В этой статье мы расскажем о профильных стальных трубах, как об универсальном строительном материале. Речь пойдёт о различных способах применения и об их уникальных свойствах. Отдельно поговорим о том, по каким критериям следует выбирать квадратные и прямоугольные трубы.
Несмотря на сменяющие друг друга кризисы, загородное строительство продолжает развиваться, всё больше наших соотечественников хотят иметь свой собственный дом подальше от шумных мегаполисов. Древесина, бетон и кирпич являются традиционными материалами для возведения зданий, но никогда дело не обходится без металлопроката, так как все монолиты нуждаются в армировании, необходимы профили для каркасов, балки для перекрытий, сетки и профилированные листы.
Благодаря свариванию, из металла удаётся создавать изделия любой формы, при этом соединения имеют прочность не ниже, чем стальной массив. Кроме того, металлические детали можно гнуть и деформировать давлением, ковать под нагревом. Любые металлоконструкции всегда будут легче и компактнее аналогичных по функции элементов из камня и железобетона. При правильной сборке и грамотном уходе, они намного долговечнее, особенно если выбирать конкретный металл или марку стали, обеспечивающие заготовке подходящие для тех или иных условий эксплуатационные характеристики.
Если говорить о сложных пространственных металлоконструкциях для двора, то тут металлу вообще нет равных, ведь он выгодно отличается своей пластичностью и высокой несущей способностью. Беседки, лестницы, навесы, ограждения, ворота, скамейки, всевозможные каркасы — список безграничен. Чаще всего для этих целей применяется прут для создания кованых изделий и профильные трубы как элемент несущей системы. В нашей стране профильная металлопродукция стала активно применяться не так давно, но популярность квадратных и прямоугольных труб неуклонно растёт. Они становятся качественнее и дешевле, расширяется их ассортимент по размерам и типам сечения.
Что такое профильная труба
Обычно, когда речь идёт о трубах, мы представляем простой цилиндрический предмет. Именно так выглядят окружающие нас трассы коммуникаций, переносящие жидкость и газ. Круглое сечение трубы отличается лучшей пропускной способностью при минимальной площади поверхности. Это идеальная конфигурация для восприятия давления (не важно, внутреннего или внешнего). Однако далеко не во всех условиях круглая труба работает наилучшим образом. Например, она легко гнётся, что очень хорошо для выполнения цельных поворотов трубопровода, но весьма неблагоприятно для пространственной жёсткости различных конструкций. Совсем другими характеристиками и преимуществами обладают профильные трубы.
Профильная труба — это полое трубопрокатное изделие, имеющее любое сечение, кроме круглого. Также такие трубы называют «гнутыми профилями замкнутого сечения», «профтрубами». Чаще всего в разрезе мы увидим прямоугольник, квадрат или овал, хотя современные прокатные технологии позволяют получить и более сложные формы.
Плоскоовальные трубы по физическим свойствам мало чем отличаются от круглых, но они характеризуются повышенной декоративностью, поэтому часто применяются для создания мебели, элементов ограждения, дизайнерского оформления зданий. Другой момент — это большая площадь наружной поверхности при существенном снижении внутреннего объёма, что позволяет эффективно использовать овальные трубы в охлаждающих системах, где необходим максимальный отвод тепла от носителя (змеевики, радиаторы). Кроме того, овальный профиль отличается повышенной гибкостью поперёк длинной стороны, поэтому он считается арочным.
Квадратные и прямоугольные трубы отлично выдерживают поперечные нагрузки, из-за чего используются для создания строительных несущих систем и различных элементов мебели. Из строительных замкнутых профилей собирают каркасы архитектурных сооружений, которые потом обшиваются листовыми материалами, из них делают балки перекрытия, фермы, стойки, колонны. Профильные трубы строительного и общего назначения необходимы для армирования ПВХ-окон, для сборки коробок и полотен металлических дверей. Из профтрубы изготавливаются малые архитектурные формы (павильоны, бытовки, киоски, теплицы), а также станины, стеллажи, рекламные носители. Почти всегда она незаменима, если нужно на участке сделать навес или ворота. По многим причинам профильные трубы являются лучшим материалом для изготовления стоек и переборок забора с заполнением пролётов сеткой-рабицей, профнастилом, коваными секциями.
Трубы для мебели не испытывают серьёзных нагрузок и, как правило, не подвергаются негативным воздействиям окружающей среды. Поэтому мебельные профильные трубы отличаются меньшими габаритами сечения, небольшой толщиной стенок, повышенными требованиями к качеству поверхности. Такую трубу можно увидеть в конструкции металлических скамеек и качелей, школьных парт и стульев, кроватей и прочей «общественной» мебели.
Как изготавливают профильные трубы
Производство профилей замкнутого сечения осуществляется аналогично круглым трубам. На специальных трубосварочных станах листовые заготовки (штрипсы) изгибаются в цилиндр, и получившийся продольный шов проваривается. Затем цилиндрическая труба прогоняется через систему дополнительных валков, где она с усилием в сотни тонн обжимается до необходимого сечения. После этого уже профильное изделие нагревается, чтобы «отпустить» неизбежно напряжённый после механического воздействия металл. В зависимости от того, нагревается ли заготовка при вальцевании, трубы разделяют на холоднокатаные и горячекатаные. Далее проверяется качество шва и геометрия профиля, изделия нарезаются по длине и складируются. Потребителю профтрубы отгружаются в связанных пачках весом до 5 тонн. Для защиты металла трубы могут быть покрыты смазкой и упаковываться в металлические короба.
Не всегда профиль замкнутого сечения изготавливают из электросварной трубы. Есть бесшовные профильные изделия, которые прокаткой на калибровочных валках получают из цельнотянутой круглой трубы. Цельнотянутая труба не имеет шва, так как производится из сплошной цилиндрической заготовки — «штанги». Бесшовная профильная труба отличается повышенной устойчивостью и герметичностью, при этом она значительно дороже.
Процесс изготовление и проектные характеристики овальных труб регламентируются ГОСТ 8642–68. Строительные квадратные трубы делают по ГОСТ 30245–2003, ГОСТ 8639–82, для прямоугольных профилей применяют ГОСТ 8645–68 и ГОСТ 30245–2003. Тонкостенные мебельные трубы должны отвечать ряду ТУ, например, ТУ 14–105–737–2004. Данные нормативные документы недвусмысленно указывают:
- допустимые геометрические размеры сечения;
- толщину стенок;
- массу на погонный метр;
- радиус закругления на углах;
- номинальную длину изделий;
- предельные допуски и определяющие качество дефекты;
- степень сопротивляемости механическим воздействиям;
- требования к маркировке.
Таким образом, если вам необходимо приобрести партию проката для создания прочных изделий высокого качества, сортамент и соответствие трубы нормам можно легко проверить с помощью простого измерительного инструмента.
Технологические преимущества профильных труб
Безусловно, основное преимущество прямоугольной или квадратной профтрубы — это её существенная пространственная жёсткость, по сравнению с трубой круглого сечения. Всё дело в том, что такой замкнутый профиль имеет четыре ребра жёсткости (по два в каждой взаимно перпендикулярной плоскости). Когда профтруба используется в качестве несущего бруса, и нагрузка прилагается под прямым углом к одной из плоскостей, то сопротивление изделия при изгибе будет примерно на 30 процентов выше, чем у равного по весу аналога из круглой трубы. Данный показатель будет близок к характеристикам сплошного металлического прутка, так как основную работу по сопротивлению изгибающим и скручивающим нагрузкам выполняют его грани. Если вектор действия силы известен, то вместо квадратного сечения можно применить прямоугольное, расположив длинную сторону профиля по линии воздействия (например, для балки, на которую действует сила тяжести — вертикально, а для стойки забора — поперёк фронтальной плоскости обшивки). Использование прямоугольной трубы вместо квадратной позволяет снизить материалоёмкость изделия примерно на 10–20%.
Небольшая материалоёмкость определяется высокой пространственной жёсткостью металлоконструкций из квадратной профильной трубы. Из-за наличия внутренних полостей экономия на металле составляет, например, в сравнении с двутавром или прутом, до 25–30%. Как следствие, собранные металлоконструкции становятся на треть легче, что снижает нагрузку на фундаменты и несущие элементы здания. Кроме того, несущая способность любого каркаса с пролётами (балки, фермы) рассчитывается с учётом не только рабочего веса (для крыши — это материал кровли + снег, а для межэтажного перекрытия — люди + мебель). Также берётся во внимание тот факт, что он также должен нести ещё и сам себя. Иными словами, снижая вес конструкции, мы увеличиваем допустимую полезную нагрузку — несущую способность. Небольшая масса материала и готового изделия позволяет в большинстве случаев обойтись без применения грузоподъёмной техники.
Прочность квадратных труб позволяет в металлоконструкциях применять более тонкое сечение профиля, что для многих сооружений имеет не последнее значение. Из-за малой площади наружной поверхности снижается аэродинамическое сопротивление изделия, следовательно, конструкция может выдерживать большие ветровые нагрузки. По той же причине увеличиваются световые проёмы, так как используются довольно узкие металлические переборки. Также имеет место экономия на защитных и декоративных лакокрасочных материалах.
Благодаря плоским поверхностям, трубы квадратного и прямоугольного сечения технически намного проще обработать, чем круглые. Их легче грунтовать и окрашивать, защитные составы лучше держатся на плоскостях. Подобная металлопродукция, например, по сравнению с двутавровой балкой или швеллером, не имеет труднодоступных для обработки зон, что положительно сказывается на коррозийной устойчивости собранного изделия. Таким образом, конструкция, где все поверхности «на виду», лучшим образом соответствует санитарным и гигиеническим требованиям, более эффективной становится огнезащита металлических каркасов и несущих элементов.
Плоские грани профтрубы обеспечивают ей отличную эргономику, которая так ценится в строительстве. Эти профили замкнутого сечения устойчиво стыкуются с любыми конструктивными элементами, их очень удобно прокладывать по несущим плоскостям. Профильные трубы занимают минимум места возле основы, не образуют мёртвых зон в каркасах. В них удобно вкручивать самонарезные винты, они легко обшиваются листовыми материалами.
Ещё один важный момент — это удобство работы по соединению прямоугольных или квадратных труб, а, следовательно, и увеличенная скорость монтажа. Например, чтобы изготовить угловой отвод, нет необходимости делать на заготовке фигурные вырезы, как если бы приходилось стыковать трубы круглого сечения. Сваривать по линии проще, чем по окружности, могут применяться автоматические и полуавтоматические сварочные аппараты, намного удобнее контролировать качество шва. Прямоугольные и квадратные трубы хорошо фиксируются друг относительно друга струбцинами. Элементы плоской рамы перед свариванием могут быть полностью разложены на любой рабочей поверхности и оставаться на своих местах. Сборка узловых соединений может вестись не только с помощью сварки, наличие плоскостей позволяет применять механические варианты — стягивающие болты, различные муфты и фитинги, накладные перфорированные пластины в сочетании с самонарезными винтами.
Наличие плоскостей обеспечивает профтрубам хорошую устойчивость при хранении и транспортировке, они могут упаковываться в прямоугольные пачки. Тогда как круглые трубы, особенно большого диаметра, из-за своей способности перекатываться являются источником повышенной опасности — перевозятся и грузятся специальным транспортом и выкладываются только «пирамидой».
Квадратные и прямоугольные трубы в силу своей геометрии не могут выдерживать такое же давление, как аналогичные по весу трубы круглого сечения. У замкнутых профилей меньше внутренний объём и при этом больше поверхность соприкосновения (увеличивается трение) с транспортируемым материалом. Поэтому они редко применяются для создания инженерных коммуникаций.
Как выбрать профильную трубу
Чтобы металлоконструкция обладала проектными эксплуатационными характеристиками и достаточной долговечностью, необходимо тщательно выбирать тип профильной трубы. Существует множество критериев классификации, и каждый из них отображает те или иные свойства данной продукции.
Способ производства
В зависимости от особенностей производственного процесса профильные трубы, как и традиционные круглые, разделяются на: сварные и бесшовные, горячекатаные и холоднокатаные.
Горячекатаные трубы (изготавливаются из горячекатаного штрипса) — являются строительными и общего назначения, они применяются для создания уличных металлоконструкций, а также для возведения строительных опор и несущих каркасов. Они, из-за высокотемпературной обработки заготовок, отличаются некоторой шероховатостью поверхности, но зато не имеют внутренних напряжений. Горячая прокатка позволяет изготавливать профтрубы большого диаметра (от 80х80) и с увеличенной толщиной стенок. Так как легированную и высокоуглеродистую сталь на высоких температурах деформировать легче — то трубы ГК часто обладают антикоррозийными свойствами. Горячекатаные профильные трубы существенно дешевле холоднокатаных.
Холодная прокатка профильных труб на высокотехнологичных станах позволяет изготавливать профили очень высокого качества. Это касается чистоты поверхности и точности геометрических размеров (в том числе, малая шероховатость плоскостей, небольшой радиус скругления углов). Данный тип трубы выбирают для создания тех изделий, к которым предъявляются повышенные эксплуатационные требования. Это — так называемые мебельные профтрубы с небольшими сторонами (от 10 до 40 мм) и малой толщиной стенки (до 1,5 мм). Деформация заготовки без применения высоких температур делает профильную трубу более устойчивой к внутреннему или наружному давлению, при этом она более податлива к изгибанию.
Бесшовные трубы имеют куда большую прочность, чем электросварные, так как некачественный шов может являться слабым местом. Кроме того, горячедеформированные бесшовные трубы обычно изготавливаются с большой толщиной стенки — до нескольких сантиметров. Трубы без шва отличаются устойчивостью к высокому давлению, пластичностью, хорошим качеством поверхностей.
Материал изготовления
Профильные трубы могут производиться из любой углеродистой стали (ГОСТ 380–2005 или ГОСТ 1050–88) 08пс, 1пс, 2пс, 1сп/пс, 2сп/пс, Ст3сп/пс, Ст3сп/пс5, 10, 20, 35, 45, 15ХМ и так далее. Для ответственных участков часто применяются профтрубы из высокопрочной низколегированной стали 09Г2С (ГОСТ 19281–89).
Улучшенными антикоррозийными свойствами обладают профильные трубы, покрытые тонким слоем цинка, которые ржавеют в 5–7 раз медленнее, чем обычные чёрные. Цинкование происходит погружением трубы в цинковый расплав или напылением. Защищаться может как внутренняя поверхность, так и наружная.
Практически абсолютную устойчивость к коррозии показывают профильные трубы из нержавеющей стали, которые изготавливаются обычно из марки AISI 304 и AISI 316, немного реже — из AISI 439, 430, 409. В основном они применяются для выполнения архитектурных деталей здания и не так часто — для создания несущих каркасов. Профтруба из нержавейки отличается стойкостью к истиранию, жаропрочностью, разнообразием вариантов финишной обработки (шлифование, полирование, пескоструйная текстура, травление).
Какой бы материал не применялся для производства прямоугольных/квадратных труб, требования к геометрии замкнутых профилей будут идентичными.
Скругление углов
Этот параметр нормируется действующими ГОСТами, по которым трубы произведены. Оптимальным считается радиус угла в 2S (удвоенная толщина стенки), или 2,5S — для труб со стенками толщиной свыше 2,5 мм. В зависимости от условий изготовления и характеристик оборудования, на деле радиус скругления углов зачастую больше проектного, что позволяет производителю сделать профильные трубы легче и дешевле. Трубы со сверхмалыми скруглениями выглядят красивее, но они тяжелее и дороже стандартных. Заметим, что слишком круглые (маленькое ребро жёсткости) и слишком прямые углы (большой собственный вес) могут снижать несущие способности конструкции.
Толщина стенок
Разделение труб по толщине стенок является довольно условным. Здесь во внимание необходимо брать соотношение наружного диаметра к толщине наружной стенки. Трубный прокат считается тонкостенным, если это соотношение не превышает отметку в 0,025, при показателе в 0,05 — труба называется стандартной, толстостенное изделие имеет соотношение 0,1 и выше. В любом случае технология такова, что чем больше сечение трубы — тем больше толщина стенок. Основные ГОСТы чётко указывают, какие варианты этого соотношения допустимы при том или ином способе производства трубы (горячая прокатка или холодная прокатка). Например, квадратная труба со стороной 180 мм и стенкой 4–14 мм может быть произведена только горячим деформированием. Стенка замкнутых профилей может варьироваться по толщине в пределах 1–12 мм, естественно, для более нагруженных конструкций (допустим, для опор) следует применять трубы с более массивными стенками.
Особые механические свойства
Классификация профильных труб, в зависимости от механических и химических свойств заготовки, может рассказать нам о назначении трубы. Для данного вида металлопродукции применяется следующая маркировка:
- А — нормированы только механические характеристики (сталь ГОСТ 380–2005, ранее ГОСТ 380–88);
- В — нормированы и механические характеристики, и химический состав (сталь ГОСТ 380–2005 или ГОСТ 1050–88).
Нормирование по классу «В» обычно предполагается для профильных труб большого размера, так как они обычно используются для изготовления несущих строительных конструкций. При температуре от -20 до +20 они проходят испытания на ударную вязкость. Этот же тест проводится после механического старения металла. Гидравлическим испытаниям профильные трубы не подвергаются, но некоторые производители могут их проводить по своей инициативе, и, соответственно, гарантировать корректную эксплуатацию изделий при конкретном давлении. Таким профильным трубам присваивается категория нормирования «Д».
Очевидно, что профильные трубы являются очень удобным для работы, по-настоящему универсальным строительным материалом, который в частном строительстве просто незаменим. Сложно переоценить технологические и финансовые преимущества, которые мы получаем, используя замкнутый профиль квадратного или прямоугольного сечения. Опытные мастера уже давно сделали свой выбор.
Видео по теме
Источник: youtube.com/МеталлоОбработка, Станки, Инструменты
Источник: youtube.com/МУЖСКИЕ ИДЕИ