Применение металлических конструкций в современном строительстве. Преимущества и недостатки металлоконструкций. Способы повышения их долговечности.

Достоинства и недостатки МК.

Требования к проектированию МК: указание технических правил по экономному расходованию основных строительных материалов; выбирать оптимальные в технико-экономическом отношении конструктивные схемы зданий и сооружений, а также сечения элементов; максимально применять для зданий и сооружений унифицированные типовые или стандартные конструкции; применять прогрессивные, высокотехнологические конструкции при изготовлении и на монтаже; использовать конструкции, обеспечивающие наименьшую трудоемкость их изготовления, транспортирования и монтажа, позволяющее поточное изготовление и их конвейерный или крупноблочный монтаж; предусматривать применение заводских соединений прогрессивных типов, в том числе: автоматической и полуавтоматической сварки, фланцевых соединений на болтах, с фрезерованными торцами, на высокопрочных болтах; выполнять требования ГОСТов, инструкций и технических условий на соответствующие конструкции, изделия и комплектующие детали.

Достоинства: наибольшая легкость; наилучшая транспортабельность; наибольшая скорость монтажа; наибольшая индустриальность изготовления; газо- и водонепроницаемость.

Недостатки: способность коррозировать ; малая огнестойкость; дефицитность металлов.

Виды коррозии: атмосферная; подземная; контактная; коррозия блуждающими токами; биокоррозию; химическая; в жидкостях.

Строительные стали, их состав, свойства. Классификация стали, действующие стандарты на строительные стали. Маркировка сталей.

Основным стандартом, регламентирующим характеристики сталей для строительных металлических конструкций, является ГОСТ 27772 – 88. Согласно ГОСТу, фасонный прокат изготовляют из сталей С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345к, С375, для листового и универсального проката и гнутых профилей используются также стали С390, С390К, С440 и С590K. Стали С345, С375, С390 и С440 могут поставляться с повышенным содержанием меди при этом к обозначению стали добавляют букву Д.

При поставке по группе А завод гарантирует механические свойства, по группе Б – химический состав, по группе В – механические свойства и химический состав.

Степень раскисления обозначается буквами: кп – кипящая; сп–спокойная; пс – полуспокойная.

Для низкоуглеродистых сталей в зависимости от вида испытаний на ударную вязкость установлено 6 категорий: категории 1,2 – испытания на ударную вязкость не проводят, 3 – проводят при t = +20°С, 4 – при –20°С, 5 – при –20°С и после механического старения, 6 – после механического старения.

Все эти факторы указывают в марке стали.

По прочностным свойствам стали условно делят на три группы: обычной; повышенной прочности; высокой прочности

Повышение прочности стали достигается легированием и термической обработкой.

Стали обычной прочностиК этой группе относят низкоуглеродистые стали (С235...С285) различной степени раскисления, поставляемые в горячекатаном состоянии. Обладая относительно небольшой прочностью, эти стали очень пластичны, хорошая свариваемость обеспечивается низким содержанием углерода и кремния. Коррозионная стойкость – средняя, поэтому такие конструкции следует защищать с помощью лакокрасочных и других покрытий. Недостатком низкоуглеродистых сталей является склонность к хрупкому разрушению при низких температурах, поэтому они имеют ограниченное применение при низких отрицательных температурах.

Стали повышенной прочности.Стали повышенной прочности (С345...С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих добавок, в основном марганца и кремния, реже никеля и хрома, либо термоупрочнением низкоуглеродистой стали

Стали высокой прочности.Прокат из стали высокой прочности (С440...С590) получают, как правило, путем легирования и термической обработки.

Подбор химического состава и режима термообработки позволяет значительно повысить сопротивление хрупкому разрушению и обеспечить высокую ударную вязкость при температурах до –70°С. Определенные трудности возникают при изготовлении и сварке конструкций. Высокая прочность и низкая пластичность требуют более мощного оборудования для резки, правки и других операций.

Атмосферостойкие стали. Для повышения коррозионной стойкости металлических конструкций применяют низколегированные стали, содержащие в небольшом количестве (доли процента) такие элементы, как хром, никель и медь.

В конструкциях, подвергающихся атмосферным воздействиям, весьма эффективны стали с добавкой фосфора (например, сталь С345к). На поверхности таких статей образуется тонкая оксидная пленка, обладающая достаточной прочностью и защищающая металл от развития коррозии. Однако свариваемость стали при наличии фосфора ухудшается.

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. Углеродистые стали обыкновенного качества состоят из железа и углерода с некоторой добавкой кремния (или алюминия) и марганца. Прочие добавки (медь, хром и т.д.) специально не вводятся и могут попасть в сталь из руды

В состав легированных сталей помимо железа и углерода входят специальные добавки, улучшающие их качество. Поскольку большинство добавок в той или иной степени ухудшают свариваемость стали, а также удорожают ее, в строительстве в основном применяют низколегированные стали с суммарным содержанием легирующих добавок не более 5%.

Сера вследствие образования легкоплавкого сернистого железа, делает сталь красноломкой (склонной к образованию трещин при температуре 800-1000°С). Это особенно опасно для сварных конструкций. Вредное влияние серы снижается при повышенном содержании марганца. Содержание серы и фосфора в стали ограничивается и должно быть не более 0,03...0,05%.

В зависимости от вида поставки стали подразделяют на горячекатаные и термообработанные (нормализованные или термически улучшенные). В горячекатаном состоянии сталь далеко не всегда обладает оптимальным комплексом свойств. При нормализации измельчается структура стали, повышается ее однородность, увеличивается вязкость, однако существенного повышения прочности не происходит. Термическое улучшение (закалка в воде и высокотемпературный отпуск) позволяют получить стали высокой прочности, хорошо сопротивляющиеся хрупкому разрушению.

По степени раскисления стали могут быть кипящими, полуспокойными, спокойными.

Нераскисленные стали кипят при разливке вследствие выделения газов: такая сталь носит название кипящей и оказывается более засоренной газами и менее однородной.

Чтобы повысить качество низкоуглеродистой стали, ее раскисляют добавками кремния от 0,12 до 0,3% или алюминия до 0,1%. Кремний (или алюминий), соединяясь с растворенным кислородом, уменьшает его вредное влияние. Раскисленные стали не кипят при разливке, поэтому их называют спокойными. Спокойная сталь более однородна, лучше сваривается, лучше сопротивляется динамическим воздействиям и хрупкому разрушению. Ее применяют при изготовлении ответственных конструкций, подвергающихся статическим и динамическим воздействиям.

3. Задача. Проверить прочность второстепенной балки выполненной из прокатногодвутавра №24 (сталь марки ВСт3сп5) по нормальным напряжениям. На балку действует равномерно-распределенная нагрузка, включая собственный вес балки, q=12кН/м, пролет l=6м, коэффициент условий работы γ_с=1,05.

Билет №4