Достоинства и недостатки
Номенклатура и область применения металлических конструкций
Применение металлических конструкций по виду конструктивной формы и назначению можно разделить на восемь областей.
1) Промышленные здания. Конструкции одноэтажных промышленных зданий в виде цельнометаллических или смешанных каркасов, в которых по железобетонным колоннам ус-танавливаются металлические конструкции покрытия здания («шатер») и подкрановые пути. Цельнометаллические каркасы в основном применяются в зданиях с большими пролетами, высотами и оборудованных мостовыми кранами большой грузоподъемности.
2)Большепролетные покрытия зданий. Здания общественного назначения (спортив-ные сооружения, рынки, выставочные павильоны, театры и некоторые здания производст-венного характера (ангары, авиасборочные цехи, лаборатории), имеющие большие пролеты (до 100-150 м). Системы и конструктивные формы большепролетных покрытий очень разно-образны. Здесь возможны балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, причем как плоские, так и пространственные системы.
3) Мосты, эстакады. Как и большепролетные покрытия, мосты имеют разнообразные системы: балочную, арочную, висячую, комбинированную.
4) Листовые конструкции. В виде резервуаров, газгольдеров, бункеров, трубопроводов большого диаметра и различных сооружений доменного комплекса, химического производства и нефтепереработки. Листовые конструкции являются тонкостенными оболочками различной формы и должны быть не только прочными, но и плотными (непроницаемыми); они часто эксплуатируются в условиях низких или высоких температур.
5) Башни и мачты. Применяются для радиосвязи и телевидения, в геодезической службе, в опорах линий электропередачи. Сюда же можно отнести надшахтные копры, неф-тяные вышки, дымовые и вентиляционные трубы и промышленные этажерки.
6) Каркасы многоэтажных зданий.
7) Крановые и другие подвижные конструкции. Сюда относят всевозможные металли-ческие конструкции мостовых, башенных, козловых кранов и кранов-перегружателей, конструкции крупных экскаваторов и разнообразных строительных машин, затворы и ворота гидротехнических сооружений, конструкций отвальных мостов.
8) Прочие конструкции. К ним относятся конструкции промышленности по использо-ванию атомной энергии, конструкции радиотелескопов, лыжные трамплины и др.
Основные особенности металлических конструкций
Разнообразие конструктивных форм и статических схем обусловлено назначением конструкций, особенностями эксплуатации и характерам действующих нагрузок. Все эти разнообразные конструкции объединены двумя основными факторами.
Во-первых, исходным материалом для всех МК является прокатный металл, выпускаемый по единому стандарту (сортаменту): лист, уголок, швеллер, двутавр, труба и т. п. Из этого материала компонуются все разнообразные конструктивные формы.
Во-вторых, все конструкции объединены одним технологическим процессом их изготовления, в основе которого лежат холодная обработка металла (резка, гибка, образование отверстий и т.п.) и соединение деталей в конструктивные элементы и комплексы (сборочно-сварочные или сборочно-клепальные операции).
Достоинства и недостатки.
МК обладают следующими достоинствами:
НадежностьМК 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) МК являются наиболее легкими. Вес конструкции зависит от отношения объемного веса материала к его расчетному сопротивлению:
1/м
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 легированной С = 1,7∙10-4 1/м, для дюралюмина марки Д16-Т С = 1,1∙10-4 1/м, для бетона марки 300 С = 18,5∙10-4 1/м, для дерева С = 5,4∙10-4 1/м.
Индустриальность.МК в основной своей массе изготовляются на заводах, оснащенных современным оборудованием, что обеспечивает высокую степень индустриальности их изготовления.
Непронициамость.Металлы обладают не только значительной прочностью, но и высокой плотностью, обеспечивающей непроницаемость для газов и жидкостей. Плотность металла и его соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления и возведения листовых конструкций.
МК имеют и недостатки, ограничивающие их применение. Для нейтрализации этих недостатков необходимы специальные меры.
Коррозия. Незащищенная от действия влажной атмосферы, а иногда (что еще хуже) атмосферы, загрязненной агрессивными газами, сталь корродирует (окисляется), что постепенно приводит к се 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 МК 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 МК 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.).
1.4 Принципы проектирования металлических конструкций
При проектированииМК, как и всяких других, 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.В строительных конструкциях металл следует применять лишь в тех случаях, когда замена его другими видами материалов нерациональна. Требование экономии металла определяется большой его потребностью во всех отраслях промышленности и относительно высокой стоимостью.
Транспортабельность.В связи с изготовлением МК, 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 конструкций.Определяется сроками ее физического и морального износа. Физический износ МК 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.
Типизация конструктивных элементов и целых сооружений.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.
Субъективный фактор.