Металлические конструкции применяются сегодня во всех видах зданий и инженерных сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки. Потребность в металлических конструкциях чрезвычайно велика и непрерывно увеличивается. Базой для удовлетворения этой потребности являются большой объем производимой в стране стали, заводы металлических конструкций и специализированные монтажные организации, оснащенные современной техникой, специализированные проектные организации и научно-исследовательские институты
В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции можно разделить на восемь видов.
1. Промышленные здания. Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняются в виде цельнометаллических или смешанных каркасов, в которых по железобетонным колоннам устанавливаются металлические конструкции покрытия здания («шатер») и подкрановые пути. Цельнометаллические каркасы в основном применяются в зданиях с большими пролетами, высотой и оборудованных мостовыми кранами большой грузоподъемности. Каркасы промышленных зданий являются наиболее сложными и металлоемкими конструктивными комплексами.
2. Большепролетные покрытия зданий. Здания общественного назначения, театры и некоторые здания производственного характера (ангары, авиасборочные цехи, лаборатории) имеют большие пролеты (до 100- 150 м ), перекрывать которые наиболее целесообразно металлическими конструкциями. Системы и конструктивные формы большепролетных покрытий очень разнообразны. Здесь возможны балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, причем как плоские, так и пространственные системы. К конструкциям зданий общественного назначения предъявляются высокие эстетические требования.
3. Мосты, эстакады. Мостовые металлические конструкции на железнодорожных и автомобильных магистралях применяются при больших, а в отдаленных районах и при средних пролетах, а также при сжатых сроках возведения. Как и большепролетные покрытия, мосты имеют разнообразные системы: балочную, арочную, висячую, комбинированную.
4. Листовые конструкции в виде резервуаров, газгольдеров, бункеров. Металлические конструкции обладают следующими достоинствами, позволяющими применять их в разнообразных сооружениях.
Надежность металлических конструкций обеспечивается близким совпадением их действительной работы (распределение напряжений и деформаций) с расчетными предположениями. Материал металлических конструкций (сталь, алюминиевые сплавы) обладает большой однородностью структуры и достаточно близко соответствует расчетным предпосылкам об упругой или упругопластической работе материала.
Легкость. Из всех изготовляемых в настоящее время несущих конструкций (железобетонные, каменные, деревянные) металлические конструкции являются наиболее легкими. Легкость конструкций с определяется отношением плотности материала p , к его расчетному сопротивлению R , 1/м: с = p /R.
Чем меньше значение с, тем относительно легче конструкция. Благодаря высоким значениям расчетных сопротивлений для малоуглеродистой стали с=3,7-10 - 4 1/м, для стали высокопрочной с=1,7-10 - 4 1/м, для дюралюмина марки Д16-Т с=1,1-10 - 4 1/м, для бетона марки МЗОО с=1,85-10 - 3 1/м, для дерева с -5,4-10 -4 1/м.
Индустриальность. Металлические конструкции в основной своей массе изготовляются на заводах, оснащенных современным оборудованием, что обеспечивает высокую степень индустриальности их изготовления. Монтаж металлических конструкций также производится индустриальными методами - специализированными организациями с использованием высокопроизводительной техники.
Непроницаемость. Металлы обладают не только значительной прочностью, но и высокой плотностью - непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность металла и его соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления газгольдеров, резервуаров и т. п. Металлические конструкции имеют и недостатки, ограничивающие их применение. По нейтрализации этих недостатков необходимы специальные меры.
Коррозия. Не защищенная от действия влажной атмосферы, а иногда (что еще хуже) атмосферы, загрязненной агрессивными газами, сталь корродирует (окисляется), что постепенно приводит к ее полному разрушению. При неблагоприятных условиях это может произойти через два-три года. Хотя алюминиевые сплавы обладают значительно большей стойкостью против коррозии, при неблагоприятных условиях они также корродируют. Хорошо сопротивляется коррозии чугун. Повышение коррозионной стойкости металлических конструкций достигается включением в сталь специальных легирующих элементов, периодическим покрытием конструкций защитными пленками (лаки, краски и т. п.), а также выбором рациональной конструктивной формы элементов (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль), удобной для очистки и защиты.
Небольшая огнестойкость. У стали при t=200°С начинает уменьшаться модуль упругости, а при t=600°С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Алюминиевые сплавы переходят в пластическое состояние уже при t=300°С. Поэтому металлические конструкции зданий, опасных в пожарном отношении (склады с горючими или легковоспламеняющимися материалами, жилые и общественные здания), должны быть защищены огнестойкими облицовками (бетон, керамика, специальные покрытия и т. п.).
При проектировании металлических конструкций должны учитываться следующие основные требования.
Условия эксплуатации. Удовлетворение заданным при проектировании условиям эксплуатации является основным требованием для проектировщика. Оно в основном определяет систему, конструктивную форму сооружения и выбор материала для него.
Экономия металла. Требование экономии металла определяется большой его потребностью во всех отраслях промышленности (машиностроение, транспорт и т. д.) и относительно высокой стоимостью.
В строительных конструкциях металл следует применять лишь в тех случаях, когда замена его другими видами материалов (в первую очередь железобетоном) нерациональна.
Транспортабельность. В связи с изготовлением металлических конструкций, как правило, на заводах с последующей перевозкой на место строительства в проекте должна быть предусмотрена возможность перевозки их целиком или по частям (отправочными элементами) с применением соответствующих транспортных средств.
Технологичность. Конструкции должны проектироваться с учетом требований технологии изготовления и монтажа с ориентацией на наиболее современные и производительные технологические приемы, обеспечивающие максимальное снижение трудоемкости.
Скоростной монтаж. Конструкция должна соответствовать возможностям сборки ее в наименьшие сроки с учетом имеющегося монтажного оборудования.
Долговечность конструкции определяется сроками ее физического и морального износа. Физический износ металлических конструкций связан главным образом с процессами коррозии. Моральный износ связан с изменением условий эксплуатации.
Эстетичность. Конструкции независимо от их назначения должны обладать гармоничными формами. Особенно существенно это требование для общественных зданий и сооружений.
Все эти требования удовлетворяются конструкторами на основе выработанных наукой и практикой принципов советской школы проектирования и основных направлений ее развития.
Основным принципом советской школы проектирования является достижение трех главных показателей: экономии стали, повышения производительности труда при изготовлении, снижения трудоемкости и сроков монтажа, которые и определяют стоимость конструкции. Несмотря на то что эти показатели часто при реализации вступают в противоречие (так, например, наиболее экономная по расходу стали конструкция часто бывает наиболее трудоемкой в изготовлении и монтаже), советский опыт развития металлических конструкций подтверждает возможность реализации этого принципа.
Экономия металла в металлических конструкциях достигается на основе реализации следующих основных направлений: применения в строительных конструкциях низколегированных и высокопрочных сталей, использования наиболее экономичных прокатных и гнутых профилей, изыскания и внедрения в строительство современных эффективных конструктивных форм и систем (пространственных, предварительно напряженных, висячих, трубчатых и т.п.), совершенствования методов расчета и изыскания оптимальных конструктивных решений с использованием электронно-вычислительной техники.
По всем этим направлениям в Советском Союзе ведется большая исследовательская работа, что позволяет систематически уменьшать удельные затраты металла (на 1 м 2 площади здания, на единицу выпускаемой продукции и т.п.).
Эффективно и комплексно производственные требования удовлетворяются на основе типизации конструктивных элементов и целых сооружений.
Типизация металлических конструкций в Советском Союзе получила весьма широкое развитие. Разработаны типовые решения часто повторяющихся конструктивных элементов-колонн, ферм, подкрановых балок, оконных и фонарных переплетов. В этих типовых решениях унифицированы размеры элементов и сопряжений. Для некоторых элементов разработаны стандарты.
Разработаны типовые решения таких сооружений, как радиомачты, башни, опоры линий электропередачи, резервуары, газгольдеры, пролетные строения мостов, некоторые виды промышленных зданий, сооружений и т. п. Типовые решения разработаны на основе применения оптимальных с точки зрения затраты материала, размеров элементов, оптимальной технологии их изготовления и возможностей транспортирования. Типизация и проводимая на ее основе унификация и стандартизация обеспечивают большую повторяемость, серийность изготовления конструктивных элементов и их деталей на заводах и, следовательно, способствует повышению производительности труда, сокращению сроков изготовления на основе эффективного использования более совершенного оборудования и специальных технологических приспособлений (кондукторов, копиров, кантоватилей и т.п.).
Поможем написать любую работу на аналогичную тему