.
Надо отдать должное разработчикам строительных норм, в данном случае они подошли гораздо ответственнее своих коллег из металлургического сектора. Для металлоконструкций детально прописаны все нюансы, начиная от формы и размеров профилей для разных применений и заканчивая системами крепления, антикоррозионной защитой и прочими моментами, связанными с возведением и эксплуатацией сооружения. Рассмотрим основные действующие стандарты на предмет допустимой толщины сварных профильных труб для металлоконструкций.
- ДСТУ Б В.2.6-8-95 (ГОСТ 30245-94) «Строительные конструкции. Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкций. Технические условия»
Документ распространяется на стальные профильные трубы, которые используются в строительстве. Профили изготавливаются на специализированных трубосварочных станах и имеют сварной продольный шов. Разрешенный к применению сортамент квадратных и прямоугольных труб оговорен в пункте 3 и таблицах 1 и 2 стандарта. Минимальный разрешенный размер квадратной трубы – 50х50 мм с толщиной стенки 2 мм и более; прямоугольной трубы – 60х40 мм с толщиной стенки 2 мм и более. Размеры, отличающиеся от оговоренных в таблицах, не допускаются.
Сортамент профильных труб в соответствии с ДСТУ Б В.2.6-8-95
|
Высота х ширина, мм |
Доступный диапазон толщин, мм |
Диапазон массы 1 м, кг |
Высота х ширина, мм |
Доступный диапазон толщин, мм |
Диапазон массы 1 м, кг |
|
Квадратные профили |
Прямоугольные профили |
||||
|
50х50 |
2,0-5,0 |
3,0-6,7 |
60х40 |
2,0-5,0 |
3,0-6,7 |
|
80х80 |
2,5-6,0 |
6,0-14,0 |
100х60 |
3,0-6,0 |
7,2-14,0 |
|
100х100 |
3,0-7,0 |
9,1-20,0 |
120х80 |
3,0-7,0 |
9,1-20,6 |
|
120х120 |
3,0-6,0 |
11,0-21,6 |
140х60 |
4,0-6,0 |
12,0-17,7 |
|
140х140 |
4,0-8,0 |
17,0-33,2 |
140х100 |
3,0-7,0 |
11,1-25,1 |
|
160х160 |
4,0-8,0 |
19,4-38,2 |
160х80 |
3,0-6,0 |
10,9-21,5 |
|
180х180 |
5,0-10,0 |
27,2-53,5 |
160х120 |
4,0-8,0 |
17,0-33,2 |
|
200х200 |
5,0-14,0 |
30,1-77,9 |
180х60 |
5,0-6,0 |
18,0-21,5 |
|
250х250 |
8,0-14,0 |
59,5-99,8 |
180х100 |
5,0-8,0 |
21,1-33,2 |
|
300х300 |
8,0-14,0 |
70,5-122,0 |
180х140 |
4,0-8,0 |
19,3-38,2 |
|
|
|
|
200х120 |
4,0 |
21,8 |
|
|
|
|
200х160 |
5,0-10,0 |
27,2-53,1 |
|
|
|
|
300х200 |
8,0-14,0 |
59,5-99,8 |
|
|
|
|
320х180 |
8,0-14,0 |
59,5-99,8 |
|
|
|
|
340х160 |
9,0-14,0 |
66,5-99,8 |
|
|
|
|
340х260 |
10,0-14,0 |
89,0-122,0 |
|
|
|
|
380х220 |
10,0-14,0 |
89,0-122,0 |
|
|
|
|
400х200 |
10,0-14,0 |
89,0-122,0 |
Таким образом, при изготовлении строительных конструкций по ДСТУ Б В.2.6-8-95 квадратный полый профиль и труба прямоугольная тонкостенная, имеющие толщину 1,8 мм и менее, запрещены к применению.
- ДСТУ Б В.2.6-74:2008 «Конструкции зданий и сооружений. Фермы стальные стропильные из гнутосварных профилей прямоугольного сечения. Технические условия»
Нормативный документ входит в состав целой системы стандартов, определяющих требования к строительным материалам и конструкциям. Применяется при изготовлении металлических строительных конструкций для стропильных ферм гражданских и производственных сооружений.
В части сортамента прямоугольных труб ДСТУ Б В.2.6-74:2008 ссылается на ранее указанный ДСТУ Б В.2.6-8-95. При этом, в зависимости от вида конструктивного элемента, толщина стенки профиля может составлять 3 мм, 4 мм или быть более 4 миллиметров.
Соответственно, для ферм, изготовленных по этому стандарту, не могут применяться не только сечения 1,8 мм и менее, но и все другие, которые «не дотягивают» до минимальных допусков, оговоренных для толщины 3 мм.
Следует отметить, что оба стандарта, указанные выше, включены в перечень регламентных технических условий и строительных норм, соответствие которым свидетельствует о соответствии требованиям Технического регламента строительных изделий, зданий и сооружений. Данный регламент утвержден Кабинетом Министров Украины в 2006 году. Других технических норм, касающихся стальных профильных труб в перечне нет.
Использование в строительной сфере сварных профилей с техническими характеристиками (в том числе размерами), отличающимися от указанных в ДСТУ Б В.2.6-74 и ДСТУ Б В.2.6-8 не допускается Техническим регламентом строительных изделий, зданий и сооружений. Трубы и профили сварные с толщиной стенки менее 2 мм могут применяться только в неответственных конструкционных элементах (заборы, ограждения, декор, мебель, защитные кожухи и пр.) и не предназначены для несущих строительных металлоконструкций.
Расчет стальных конструкций и проектирование их соединений
В данном разделе я планировал показать разницу в поведении несущих элементов, выполненных из профильной трубы с одинаковыми габаритами, но с разной толщиной стенки, под влиянием идентичного внешнего воздействия. Но эксперты в области строительства и архитектуры, к которым я обратился за предоставлением подобного примера, категорически не рекомендовали показывать подобные картинки и цифры по следующим причинам:
- Любой расчет должен выполняться в привязке к конкретному проекту, чтобы учитывать все условия возведения и дальнейшей эксплуатации сооружения (опорные узлы, соединения, нагрузки, воспринимаемые не только отдельным элементом, но и конструкцией в целом и пр.).
- Условия проектирования соединений стальных строительных конструкций, оговоренные украинскими государственными строительными нормами ДБН В.2.6-198:2014 «Стальные конструкции. Нормы проектирования», не разрешают использовать изделия толщиной менее 4 миллиметров (пункт 16 документа).
Все потому, что подобные тонкостенные изделия не могут обеспечить требуемые эксплуатационные характеристики под какими-либо существенными несущими нагрузками и не выдерживают расчетов по предельным состояниям, которые разделяют на две группы:
- Первая группа предельных состояний говорит о непригодности к эксплуатации и потере несущей способности (нагружение конструкции ведет к разрушению любого вида – хрупкому, вязкому, усталостному);
- Вторая группа предельных состояний показывает невозможность нормальной эксплуатации конструкции ввиду появления недопустимых перемещений – осадки, прогибов и других деформаций, колебаний и т.д. (например, в неправильно рассчитанных тонкостенных балочных элементах частым является необратимый прогиб даже под собственным весом).
В процессе расчета учитывают многие факторы, среди которых: используемые материалы и их механические характеристики; внешние воздействия и другие условия работы; статистическая изменчивость того или иного параметра. Такая оценка является одной из составляющих целого комплекса проектных расчетов и выполняется для того, чтобы гарантированно обеспечить недостижение конструкцией вышеприведенных предельных состояний.
Критический прогиб и его последствия
Сравнение трубы толщиной 1,8 мм и менее с профилями толщиной 2,0 мм и более
Теперь давайте отвлечемся от строительных нормативных документов, которые весьма однозначны в плане применения профильных труб с тонкой стенкой в несущих металлоконструкциях. Взглянем на плюсы и минусы квадратных и прямоугольных профилей при использовании в строительных работах без привязки к стандартам.
Изделия с фактической толщиной стенки 1,0-1,8 мм имеют два взаимосвязанных позитивных показателя, которые часто являются решающими при покупке:
+ Меньшая масса погонного метра в сравнении с профилями 2,0-2,5 мм;
+ Большее количество погонных метров в 1 тонне металлоизделий.
В то же время, при дальнейшей переработке и эксплуатации готовых металлоконструкций столь тонкие профили будут иметь ряд негативных особенностей:
- Сложность стыковки и монтажа: риск «прожигания» тонкой стенки при сварке, повреждения и деформации при болтовом соединении и т.д.;
- Низкая несущая способность: провисание горизонтальных элементов и изгиб вертикальных под собственным весом либо незначительной внешней нагрузкой (например, снег или лед), смещение стенок профиля и пр.;
- Меньшая долговечность и эксплуатационная стойкость: например, в случае нарушения антикоррозионной защиты или ее отсутствия сквозная коррозия изделия толщиной 1,0-1,8 мм, работающего на открытом воздухе или в условиях агрессивного атмосферного воздействия, возникнет значительно быстрее, чем в конструкциях со стенкой 2,0-2,5 мм.
Прямоугольные и квадратные сварные профили толщиной 2,0-2,5 мм в сравнении с более тонкими изделиями будут иметь несколько большую удельную массу, но при этом будут обладать повышенной прочностью и устойчивостью к деформациям, большей долговечностью и надежностью в эксплуатации, лучшими показателями при сварке и монтаже.
Выводы
Итак, что мы имеем «в сухом остатке». Тонкостенные сварные профили прямоугольного и квадратного сечения – это прекрасный конструкционный материал в таких областях как изготовление мебели, создание объемно-пространственных элементов декоративного и бытового назначения, производство дверей, ограждений и вспомогательных металлоконструкций, создание корпусов техники и т.д. В то же время их использование в качестве несущих строительных элементов серьезно ограничено (а для профильных труб толщиной менее 2,0 мм - напрямую запрещается) нормативно-технической документацией, поскольку они не обеспечивают долговечной и безопасной эксплуатации зданий и сооружений.
И еще раз хочу подчеркнуть необходимость выполнения качественных расчетов предстоящего проекта до момента приобретения стальных изделий для его реализации. Ролики на Youtube, советы в соцсетях и мнения знакомых – это конечно хорошо, но здоровье и жизнь ваши и ваших близких не стоят той мнимой экономии, которая якобы достигается при отказе от столь важного этапа строительства. Лучше довериться профессионалам, которые помогут вам максимально рационально спланировать сооружение без потери его качественных характеристик, а также смогут проконсультировать по дальнейшей эксплуатации и обслуживанию металлоконструкций. Обратитесь в Метинвест-СМЦ - и наши специалисты помогут не только с подбором качественного листового и сортового проката, профильных и круглых труб, но и с контактами экспертных организаций, способных выполнить профессиональную оценку вашего будущего сооружения.
