Номенклатура і область застосування металевих конструкцій

Номенклатура і область застосування металевих конструкційМеталеві конструкції застосовуються сьогодні в усіх видах будівель та інженерних споруд, особливо якщо необхідні значні прольоти, висота і навантаження. Потреба в металевих конструкціях надзвичайно велика і безперервно збільшується (див. рис. 1.12) . Базою для задоволення цієї потреби є великий обсяг виробленої в країні сталі (в 1982 р. виплавлено 155 млн. т сталі), заводи металевих конструкцій та спеціалізовані монтажні організації, оснащені сучасною технікою, спеціалізовані проектні організації та науково-дослідні інститути

Залежно від конструктивної форми і призначення металеві конструкції можна розділити на вісім видів.

1. Промислові будівлі. Конструкції одноповерхових промислових будівель виконуються у вигляді суцільнометалевих або змішаних каркасів, в яких по залізобетонних колон встановлюються металеві конструкції покриття будівлі («шатер») і підкранові шляхи. Суцільнометалеві каркаси в основному застосовуються в будівлях з великими прольотами, висотою і обладнаних мостовими кранами великої вантажопідйомності. Каркаси промислових будівель є найбільш складними і металомістких конструктивними комплексами.

2. Великопролітні покриття будівель. Будівлі громадського призначення, театри і деякі будівлі виробничого характеру (ангари, авіасборочние цехи, лабораторії) мають великі прольоти (до 100-150 м), перекривати які найбільш доцільно металевими конструкціями. Системи і конструктивні форми великопрольотних покриттів дуже різноманітні. Тут можливі балкові, рамні, арочні, висячі, комбіновані, причому як плоскі, так і просторові системи. До конструкцій будівель громадського призначення пред’являються високі естетичні вимоги.

3. Мости, естакади. Мостові металеві конструкції на залізничних і автомобільних магістралях застосовуються при великих, а у віддалених районах і при середніх прольотах, а також при стислих термінах зведення. Як і великопрогонові покриття, мости мають різноманітні системи: балочную, арочну, висячу (див. рис. 1.21) , комбіновану.

4. Листові конструкції у вигляді резервуарів, газгольдерів, бункерів. Металеві конструкції володіють наступними перевагами, що дозволяють застосовувати їх в різноманітних спорудах.

Надійність металевих конструкцій забезпечується близьким збігом їх дійсної роботи (розподіл напружень і деформацій) з розрахунковими припущеннями. Матеріал металевих конструкцій (сталь, алюмінієві сплави) має великий однорідністю структури і досить близько відповідає розрахунковим передумов про пружною або пружнопластичної роботі матеріалу.

Легкість. З усіх виготовлених нині несучих конструкцій (залізобетонні, кам’яні, дерев’яні) металеві конструкції є найбільш легкими. Легкість конструкцій з визначається відношенням щільності матеріалу р до його розрахункового опору R, 1 / м:

з = p / R.

Чим менше значення з, тим відносно легше конструкція. Завдяки високим значенням розрахункових опорів для маловуглецевої сталі з = 3,7-10 — 4 1 / м, для сталі високоміцної з = 1,7-10 — 4 1 / м, для дюралюмина марки Д16-Т з = 1,1-10 — 4 1 / м, для бетону марки МЗОО з = 1,85-10 — 3 1 / м, для дерева з -5,4-10 -4 1 / м.

Індустріального. Металеві конструкції в основній своїй масі виготовляються на заводах, оснащених сучасним обладнанням, що забезпечує високий ступінь індустріального їх виготовлення. Монтаж металевих конструкцій також проводиться індустріальними методами — спеціалізованими організаціями з використанням високопродуктивної техніки.

Непроникність. Метали володіють не тільки значною міцністю, але і високою щільністю — непроникністю для газів і рідин. Щільність металу та його сполук, здійснюваних за допомогою зварювання, є необхідною умовою для виготовлення газгольдерів, резервуарів і т. п. Металеві конструкції мають і недоліки, що обмежують їх застосування. З нейтралізації цих недоліків необхідні спеціальні заходи.

Корозія. Чи не захищена від дії вологої атмосфери, а іноді (що ще гірше) атмосфери, забрудненої агресивними газами, сталь кородує (окислюється), що поступово призводить до її повного руйнування. За несприятливих умов це може статися через два-три роки. Хоча алюмінієві сплави володіють значно більшою стійкістю проти корозії, при несприятливих умовах вони також піддаються корозії. Добре чинить опір корозії чавун. Підвищення корозійної стійкості металевих конструкцій досягається включенням в сталь спеціальних легуючих елементів, періодичним покриттям конструкцій захисними плівками (лаки, фарби тощо), ‘а також вибором раціональної конструктивної форми елементів (без щілин і пазух, де можуть скупчуватися волога і пил) , зручною для очищення та захисту.

Невелика вогнестійкість. У сталі при t = 200 ° С починає зменшуватися модуль пружності, а при t = 600 ° С сталь повністю переходить в пластичний стан. Алюмінієві сплави переходять у пластичний стан вже при t = 300 ° С. Тому металеві конструкції будівель, небезпечних в пожежному відношенні (склади з горючими чи легкозаймистими матеріалами, житлові та громадські будівлі), повинні бути захищені вогнестійкими облицовками (бетон, кераміка, спеціальні покриття і т. п.).

При проектуванні металевих конструкцій повинні враховуватися такі основні вимоги.

Умови експлуатації. Задоволення заданим при проектуванні умовам експлуатації є основною вимогою для проектувальника. Воно в основному визначає систему, конструктивну форму споруди і вибір матеріалу для нього.

Економія металу. Вимога економії металу визначається великий його потребою у всіх галузях промисловості (машинобудування, транспорт і т. д.) і відносно високою вартістю.

У будівельних конструкціях метал слід застосовувати лише в тих випадках, коли заміна його іншими видами матеріалів (насамперед залізобетоном) нераціональна.

Транспортабельність. У зв’язку з виготовленням металевих конструкцій, як правило, на заводах з подальшим перевезенням на місце будівництва в проекті має бути передбачена можливість перевезення їх цілком або по частинах (відправних елементами) із застосуванням відповідних транспортних засобів.

Технологічність. Конструкції повинні проектуватися з урахуванням вимог технології виготовлення і монтажу з орієнтацією на найбільш сучасні і продуктивні технологічні прийоми, що забезпечують максимальне зниження трудомісткості.

Швидкісний монтаж. Конструкція повинна відповідати можливостям збірки її в найменші терміни з урахуванням наявного монтажного обладнання.

Довговічність конструкції визначається термінами її фізичного і морального зносу. Фізичний знос металевих конструкцій пов’язаний головним чином з процесами корозії. Моральний знос пов’язаний із зміною умов експлуатації.

Естетичність. Конструкції незалежно від їх призначення повинні мати гармонійними формами. Особливо істотно це вимога для громадських будівель і споруд.

Всі ці вимоги задовольняються конструкторами на основі вироблених наукою і практикою принципів радянської школи проектування та основних напрямків її розвитку.

Основним принципом радянської школи проектування є досягнення трьох головних показників: економії стали, підвищення продуктивності праці при виготовленні, зниження трудомісткості і термінів монтажу, які і визначають вартість конструкції. Незважаючи на те що ці показники часто при реалізації вступають у протиріччя (так, наприклад, найбільш економна по витраті стали конструкція часто буває найбільш трудомісткою у виготовленні і монтажі), радянський досвід розвитку металевих конструкцій підтверджує можливість реалізації цього принципу.

Економія металу в металевих конструкціях досягається на основі реалізації наступних основних напрямків: застосування в будівельних конструкціях низьколегованих і високоміцних сталей, використання найбільш економічних прокатних і гнутих профілів, вишукування і впровадження в будівництво сучасних ефективних конструктивних форм і систем (просторових, попередньо напружених, висячих, трубчастих і т.п.), вдосконалення методів розрахунку і вишукування оптимальних конструктивних рішень з використанням електронно-обчислювальної техніки.

За всіма цими напрямками в Радянському Союзі ведеться велика дослідницька робота, що дозволяє систематично зменшувати питомі витрати металу (на 1 м 2 площі будівлі, на одиницю випущеної продукції тощо).

Ефективно і комплексно виробничі вимоги задовольняються на основі типізації конструктивних елементів і цілих споруд.

Типізація металевих конструкцій в Радянському Союзі отримала вельми широке розвиток. Розроблені типові рішення часто повторюваних конструктивних елементів-колон, ферм, підкранових балок, віконних і ліхтарних палітурок. У цих типових рішеннях уніфіковані розміри елементів і сполучень. Для деяких елементів розроблено стандарти.

Розроблені типові рішення таких споруд, як радіощогли, вежі, опори ліній електропередачі, резервуари, газгольдери, прогонові будови мостів, деякі види промислових будівель, споруд і т. п.

Типові рішення розроблені на основі застосування оптимальних з точки зору витрати матеріалу, розмірів елементів, оптимальної технології їх виготовлення і можливостей транспортування.

Типізація і проведена на її основі уніфікація і стандартизація забезпечують велику повторюваність, серійність виготовлення конструктивних елементів та їх деталей на заводах і, отже, сприяє підвищенню продуктивності праці, скороченню термінів виготовлення на основі ефективного використання більш досконалого обладнання та спеціальних технологічних пристосувань (кондукторів, копірів, кантоватілей і т.п.).