Снижение материалоемкости конструкций за счет экономии металла

Экономия металла включает несколько направлений:

- сокращение расхода стали при изготовлении железобетонных конструкций;

- применение эффективных металлоконструкций;

- применение эффективных прокатных профилей, высокопрочных сталей;

- применение эффективных конструктивных решений.

В настоящее время в основном применяется арматура классов А-II и А-III. Замена её на более прочную арматуру класса А-ТУС (термомеханическая, упрочненная свариваемая сталь), позволила получить экономию материала и как следствие экономический эффект.

Большой интерес представляет арматурная сталь не обычного периодического профиля так называемая елочка, винтового профиля.

Применение такой арматуры диаметром 10-40 мм особенно предпочтительно при армировании конструкций больших пролетов и размеров, кроме этого, такая форма позволяет отказаться от сварки в стыковых соединениях, что позволяет уменьшить расход стали на 15-25%.

Экономию стали до 15% в объеме можно получить при замене арматуры класса А-III арматурой класса А-IIIВ утроенной вытяжкой при изготовлении. Такая арматура может использоваться без предварительного натяжения.

Экономию стали до 15% можно получить благодаря замене проволоки Вр-1 и арматурной стали классов А-II и А-III проволокой из низкоуглеродистой холоднотянутой стали повышенной прочности. Она выпускается диаметром 4; 4,5; 5; 6 мм и предназначается для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Значительную экономию стали дают современные технологии безотходной технологии заготовки и сварки арматуры. Одна установка позволяет сэкономить до 1 тыс. тонн арматуры на единицу оборудования. Поскольку арматурная стержневая сталь поступает мерной, то при раскрое остаются куски, которые, как правило идут в отходы. Образующийся с помощью установки стержень бесконечной длины можно резать на любые нужные отрезки без всяких отходов.

Значительная экономия металла достигается при применении прогрессивных, эффективных железобетонных конструкций.

Так замена плит, покрытия типа ПКТ шириной 1,5 на плиты шириной 3м (3х6 и 3х12) позволяет уменьшить расход стали на 1,2 кг/м2 и значительно уменьшить трудоемкость монтажных работ.

Еще более значительный эффект достигается при применении плит типа КЖС размерами 3х18 и 3х24. По сравнению с традиционными балочными решениями достигается экономия 3,55 кг/м2.

Перерасход арматурной стали на заводах и стройках часто происходит из-за отсутствия необходимого ассортимента стержней. В этих случаях стержни проектным диаметром заменяют на стержни большего диаметра.

Эффективно применение металла при изготовлении таких конструкций как облегченные стеновые панели типа «сендвич».

Конструкция «сендвич» представляет 3-х слойную конструкцию из наружной и внутренней обшивки из стального или алюминиевого листа. Между обшивками находится утеплитель. Наиболее хорошо зарекомендовал себя пенополиуретан, имеющий хорошую адгезию к металлу.

Применение высокопрочных сталей, титановых и алюминиевых сплавов, особенно в сочетании с прогрессивными сортиментами горячекатаных и холоднотянутых профилей, дает возможность существенно снизить вес и трудоемкость конструкций, повысить их технико-экономические показатели.

Снижение веса при применении высокопрочных сталей позволяет снизить вес до 25-30%. Так исследования проведенные в США показали, что если каркас когда-то самого высокого здания в «Эмпайр Стейт Билдинг» был бы выполнен из высокопрочной стали, при том же весе мог иметь 182 этажа вместо 102, имеющихся в настоящее время, при сохранении требований жесткости. Задача всемирного облегчения веса конструкций достигается не только совершенствованием материала, но и разработкой эффективных прокатных профилей, а также эволюцией конструктивных форм. В настоящее время все большее развитие получают такие эффективные конструктивные формы, купольные; винтовые, мембранные, перекрестные, структурные оболочки и другие пространственные конструкции.

Широкое строительство таких когда-то уникальных сооружений обуславливаются рядом факторов:

1. Интенсивное развитие металлургической промышленности, обеспечивающей строительство высокопрочными сталями, легкими сплавами и прогрессивными горячекатаными и холодноформованными профилями.

2. Развитие сварочной науки и техники.

3. Индустриализация изготовления и монтажа металлоконструкций.

4. Широкое развитие механизации и автоматизации производства.

5. Развитие теории сооружений.

В настоящее время во многих развитых странах, особенно в США широко применяются тонкостенные конструкции из замкнутых пустотелых круглых и коробчатых профилей. Для ограждающих конструкций применяют штампованные или холоднокатаные настилы и профили.

Применение эффективных металлических конструкций способствовало тому, что уже в 1930 году появились такие уникальные сооружения, как висячий мост через пролив Золотые ворота пролетом 1280 метров и стальной каркас высотой 425 метров здания «Эмпайр Стейт Билдинг».

В настоящее время прочностные свойства стали позволяют строить висячие мосты пролетом до 3000 и более метров, а каркасные здания в будущем достигнут высоты 2000 м. Разработаны проекты зданий высотой 500 этажей в Токио, Нью-Йорке, Чикаго башни и мачты высотой 3000 м.