Металеві конструкції

ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ І НАПРЯМИ ЇХ РОЗВИТКУ

У будівництві застосовують різноманітні металеві конструкції, форма і конструктивне рішення яких найчастіше залежать від призначення:

Елементи металевих чи змішаних каркасів ви­робничих будівель — балки, прогони, ферми, ри­гелі, колони, з'єднання тощо;

Листові конструкції, до яких належать трубо­проводи великих діаметрів, місткості для збері­гання рідин (резервуари), газів (газгольдери), сип­ких матеріалів (буншіри і силоси), споруди і ус­тановки металургійних, нафтопереробних, хіміч­них виробництв, об'єктів енергетики (захисні та несучі оболонки домен, повітронагрівачів, ректи­фікаційних колон, реакторів тощо);

Висотні споруди — вежі та щогли ліній радіо - та телезв'язку, мереж електропередач, бурові ве­жі, геодезичні знаки, димові та вентиляційні труби;

Конструкції автомобільних та залізничних мос­тів, естакади підприємств;

Рухомі конструкції мостових, баштових і пор­тальних кранів, великих екскаваторів, гідротех­нічні споруди тощо;

Каркаси багатоповерхових (висотних) цивіль­них будівель;

Великопролітні конструкції покрівель ангарів, цехів авіа-, судно - та машинобудування, лабора­торій, громадських споруд (театрів, кіноконцерт­них залів, ринків, критих стадіонів, виставкових павільйонів);

Інші конструкції, до яких висувають особливі вимоги, наприклад, пов'язані з дослідженням кос­мосу, атомною енергетикою тощо.

Широке застосування металевих конструкцій у будівництві є наслідком таких основних пози­тивних характеристАс

Висока надійність, зумовлена однорідністю ме­талу;

Легкість (високі міцності та модулі пружності сталей і алюмінієвих сплавів зумовлюють меншу їх масу порівняно з аналогічними залізобетонними чи дерев'яними);

Індустріальність (металеві конструкції виго­товляють з готових прокатних, пресованих чи

Гнутих профілів, найчастіше на високомеханізо - ваних підприємствах, монтують їх спеціалізовані організації з мінімальними витратами ручної пра­ці, вони мають високий ступінь заводської готов­ності);

Непроникність для рідин і г#зів, високі захисні властивості від впливу іонізуючих та інших шкід­ливих випромінювань.

Одночасно суттєвими є й недоліки металевих конструкцій, а саме:

Недостатня корозійна стійкість, спричинена високою хімічною активністю металу внаслідок взаємодії з різними реащнтами середовища і його руйнуванням при переході в оксиди, солі та інші сполуки;

Мала вогнестійкість внаслідок швидкого на­грівання елементів металевих конструкцій до температури переходу в пластичний стан ч«р®з високу теплопровідність металу та невеликі роз­міри перерізів. У сталях при температурах, ви­щих 200°С, спостерігається зменшення модуля пружності, що призводить до зростання дефор­мації конструкцій, а при СОІГС вони повністю переходять у пластичний стан. Алюмімєві сплави стають пластичними при температурах, близьких до 300°С.

Сучасний підхід до застосування металевих конструкцій передбачає створення оптимальної конструктивної форми, економічної на всіх етапах виготовлення, монтажу та експлуатації. Основні критерії її вибору:

Відповідність функціонального призначення будівлі та споруди умовам експлуатації і техно­логічним вимогам виробництва;

Достатня несуча здатність, надійність і дов­говічність;

Щонайменші маса та трудомісткість впготИвз - лення і монтажу конструкцій;

Мінімальна вартість як кожної окремої кон­струкції, так і будівлі в цілому; висока продуктивність монтажу; відповідність умовам потокового високомехані- зованого та автоматизованого виготовлення (най­менша кількість типорозмірів конструкцій, ;фучні

Для переміщення потоковими лініями габарити елементів, можливість поділу конструкцій на час­тини, що поступово укрупнюються);

Естетичність зовнішнього вигляду;

Зручність догляду під час експлуатації.

На сучасному етапі розвитку капітального будівництва простежується тенденція до зростан­ня обсягів використання металу. Водночас обме­женість сировинної бази та енергетичних ресурсів диктують вимогу зменшення металомісткості про­дукції.

У будівництві найсуттєвішої економії металу досягають при підвищенні його міцнісних харак­теристик, тобто при застосуванні сталей підви­щеної та високої міцності, ширшому запровад­женні алюмінієвих сплавів, економічніших про­філів і прогресивних конструктивних форм.

Сьогодні налагоджено виплавлення сталей з карбонітридним зміцненням, придатних для звар­них конструкцій. Для відповідальних конструкцій використовують сталі з межею текучості 450...600 МПа. Розроблені і запроваджені у виробництво високоміцні, економнолеговані сталі з межею те­кучості 750 МПа для зварних конструкцій. Ве­дуться дослідження нових марок сталі з межею текучості до 900 МПа, створено та запроваджено атмосферостійкі сталі, які мають підвищені анти­корозійні властивості. Розробляються нові еко­номічні марки напівспокійних сталей з межею те­кучості 330...360 МПа, що не містять дефіцитних легуючих домішок.

Дедалі ширше визнання отримують конструк­ції алюмінієвих сплавів. Дослідження свідчать, що для прольотів, які перевищують 50 м, такі кон­струкції економічніші за сталеві. Особливо ефек­тивні рухомі конструкції кранових мостів, кра - нів-перевантажувачів, розвідних мостів та інші. Однак найширше застосування алюмінієві сплави мають в огороджувальних конструкціях.

Активні експериментальні та теоретичні до­слідження виконують у напрямі оптимізації фор­ми прокатних і холодноформованих профілів та розширення їх сортаменту, особливо таких ши­роковживаних, як двотаврові, швелерні, кутни­кові, трубні тощо.

Створення попередньо напружених металевих конструкцій зі штучним регулюванням зусиль дає змогу досягнути сприятливого розподілу останніх шляхом активного втручання у роботу окремих конструкцій чи їх систем і таким чином зменшити витрату металу.

Особливий інтерес викликають конструктивні форми стержнів і поверхонь, які працюють лише на розтяг. Ідея використання розтягнених еле­ментів випливає з суті роботи сталі. При розтягові маса елемента обернено пропорційна межі міц­ності матеріалу. Тому підвищення механічних ха­рактеристик супроводжується зменшенням площі перерізу і, відповідно, маси. На відміну від роз­тягнених у стиснених елементах і елементах, які згинаються, зменшення маси не пропорційне зростанню механічних характеристик, оскільки жорсткість таких елементів мало пов'язана зі змі­ною міцності матеріалу.

Зменшенню металомісткості будівель сприяє концентрація матеріалу та поєднання функцій. Наприклад, значно вигідніше збудувати один ре­зервуар об'ємом 50 тис. м3, ніж десять по 5 тис. м,! кожний. Збільшення об'єму домни з 1 до 5 тис. м,! зменшує витрати металу на одиницю потужності більш як на 20 %. Ідея поєднання функцій знайш­ла втілення в підкраново-гіідкроквяних конструк­ціях, тонкостінних оболонках великих прольотів, багатопролітних конструкціях покрівель блоково­го типу, а також легких конструкціях, що поєдну­ють роботу тонких листів і несучого кістяка.

На стадії виготовлення та монтажу найбіль­ший ефект дає уніфікація об'ємно-планувальних рішень і типізація конструктивних форм, яка зу­мовлює збільшення повторюваності вузлів, окре­мих деталей, елементів конструкцій і тим самим сприяє підвищенню рівня механізації та автома­тизації процесів. Крім того, проекти багаторазо­вого використання (у тому числі типові) відзна­чаються вищим технічним рівнем. При їх вико­ристанні економія сталі досягає 10 %, а продук­тивність праці зростає на 10... 12 %.

Перспективним є створення несучих і огород­жувальних конструкцій, які складаються таким чином, що елементи всієї будівлі чи її частини після виготовлення на заводі в контейнері або у вигляді габаритної відправної марки подаються на монтаж, де їх найпростішими способами роз­правляють і встановлюють у проектне положення. Останнім часом розроблені плоскі та просторові конструкції такого типу у вигляді кроквяних сис­тем, циліндричних і кулястих склепінь та інші.