Металлоконструкции

ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

К основным достоинствам металлических конструкций относятся:

• Их высокая несущая способность. Металлические конструкции могут воспринимать значительные усилия при относительно больших сечениях вследствие большой прочности металла.
• Металлические конструкции отличаются высокой надежностью, так как, в отличие от деревянных или конструкций из железобетона, являются однородными по своей структуре, а следовательно рассчитать их прочность гораздо проще. Что в конечном итогепозволяет спроектировать более прочное и надежное сооружение.
• Транспортабельность. В отличие от конструкций из железобетона или камня, металлоконструкции подлежат транспортировке.
• Легкость. Высокие механические свойства металла позволяют допустить в них высокие напряжения. При одних и тех же усилияхсечения металлических конструкций получаются более легкими по сравнению с сечениями конструкций из других материалов.Так для алюминиевых сплавовотношение удельного веса к расчетному сопротивлению составляет 1,1*10⁻⁴ 1/м, а для бетона с=24*10⁻⁴.
• Непроницаемость. Так как металл, вследствие своих физических свойств, не пропускает ни воздух, ни газ, то это позволяет использовать его для изготовления водо- и газонепроницаемых конструкций для различных видов промышленности.
• Индустриальность. Металлоконструкции изготавливаются промышленным способом, что обеспечивает высокую точность и быстроту изготовления.
• Удобство монтажа и эксплуатации. В отличие от конструкций из железобетона, монтировать металлоконструкции легче и быстрее. Кроме того, при необходимости они могут быть усилены, а при незначительных повреждениях отремонтированы.
• Экологичность. Металлические конструкции отвечают всем необходимым экологическим требованиям, так как после демонтажа могут быть подвергнуты вторичной переработке.

Недостатков у металлических конструкций всего два:

• Подверженность металлических конструкций коррозии. Для борьбы с коррозией можно использовать различные покрытия: лаки и краски, эпоксидные смолы, оцинковку. В гидротехнике с успехом применяют катодную защиту. Но в любом случае, это влечет за собой дополнительные расходы.
• Малая огнестойкость. При нагреве стальных конструкций свыше 400°С, а алюминиевых свыше 200°Сначинается ползучесть материалов и они полностью или частично теряют несущую способность. Поэтому необходимо производить огнезащитную обработку металлических конструкций.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

                Давно уже стало тенденцией для современного строительства повсеместное применение металлических конструкций различного вида и назначения.Практически не существует современных зданий и сооружений, которые бы не включали в себя какие-либо конструктивные элементы из металла. Металлические конструкции используются как в несущих, так и в ограждающих конструкциях.В 2012 году в России было выплавлено около 70 млн. тонн стали, и более 5% было использовано для производства металлоконструкций.

                В строительстве, как правило, применяются конструкции из обычной углеродистой стали, из алюминиевых сплавов, а также из низколегированных сталей повышенной прочности. Наиболее широко металлические конструкции применяются для:

• Строительства производственных зданий, ангаров и сооружений общественного назначения (выставочных павильонов, спортивных и торговых центров, крытых рынков и пр.) Поскольку современные производственные здания часто имеют большие пролеты, высоты и являются сложными инженерными сооружениями, то на несущие элементы каркаса (подкрановые балки, колонны, фермы и т.д.) расходуется более половины строительных металлоконструкций.
• Производства листовых конструкций: резервуаров, газгольдеров, бункеров, трубопроводов и пр. Использование металла в подобных конструкциях обусловлено требованием полной герметизации.
• Специальных конструкций гражданского и промышленного назначения: строительства железно- и автодорожных мостов, путепроводов и эстакад. Металлические конструкции используются также при жилищном строительстве и для сооружений башенного и мачтового типа (башни, мачты, дымовые трубы, опоры ЛЭП, буровые и нефтяные вышки и т.п.).
• Из алюминиевых сплавов, отличающихся повышенной антикоррозионной стойкостью и легкостью собственного веса, изготавливают кровельные и фасадные покрытия зданий (например, системы Kalzip).

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАЛОК И БАЛОЧНЫХ КЛЕТОК

Металлические балки могут быть классифицированы в зависимости от ряда признаков.

По статической схеме балки бывают разрезные, консольные и неразрезные. В металлических конструкциях наибольшее распространение получили разрезные свободно опертые (без защемления) балки. Неразрезные балки и однопролетные защемленные балки экономичнее по затрате металла, но значительно сложнее в изготовлении и особенно в монтаже.

По типу сечения стальные балки разделяются на прокатные и составные; в алюминиевых конструкциях применяются прессованные и составные балки.

По способу соединения между собой элементов составные балки разделяются между собой насварные и клепаные. Наибольшее распространение получили сварные балки – они наиболее экономичны по затрате металла и менее трудоемки при изготовлении. Клепанные балки применяют только для конструкций под тяжелые динамические или вибрационные нагрузки.

Составные балки проектируют, как правило, двутавровогосечения, наиболее экономичного по затрате металла при работе на изгиб и удобного в конструктивном отношении. Иногда при нецентральном приложении нагрузки к оси применяют балки коробчатого сечения (двухстенчатые), которые хорошо работают на возникающее кручение. Относительно горизонтальной оси сечение балки может быть симметричным и несимметричным.

Экономичным решением для составных балок является компоновка из сечения из элементов с разными марками стали. Часть стенки балки или даже вся стенка, работающая при изгибе на большей части с небольшими напряжениями, выполняется из менее прочной и более дешевой углеродистой стали, а пояса - из низколегированной.

Применяются и металлические предварительно-напряженные балки, в которых в результате внутреннего перераспределения напряжений и применения напрягающих элементов из высокопрочной стали достигается существенная экономия металла.

Система несущих балок, образующих конструкцию перекрытий, рабочих площадок, проезжей части мостов и других конструкций, называется балочной клеткой.

В зависимости от расчетной нагрузки и размеров в плане балочные клетки могут быть трех типов: упрощенные, нормальные и усложненные.

В упрощенной балочной клетке нагрузка на перекрытие или площадку передается через настил на балки настила и с балок настила - на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку.

В нормальной балочной клетке нагрузка с балок настила передается на главные балки, которые в свою очередь, передают нагрузку на опоры.

В усложненной балочной клетке еще более многоступенчатая передача нагрузки: настил опирается на балки настила, балки настила - на вспомогательные балки и вспомогательные балки – на главные.Балки настила обычно проектируют из прокатных балок пролетом 5-7 м.

Размер от нижнего пояса главной балки до верха настила называется строительной высотой балочной клетки.

Сопряжение балок в клетке может быть этажным, в одном уровне и пониженным. Наиболее просто этажное соединение, и его следует применять при достаточной строительной высоте. Сопряжение в одном уровне и пониженное – сложнее, но дает возможность при необходимости получить меньшую строительную высоту.

В качестве настила балочных клеток применяю стальные листы или сборные железобетонные плиты.