Номенклатура и область применения металлических конструкций
Металлические конструкции применяются во всех инженерных сооружениях значительных пролетов, высоты и нагрузок. В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции можно разделить на восемь видов:
- Промышленные здания – цельнометаллические или со смешанным каркасом (колонны железобетонные). Цельнометаллические в зданиях с большим пролетом, высотой и грузоподъемностью.
- Большепролетные покрытия зданий – спортивные сооружения, рынки, выставочные павильоны, театры, ангары и др. (пролеты до 100-150 м).
- Мосты, эстакады – мосты на железнодорожных и автомобильных магистралях.
- Листовые конструкции – резервуары, газгольдеры, бункеры, трубопроводы большого диаметра и др.
- Башни и мачты – радио и телевидения в геодезической службе, опоры линии электропередачи, нефтяные вышки и др.
- Каркасы многоэтажных зданий. Применяются в многоэтажных зданиях, в условиях плотной застройки больших городов.
- Крановые и другие подвижные конструкции – мостовые, башенные, козловые краны, конструкции экскаваторов и др.
- Прочие конструкции по использованию атомной энергии в мирных целях, разнообразные конструкции радиотелескопов для космической и радиосвязи, платформы для разведки и добычи нефти и газа в море и др.
Металлические конструкции обладают следующими достоинствами:
- Надежность. Материал (сталь, алюминиевые сплавы) обладает большой однородностью структуры.
- Легкость. Металлические конструкции самые легкие.
- Индустриальность. Изготовление и монтаж металлических конструкций производится специализированными организациями с использованием высокопроизводительной техники.
- Непроницаемость. Обладают высокой прочностью и плотностью, непроницаемостью для газов и жидкостей.
Металлические конструкции имеют недостатки:
- Коррозия. Незащищенность от влажной среды, атмосферы, загрязненной агрессивными газами, сталь коррозирует (окисляется) и разрушается. Поэтому в сталь включают специальные легирующие элементы, покрывают защитными пленками (лаки, краски и т.д.).
- Небольшая огнестойкость. У стали при температуре 200˚С уменьшается модуль упругости, а при температуре 600˚С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Алюминиевые сплавы переходят в пластическое состояние при 300˚С. Поэтому металлические конструкции защищают огнестойкими облицовками (бетон, керамика, специальные покрытия и т.д.).
При проектировании металлических конструкций должны учитываться следующие требования:
- Условия эксплуатации.
- Экономия металла (высокая стоимость).
- Транспортабельность (перевозка по частям или целиком с применением соответствующих транспортных средств).
- Технологичность – использование современных технологических приемов, обеспечивающих снижение трудоемкости.
- Скоростной монтаж. Сборка в наименьшие сроки.
- Долговечность – определяется сроками физического и морального износа
- Эстетичность. – Конструкция должна обладать гармоничными формами.
Основным принципом проектирования является достижение трех главных показателей: экономии стали, повышение производительности труда при изготовлении, снижение трудоемкости и сроков монтажа, которые определяют стоимость конструкции.
Достигается это путем использования низколегированных и высокопрочных сталей, экономичных прокатных и гнутых профилей, внедрения в строительство пространственных, предварительно напряженных, висячих, трубчатых и т. п. конструкций, совершенствованием методов расчета и изысканием конструктивных оптимальных решений с использованием современных программных комплексов. Кроме того, разработаны типовые решения часто повторяющихся конструктивных элементов – колонн, ферм, подкрановых балок, оконных и фонарных проемов, радиомачт, башен, опор линии электропередачи, резервуаров т.п.