Металлы
Основными видами металлов, применяемых в строительстве, является обыкновенная углеродистая горячекатаная сталь, низколегированная горячекатаная и высокопрочная холоднотянутая стали, а также алюминиевые сплавы.
Сталь широко применяется в строительстве в качестве конструкционного материала, наиболее распространенными углеродистыми сталями являются стали классов А-I (Ст3) с содержанием углерода 0,14-0,22% и А-II (Ст5) с содержанием углерода 0,28-0,37%. Кроме того, в строительстве применяются низколегированные стали классов А-III (25Г2С), А-IV (20ХГ2Ц) и другие.
Марки легированных сталей расшифровываются следующим образом. Первые цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буквами обозначен состав легирующих добавок: Г – марганец, С – кремний, Ц – цирконий, Х – хром. Цифры за буквами указывают процентное содержание соответствующего элемента, округленное до целого процента. Если после буквы цифра отсутствует, то содержание легирующего элемента составляет примерно 1%.
Стали обладают высокими механическими свойствами и рядом других качеств, которые делают их ценным строительным материалом. Однако малая теплоемкость, высокий коэффициент теплопередачи и значительный коэффициент линейного расширения требуют дополнительных мероприятий для повышения огнестойкости стальных конструкций. У большинства марок строительных сталей при температуре 450-500°С происходит снижение прочности на 20-50%. Если учесть, что при этой температуре, например, стальная балка длиной 6 м удлиняется на 48мм с деформацией и короблением, то станет ясной необходимость защиты стальных конструкций, как облицовка, оштукатуривание, нанесение вспучивающихся и других теплозащитных покрытий, экранирование, внешнее и внутреннее охлаждение жидкостями.
Алюминий – один из самых легких металлов. Его плотность составляет 2700 кг/м³. Чистый алюминий имеет малую прочность (8-10 кгс/мм²), что не позволяет применять его в качестве конструкционного материала. Введение в алюминий легирующих добавок (кремний, магний, марганец, медь, титан) значительно повышает его механические свойства.
Основными достоинствами алюминиевых сплавов являются малая плотность, высокая удельная прочность, относительно высокая стойкость против коррозии, высокая технологичность производства конструкций, отсутствие искрообразования при ударных воздействиях. Однако наряду с этими достоинствами алюминиевые сплавы имеют и существенные недостатки. Их модуль упругости в 3 раза меньше, а коэффициент температурного расширения в 2-3 раза больше, чем у стали. Температура плавления алюминия составляет 660°С. Но еще задолго до плавления, при температуре 250-325°С, пределы прочности и текучести алюминиевых сплавов снижаются до величины рабочих напряжений в конструкциях, вызванных собственной массой и эксплуатационными нагрузками. В этот момент несущая способность конструкций исчерпывается и происходит их обрушение.
Увеличение огнестойкости алюминиевых конструкций может быть достигнуто путем нанесения защитных покрытий или теплоизоляционных материалов.