Достоинства и недостатки МК

История развития МК

Первая металлическая конструкция – железная ко-лонна в Дели, Индия (III в. до н.э.). Ее высота составляет 7 м; за 1600 лет она почти избежала коррозии.

История развития МК в России начинается в 12 в. н.э. и может быть разделена на 5 периодов:

Первый период (от 12 до начала 17 в.) хар-ся при-менением металла в разл. сооружениях (дворцы, церкви) в виде затяжек и скреп для каменной кладки. Первая та­кая конструкция – затяжки Успенского собора во Влади­мире (1158 г.). Чердачное перекрытие Покровского со­бора – первая конструкция из стержней, работающих на сжатие, изгиб и растяжение. Видна зрелость констр. реш.

Второй период (нач. 17 до конца 18 в.) связан с прим. наклонных мет. стропил и пространственных ку­польных конструкций глав церквей. Пример: перекрытие Большого Кремлевского дворца в Москве (1640); каркас купола Казанского собора в Петербурге пролетом 15 м. Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замках и скрепах горновой сваркой.

Констукции периода сохранились до наших дней.

Третий период (конец 18 – сер. 19 в.) связан с ос­воением процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий зданий. Соединения осуществляются на замках и болтах. Первая чугунная конструкция в России – перекрытие крыльца Невьянской башни на Урале (1725). Первый чу­гунный мост – в Петербурге (1784).

Уникальными чугунными конструкциями середи­ны 19 в. являются Петербургские купол Исаакиевского собора и по сей день самый крупный чугунный мост в мире – Николаевский с восемью пролетами 33 – 47 м.

Первые фасонные профили гнутьем и ковкой.

Четвертый период (с 30-х годов 19 до 20-х 20 в.) связан с быстрым техническим прогрессом во всех об­ластях техники (в частности в металлургии и мет-обрке). Процесс получения железа был заменен более совершен­ным – пудлинговым, а затем и выплавкой стали из чугу­на в мартеновских и конвертерных печах. Была создана южная база металлургической промышелнности. С изоб­ретением дыропробивного пресса появились заклепоч­ные соединения; в 40-х гг. освоен процесс получения профильного металла и прокатного листа. Сталь почти полностью вытеснила чугун, который применяли в осно­вном для восприятия усилий сжатия. Для перекрытия пром. зданий небольших пролетов использовали треу­гольные фермы. В конце – решетчатые рамно-арочные каркасы для перекрытия значит. пролетов; наиболее со­вершенно покрытие дебаркадеров Киевского вокзала в Мск. по проекту В.Г. Шухова (!) (1914 г.). Он так же «за­бежал» вперед с проектом башни в Москве.

Пятый период (с 20-х годов 20 в.) – начало широ-кой прогаммы индустриализации страны. К концу 40-х клепаные конструкции почти полностью заменены свар-ными. Развитие металлургии позв. применять вместо обычной малоуглеродистой стали более прочную низко-легированную сталь. Значит. расширилась номенклатура сталей => уменьшение массы и создание большеразмер-ных сооружений. Кроме сталей стали применять алюми-ниевые сплавы. В 30-х гг. Стала оформляться советск. школа проектирования МК – отход от европейской тра­диции соответствия конструктивной формы расчетным предпосылкам. Характерной чертой развития МК стала типизация, а затем стандартизация и унификация конст­руктивных схем и элементов. Большое развитие полу­чили листовые конструкции в связи с развитием нефтя­ной, газовой, химической и металлургической пром-тей. В 1955 г. новый СНиП => все виды строит. конструкций рассчитывают по предельным состояниям.

Выдающиеся ученые: Белелюбский – разработал первый в России метрическ. сортамент прок. профилей. Патон – вып. обширные исследования прочн. сварных МК; иниц. внедрения сварки вмест клепки. Стрелецкий – в течение 50 лет возглавлял сов. конструкторскую школу металлостоительства; впервые применил статические ме­тоды в расчетах МК; инициатор перехода на расчет по методу предельных состояний. Ясинский – первый зап-роектировал многопрол. пром. здание с мет. коллоннами.

Номенклатура стальных конструкций

МК используют сегодня во всех видах зданий и ин­женерных сооружений, особенно при необходимости устройства больших пролетов и восприятия значитель­ных нагрузок. Потребность в МК чрезвычайно велика.

Номенклатура:

1. Одно- или многоэтажные промышлен. здания. Одно- или многопролетные, в т.ч. с пролетами разной высоты, со встроенными рабочими площадками и мно­гоэтажными вставками. Производственые здания обычно оборудуют встроенными транспортными средствами: конвейеры; подвесные или мостовые краны. Наряду со стальными применяют смешанные каркасы. Цельноме­таллические каркасы применяют в основном в зданиях с большими пролетами, высотой и/или грузоподъемнос­тями кранов, а так же в зданиях комплектной поставки.

2. Большепролетные покрытия зданий. В основ-ном это здания общественного назначения – спортивные сооружения, рынки, павильоны, театры и т.п. и некото­рые промышлен. здания: ангары, авиасборочные цеха. Для таких строений характерны пролеты 100-150 м, для перекрытия которых целесообразно использов. стальные конструкции разнообразных систем и констр. форм. Воз­можны балочные, рамные, арочные, купольные, висячие и комбинированные системы; плоские и пространствен­ные. К конструкциям обществен. зданий предъявляются высокие эстетические требования и МК им удовл-ряют.

3. Мосты, эстакады. Мостовые МК применяют на ж/д и автомобильных магистралях при больших и иногда средних пролетах, а так же при сжатых сроках строите­льства. Как и <2> мосты имеют балочную, арочную, ви­сячую и комбинированную системы.

4. Листовые конструкции – тонкостенные плас­тинки и оболочки различной формы: резервуары (для хранения различн. жидкостей и сжиж. газов; вместимо-стью до 200000 м³), газгольдеры (для хранения, смеши-вания и выравнивания состава газов; до 600000 м³), бун­керы и силосы (для хранения и перегрузки сыпучих ма­териалов), трубопроводы большого диаметра. Конструк­ции должны быть прочными и непроницаемыми. Они часто используются в условиях высоких или низких тем­ператур. Этим условиям удовлетворяют как стали так и алюминиевые сплавы.

5. Высотные сооружения – башни и мачты. Ан­тенные устройства для ТВ, радио и телефонной связи высотой 200-500 м; опоры воздушных ЛЭП (20-40 м и до 150 м), вытяжные башни (80-600 м), башни морских ста-ционарных платформ для добычи нефти и газа.

6. Каркасы высотных зданий (20-30 и более эта-жей) используют главным образом в гражданском строи-тельстве в условиях плотной застройки больших горо­дов, а так же для некоторых видов промышленных здан.

7. Крановые и другие подвижные конструкции. МК мостовых, башенных, козловых кранов, кранов пе­регружателей, крупных экскаваторов, ворот гидротехни­ческих сооружений, конструкции отвальных мостов.

8. Прочие конструкции. Конструкции промышлен­ности по использованию атомной энергии в мирных це­лях, конструкции радиотелескопов, платформы для до­бычи ископаемых в море и многие другие.

Достоинства и недостатки МК

------------- Основные достоинства МК -------------

1. Надежность обеспечивается близким совпаде­нием их действительной работы с расчетными предполо­жениями. Материалы МК (сталь, алюминиевые сплавы) обладают большой однородностью структуры и близко соответсвуют расчетным предпосылкам об упругой или упругопластической работе материала.

2. Легкость. Из всех изготовляемых в настоящее время несущих конструкций (ж/б, каменные, дер.) МК являются самыми легкими.

Легкость С, м^-1 равна ρ / R. Чем меньше С, тем отностельно легче конструкция. Для С245 [ГОСТ 27772] C = 3,2∙10^-4 м^-1, для бетона класса В20 C = 21,4∙10^-4 м^-1.

3. Индустриальность. МК в основном изготавли-вают на заводах с современным оборудованием. Монтаж так же выполняют индустриальными методами спец. организации с применением высокопр-ной техники.

4. Непроницаемость. Металлы обладают высокой плотностью – непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность металлов и сварных их соединений необхо­дима при изготовлении газгольдеров и т.п.

5. Изотропность – одинаковая прочность при ра­боте на растяжение, сжатие и изгиб.

6. Возможность деш. вторичного использования.

------------- Основые недостатки МК-------------

1. Коррозия. Незащищенная от действия влажной среды а иногда (что еще хуже) атмосферы, загрязненной агрессивными газами, сталь корродирует, что постепен­но приводит к ее полному разрушению через два-три го­да эксплуатации в неблагоприятных условиях. Алюми­ниевые сплавы хотя и обладают высокой сопротивляе­мостью, но при неблагопр. условиях тоже корродируют. Хорошо сопротивляется коррозии чугун. Повышение стойкости достигается за счет добавления в сталь спе­циальных легир. элементов, периодической покраской МК спец. составами и выбором констуктивной формы без щелей и пазух, где может скапливаться влага, и удоб­ной для очистки.

2. Низкая огнестойкость. Уже при 200 °С предел упругости стали начинат снижаться, а при 600 °С (для Al – 300°C) она полностью переходит в плстическое сос­тояние и становится текучей под дейстием нагрузки, т.е. теряет свою несущую способность. Защита: экраниро­вание огнестойкими облицовками (бетон, керамика, спе­циальные покрытия и др.).

3. Возможность хрупкого и др. особых разрушений появляется при низкой температуре, существовании мест концентрации напряжений; вибрацинных, динамических или ударных нагрузках.