Особливості використання зварних профільних труб з товщиною стінки меншою за 2,5 мм

Цією статтею ми відкриваємо нову рубрику. Вона буде присвячена не виробництву та якісним характеристикам металопродукції, а особливостям її застосування. Публікації мають на меті інформувати наших споживачів про експлуатаційні показники того чи іншого продукту та застерегти їх від невідповідного використання металовиробів у різних сферах діяльності. 

Сьогодні поговоримо про такий популярний продукт як квадратні та прямокутні електрозварні замкнуті профілі. І насамперед – про тонкостінні профільні труби з товщиною основного матеріалу не більше 2,5 мм та їх застосування в будівництві. В останні роки такі профілі завоювали серйозні позиції в різних галузях і серцях споживачів завдяки своїм беззаперечним перевагам: широкому розмірному ряду, високим механічним і експлуатаційним властивостям, ціні в порівнянні з іншими металевими альтернативами, легкості монтажу і доступності на внутрішньому ринку України. Труби металеві профільні тонкостінні можуть випускатися українськими заводами або імпортуватися з-за кордону, для їхнього виробництва можуть використовуватися сталі за ДСТУ/ ГОСТ або європейські марки конструкційного призначення. А від геометричного асортименту взагалі голова йде кругом. 

І у простого користувача, що не має за плечима багаторічного досвіду проектування металоконструкцій та будівництва, часто виникають питання: «Яку трубу вибрати?», «У чому різниця профілів різної товщини?», «Чи можу я взяти найдешевшу (надтонку/ надлегку/ красиву) трубу з наявних на металоцентрі для капітального будівництва?» тощо. І правда ж привабливо замість досить важкого профілю (умовного 50х50х2,5 мм) взяти трубу з найтоншою стінкою (умовною 1,8 мм), в одній тоні якої буде на 20% більше погонних метрів? 

Спробуємо зараз відповісти на такі запитання. І перш за все намагатимемося з'ясувати, чи матиме профільна труба тонкостінна товщиною 1,8 мм ті самі області використання, що й профілі товщиною 2,0 мм і більше. Я не є експертом у проектуванні та розрахунку будівельних конструкцій, тому розглядатиму цю тему, спираючись на чинну нормативно-технічну документацію та думку профільних фахівців. 

Металопрокат, який може вас зацікавити

Труба профільна 40х40х1,8 ст1-3пс/сп L=6000мм В дорозі

кг

т

шт

м.п

78.50 грн

Труба профільна 100х100х4 ст1-3пс/сп L=12000мм В дорозі

кг

т

шт

м.п

435.80 грн

Труба профільна 15х15х1,8 ст1-3пс/сп L=6000мм В дорозі

кг

т

шт

м.п

26.20 грн

Труба профільна 20х20х2 ст1-3пс/сп L=6000мм В дорозі

кг

т

шт

м.п

39.30 грн

Використання тонкостінних зварних профілів 

Варто зазначити, що у металургійних стандартах, словниках та довідниках немає чіткого опису термінів «тонкостінна квадратна труба», «тонкостінний профіль», «труби профильні прямокутні тонкостінні» тощо. Тому це поняття відрізняється залежно від виду виробу та сфери його застосування. 

Загальні характеристики труб круглих та профільних представлені у статтях на нашому сайті (з деякими властивостями та областями використання можна ознайомитися, перейшовши за посиланням . Труба профільна тонкостінна ГОСТ/ ДСТУ/ ДСТУ EN затребувана: 

1. В ландшафтному та інтер’єрному дизайні; 
2. У виробництві меблів; 
3. В машинобудуванні; 
4. В будівництві. 

І якщо в перших двох застосуваннях занадто жорстких вимог до профілів не пред'являють (підійдуть практично будь-які, аби декоративні решітки, ніжки стільців і полиці не гнулися під власною вагою і незначним зовнішнім навантаженням), то в інших двох напрямках від правильного вибору та надійності квадратних і прямокутних труб залежать не тільки експлуатаційні властивості конструкції, агрегату чи споруди, але й часто – людські життя. І тут до застосування надто тонкостінних виробів (≤ 1,8 мм) потрібно підходити з особливою увагою. 

Сортамент сталевих профільних труб за стандартами ДСТУ 

Спочатку з'ясуємо асортимент будівельних тонкостінних профілів квадратних та прямокутних, який дозволяють випускати українські технічні норми. 

Наразі основні стандарти на зварні замкнуті профілі, в тому числі тонкостінні профільні труби конструкційного призначення, в Україні це: 

• ДСТУ 8940 «Труби сталеві профільні. Технічні умови»; 

• ДСТУ EN 10219 «Профілі порожнисті зварні холодного формування з нелегованих і дрібнозернистих сталей для конструкцій» (в двох частинах). 

ДСТУ 8940 обумовлює вимоги до зварних профілів загального призначення з вуглецевих та легованих сталей. При виробництві цієї продукції використовується гарячекатаний або холоднокатаний листовий прокат. Стандарт допускає виготовлення прямокутних та квадратних труб із товщиною стінки від 1 до 20 міліметрів. 

Відповідно до ДСТУ EN 10219 з гарячекатаного плоского прокату виготовляються круглі та профільні вироби будівельного призначення із товщиною стінки 2-40 мм. Проте нормативний документ дозволяє постачати продукцію з іншими габаритами та товщинами, які не обумовлені в таблицях цього ДСТУ. При цьому нижній припустимий поріг за товщиною взагалі не вказаний, що дає «простір фантазії» виробникам і споживачам. 

Як бачимо, саме з боку регламентуючих документів на виробництво профільних труб якихось формальних обмежень для виготовлення виробів завтовшки менше 2 мм немає. Рішення про застосування того чи іншого порожнистого профілю приймається споживачем на основі виконаних розрахунків несучої здатності та інших експлуатаційних властивостей металоконструкції. 

Вимоги державних будівельних стандартів  

У глобальних будівельних проектах розробкою концепту та складових його конструктивних елементів займаються профільні інжинірингові компанії. При цьому використовуються професійні програмні модулі, які на основі обраного дизайну, умов будівництва та прогнозованих навантажень оцінюють необхідні характеристики та, відповідно, механічні властивості та габарити кожного елемента. У відповідальних спорудах якість виконання розрахунків та подальшої реалізації часто додатково контролюють державні органи нагляду. Тому ймовірність некоректного використання сталевих виробів у компаній, які серйозно ставляться до своєї роботи та справді дорожать репутацією, мінімальна. Однак, як показує практика, у нашій країні при невеликому будівництві в побутовому секторі закупівля металовиробів може виконуватись без відповідних розрахунків несучої здатності. 

Тепер давайте подивимося, чи вводять будівельні регламенти будь-які обмеження на використання такої продукції як труби сталеві прямокутні тонкостінні та квадратні профілі, що випускаються в товщинах до 2 мм. 

Будівельна галузь в Україні є дуже зарегульованою. Тут діє безліч нормативних документів, основу яких становлять національні будівельні стандарти (ДСТУ Б) та державні будівельні норми (ДБН). Вони регламентують усі етапи будівництва, від розрахунків до виготовлення та монтажу готових конструкцій. Стандарти поширюються як на нові споруди, так і на реконструкцію, капітальний ремонт, обслуговування та переоснащення існуючих будівель цивільного та промислового призначення всіх категорій та груп. 

Треба віддати належне розробникам будівельних норм, у цьому випадку вони підійшли набагато відповідальніше за своїх колег з металургійного сектора. Для металоконструкцій детально прописані всі нюанси, починаючи від форми та розмірів профілів для різних застосувань та закінчуючи системами кріплення, антикорозійним захистом та іншими моментами, пов'язаними із зведенням та експлуатацією споруди. Розглянемо основні діючі стандарти щодо допустимої товщини зварних профільних труб для металоконструкцій. 

• ДСТУ Б В.2.6-8-95 (ГОСТ 30245-94) «Будівельні конструкції. Профілі сталеві гнуті замкнуті зварні квадратні та прямокутні для будівельних конструкцій. Технічні умови» 

Документ поширюється на сталеві профільні труби, що використовуються у будівництві. Профілі виготовляються на спеціалізованих трубозварювальних станах та мають зварний поздовжній шов. Дозволений до застосування сортамент квадратних та прямокутних труб обумовлений у пункті 3 та таблицях 1 та 2 стандарту. Мінімальний дозволений розмір квадратної труби – 50х50 мм із товщиною стінки 2 мм та більше; прямокутної труби – 60х40 мм із товщиною стінки 2 мм і більше. Розміри, що відрізняються від обумовлених у таблицях, не допускаються. 

Сортамент профільних труб у відповідності до ДСТУ Б В.2.6-8-95 

Таким чином, при виготовленні будівельних конструкцій за ДСТУ Б В.2.6-8-95 квадратний порожнистий профіль і труба прямокутна тонкостінна, що мають товщину 1,8 мм і менше, заборонені до застосування. 

• ДСТУ Б В.2.6-74:2008 «Конструкції будинків і споруд. Ферми сталеві кроквяні з гнутозварних профілів прямокутного перерізу. Технічні умови» 

Нормативний документ входить до складу цілої системи стандартів, що визначають вимоги до будівельних матеріалів та конструкцій. Застосовується при виготовленні металевих будівельних конструкцій для кроквяних ферм цивільних та виробничих споруд. 

У частині сортаменту прямокутних труб ДСТУ Б В.2.6-74:2008 посилається на ДСТУ Б В.2.6-8-95. При цьому, в залежності від виду конструктивного елементу, товщина стінки профілю може становити 3 мм, 4 мм або бути більшою за 4 міліметри. 

Відповідно, для ферм, виготовлених за цим стандартом, не можуть застосовуватися не тільки перерізи 1,8 мм і менше, але й інші, які «не дотягують» до мінімальних допусків, обумовлених для товщини 3 мм. 

Слід зазначити, що обидва стандарти, зазначені вище, включені до переліку регламентних технічних умов та будівельних норм, відповідність яким свідчить про відповідність вимогам Технічного регламенту будівельних виробів, будівель та споруд. Цей регламент затверджено Кабінетом Міністрів України у 2006 році. Інших технічних норм щодо сталевих профільних труб у переліку немає.  

Використання у будівельній сфері зварних профілів з технічними характеристиками (у тому числі розмірами), що відрізняються від зазначених у ДСТУ Б В.2.6-74 та ДСТУ Б В.2.6-8 не допускається Технічним регламентом будівельних виробів, будівель та споруд. Труби та профілі зварні з товщиною стінки, меншою за 2 мм, можуть застосовуватися тільки в невідповідних конструкційних елементах (огорожі, декор, меблі, захисні кожухи тощо) і не призначені для несучих будівельних металоконструкцій. 

Розрахунок сталевих конструкцій та проектування їхніх з’єднань 

У цьому розділі я планував показати різницю в поведінці несучих елементів, виконаних з профільної труби однакових габаритів, але з різною товщиною стінки, під впливом ідентичного зовнішнього навантаження. Але експерти в галузі будівництва та архітектури, до яких я звернувся за наданням такого прикладу, категорично не рекомендували показувати такі схеми та цифри з наступних причин: 

• Будь-який розрахунок повинен виконуватися у прив'язці до конкретного проекту, щоб враховувати всі умови зведення та подальшої експлуатації споруди (опорні вузли, з'єднання, навантаження, що сприймаються не лише окремим елементом, а й конструкцією загалом тощо). 
• Умови проектування з'єднань сталевих будівельних конструкцій згідно з українськими державними будівельними нормами ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування», не дозволяють використовувати вироби завтовшки менше 4 міліметрів (пункт 16 документу). 

Все тому, що подібні тонкостінні вироби не можуть забезпечити необхідні експлуатаційні характеристики під будь-якими суттєвими навантаженнями і не витримують розрахунків за граничними станами, які поділяють на дві групи: 

• Перша група граничних станів вказує на непридатність до експлуатації та втрату несучої здатності (навантаження конструкції веде до руйнування будь-якого виду – крихкого, в'язкого, втомного); 
• Друга група граничних станів показує неможливість нормальної експлуатації конструкції через появу неприпустимих переміщень – осадки, прогинів та інших деформацій, коливань тощо (наприклад, у неправильно розрахованих тонкостінних балкових елементах частим є незворотний прогин навіть під власною вагою). 

У процесі розрахунку враховують багато факторів, серед яких: матеріали, що використовуються, та їхні механічні характеристики; зовнішні впливи та інші умови роботи; статистична мінливість того чи іншого параметру. Така оцінка є однією з складових цілого комплексу проектних розрахунків і виконується для того, щоб гарантовано забезпечити недосягнення конструкцією вищенаведених граничних станів. 

Критичний прогин балки та його наслідки 

Порівняння труби завтовшки 1,8 мм і менше з профілями завтовшки 2,0 мм і більше 

Тепер давайте відійдемо від будівельних нормативних документів, які досить однозначні щодо застосування профільних труб із надтонкою стінкою в несучих металоконструкціях. Погляньмо на плюси та мінуси таких квадратних та прямокутних профілів при використанні у будівельних роботах без прив'язки до стандартів. 

Вироби з фактичною товщиною стінки 1,0-1,8 мм мають два взаємопов'язані позитивні показники, які часто є вирішальними під час закупівлі: 

+ Менша маса погонного метру в порівнянні з профілями 2,0-2,5 мм; 

+ Більша кількість погонних метрів в 1 тоні металовиробів. 

У той самий час, при подальшій переробці та експлуатації готових металоконструкцій такі тонкі профілі матимуть низку негативних особливостей: 

- Складність стикування та монтажу: ризик «пропалювання» тонкої стінки під час зварювання, пошкодження та деформації при болтовому з'єднанні тощо; 

- Низька несуча здатність: провисання/ прогин горизонтальних елементів та згин вертикальних під власною вагою або під незначним зовнішнім навантаженням (наприклад, сніг або крига), зміщення стінок профілю тощо; 

- Менша довговічність та експлуатаційна стійкість: наприклад, у разі порушення антикорозійного захисту або його відсутності наскрізна корозія виробу товщиною 1,0-1,8 мм, що працює на відкритому повітрі або в умовах агресивної атмосферної дії, виникне значно швидше, ніж у конструкціях зі стінкою 2,0-2,5 мм. 

Прямокутні та квадратні зварні профілі товщиною 2,0-2,5 мм у порівнянні з більш тонкими виробами матимуть дещо більшу питому масу, але при цьому матимуть підвищену міцність та стійкість до деформацій, більшу довговічність та надійність в експлуатації, кращі показники при зварюванні та монтажі. 

Висновки 

Отже, що ми маємо «в сухому залишку». Тонкостінні зварні профілі прямокутного та квадратного перерізу – це чудовий конструкційний матеріал у таких областях як виготовлення меблів, створення об'ємно-просторових елементів декоративного та побутового призначення, виробництво дверей, огорож та допоміжних металоконструкцій, створення корпусів техніки тощо. Але їхнє використання як несучих будівельних елементів серйозно обмежене (а для профільних труб товщиною менше 2,0 мм - безпосередньо забороняється) нормативно-технічною документацією, оскільки вони не забезпечують довговічної та безпечної експлуатації будівель та споруд. 

І ще раз хочу наголосити на необхідності виконання якісних розрахунків майбутнього проекту до моменту придбання сталевих виробів для його реалізації. Ролики на Youtube, поради в соцмережах та думки знайомих – це звичайно добре. Але здоров'я і життя ваші та ваших близьких не варті тієї уявної економії, яка нібито досягається при відмові від такого важливого етапу будівництва. Краще довіритися професіоналам, які допоможуть вам максимально раціонально спланувати споруду без втрати її якісних характеристик, а також зможуть проконсультувати щодо подальшої експлуатації та обслуговування металоконструкцій. Зверніться до Метінвест-СМЦ - і наші фахівці допоможуть не лише з підбором якісного листового та сортового прокату, профільних та круглих труб, але й з контактами експертних організацій, здатних виконати професійну оцінку вашої майбутньої споруди.