Материалы МК. Виды строительных сталей, действующая классификация.

Краткий исторический очерк развития металлических конструкций. Современное состояние науки о МК.

Понятие МК включает в себя их конструктивную форму, технологию изготовления и способы монтажа. Уровень развития МК определяется потребностями в них народного хозяйства и возможностями технической базы – развитием металлургии, металлообработки, строительной науки и техники. 5 периодов развития:

1. 12-17 век – применение металла в уникальных сооружениях (дворцах, церквях) в виде затяжек для каменной кладки.

2. начало17-конец18 века – применение наклонных металлических стропил и пространственных купольных конструкций глав церквей.

3. начало18-середина19 века – освоение процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий.

4. 30-е годы 19 века-20-е 19 века – технический прогресс в металлургии и металлообработке. Сталь практически вытеснила из конструкций чугун.

5. с 20-х годов первой пятилетки. Появление сварных конструкций. Применение более прочной низколегированной стали.

Особенностью современного развития МК является появление и широкое внедрение в строительство новых материалов 9конструкционное стекло, модифицированные пластмассы, углепластики). Эти материалы используются в сочетании с традиционным металлом. Основными направлениями развития МК в настоящее время являются: строительство высотных зданий, спортивных арен, стадионов, развитие трансформируемых конструкций, реконструкция зданий и сооружений, строительство павильонов, музеев и общественных центров на основе стекла и металла.

Номенклатура и область применения МК. Их достоинства и недостатки.

МК применяются во всех видах зданий и сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки. В зависимости от конструктивной формы и назначения МК можно разделить на следующие виды:

1.промышленные здания – конструкции выполняются в виде цельнометаллических или смешанных каркасов;

2.большепролетные здания (спортивные сооружения, театры, рыночные павильоны, театры) – здесь возможны балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные системы

3.Мосты, эстакады

4.листовые конструкции (резервуары, газгольдеры, бункеры, трубопроводы большого диаметра) – такие конструкции являются тонкостенными оболочками различной формы. Часто используются в условиях низких или высоких температур.

5.башни и мачты – применяют для радио и телевидения, в геодезической службе, также нефтяные вышки, дымовые и вентиляционные вышки.

6.каркасы многоэтажных зданий – применяют в основном в гражданском строительстве

7.крановые и другие подвижные конструкции – выполняются из материала, позволяющего максимально уменьшить их вес. Это конструкции мостовых, башенных кранов, экскаваторов, строительных машин.

8.прочие конструкции (платформы для разведки и добычи газа и нефти в море, конструкции радиотелескопов для космической и радиосвязи).

Достоинства МК:

1.надежность – близкое совпадение действительной работы с расчетной, МК обладают однородностью и изотропностью (свойства во всех направлениях одинаковы).

2.легкость – МК являются самыми легкими конструкциями. Легкость определяется отношением плотности материала к его расчетному сопротивлению. Для стали 1,7*10^-4

3.индустриальность – изготовление на заводах

4.непроницаемость – не пропускают жидкости и газы.

5.ремонтопригодность – МК достаточно легко поддаются ремонту

Недостатки:

1.коррозия – окисление стали во влажной среде. Повышают стойкость путем введения легирующих добавок, покрытием лаками, красками, а также выбором рациональной формы конструкции

2.низкая огнестойкость – при температуре 200 градусов начинается снижение модуля упругости, при 600 градусах – сталь течет под нагрузку, то есть переходит в пластическое состояние.

3.склонность к хрупкому разрушению.

Требования, предъявляемые к МК. Типизация и унификация.

При проектировании МК должны учитываться основные требования:

1.условия эксплуатации – необходимо учитывать условия, при которых будет использоваться металл

2.экономия металла – так как существует большая потребность в металле во всех отраслях промышленности и относительно высокой стоимостью

3.транспортабельность – должна быть предусмотрена возможность перевозки их с завода целиком или по частям

4.технологичность – конструкции должны проектироваться с учетом требований технологии изготовления и монтажа с ориентацией на наиболее современные технологические приемы, обеспечивающие снижение трудоемкости

5.скоростной монтаж – возможность сборки в наименьшие сроки

6.долговечность – определяется сроками ее физического и морального износа

7.эстетичность – конструкции независимо от их назначения должны обладать гармоничными формами, особенно для общественных зданий и сооружений.

Основной принцип проектирования – достижение трех главных показателей – экономии стали, повышения производительности труда при изготовлении, снижения трудоемкости и сроков монтажа.

Типизация – разработаны типовые решения часто повторяющихся элементов – колонн, ферм, подкрановых балок, оконных и фонарных переплетов. В этих типовых решениях унифицированы размеры элементов и сопряжений. Для некоторых элементов разработаны стандарты. Разработаны типовые решения таких сооружений как радиомачты, башни, опоры линий электропередач, резервуары, газгольдеры, пролетные строения мостов. Типовые решения разработаны на основе применения оптимальных с точки зрения затрат материалов, размеров элементов, технологии их изготовления и возможностей транспортирования.

Типизация, унификация и стандартизация обеспечивают большую повторяемость, серийность изготовления, способствуют повышению производительности труда, сокращению сроков изготовления. Типовые проекты обеспечивают экономию металла, повышают качество и сокращают сроки строительства.

Материалы МК. Виды строительных сталей, действующая классификация.

Для строительных МК используется в основном прокатная сталь и алюминиевые сплавы. Редко применяется чугун – в деталях опор тяжелых конструкций. Для висячих и предварительно напряженных конструкций используются тросы и пучки из высокопрочной проволоки, и стержни из арматурной стали.

Доменный чугун получают путем расплавления железной руды и необходимых добавок при сгорании кокса. Затем его переплавляют в присутствии кислорода и высокой температуры. Из-за высокого содержания углерода чугун является хрупким материалом, обладающим малой прочностью на растяжение, также обладает повышенной коррозионной стойкостью и плохой свариваемостью, поэтому в настоящее время чугун не применяется для строительных конструкций. Чугун применяется иногда в опорных частях, шарнирах.

Сталь – это сплав железа (феррита) с углеродом, содержащий легирующие добавки и примеси.

Алюминиевые сплавы имеют малую плотность, повышенную стойкость против коррозии, повышенную деформативность и низкую устойчивость.

Свойства металлов:

1.прочность – сопротивляемость материала внешним нагрузкам без разрушения

2.упругость – свойство материала восстанавливать форму после снятия нагрузки

3.пластичность – свойство материала сохранять деформированное состояние после снятия нагрузки

4.хрупкость – склонность к разрушению при малых деформациях

5.релаксация – снижение напряжений без изменения деформаций

6.твердость – свойство сопротивляться внедрению более твердого материала

7.ползучесть – увеличение деформаций без изменения напряжения.

Классификация стали:

1.По способу выкладки:

а)мартеновская

б)конверторная

в)электросталь

2.По прочности:

 а)сталь высокой прочности – R_y<290 МПа

б)повышенной прочности - R_y=20-400 МПа

в)высокопрочная сталь - R_y>400 МПа

3.Похимическому составу:

а)углеродистые – малоуглеродистые (0.22%)

б)легированные

4. П способу раскисления (кремнийАлюминий

- Кипящая КП = 5%- Полуспоойная= 10%

- Спокойная=15%