Металлоконструкции

Существует множество разнообразных вариантов металлоконструкций, которые  имеют два общих фактора:

- исходный материал - прокатный металл, выпускаемый по единому стандарту: лист, уголок, швеллер, двутавр, труба и т.д.

- один технологический процесс изготовления при помощи холодной обработки металла (резка, гибка, образование отверстий и т. д.) и соединение деталей в более сложные элементы и комплексы (сборочно-сварочные операции).

Преимущества металлоконструкций:

- надежность за счет почти полного совпадения действительной работы каждого элемента (распределение напряжений и деформаций) с расчетными предположениями.

- легкость по сравнению с другими несущими конструкциями - железобетонные, каменные, деревянные. Легкость металлоконструкций определяется по формуле:

с = p/R,

где р - плотности материала, R - сопротивление.

Например,  для малоуглеродистой стали с = 3,7*10-4 1/м;

для стали высокопрочной с =1,7*10-4 1/м;

для дюралюмина марки Д16-Т с=1,1*10-4 1/м;

для бетона марки М300 с= 1,85*10-3 1/м;

для дерева с = 5,4*10-4 1/м.

- индустриальность заключается в процессе изготовления на заводах, оборудованных современными станками, и монтаже металлоконструкций специализированными организациями при помощи  высокопроизводительной техники.

- непроницаемость для газов и жидкостей за счет высокой плотности металлов.

Помимо преимуществ металлоконструкции имеют и недостатки, по искоренению которых постоянно ведутся исследования:

- коррозия – это процесс окисления, а затем и разрушения металла в результате воздействия на него факторов и загрязнений окружающей среды. Различные металлы имеют разное сопротивление коррозии, наиболее устойчив чугун, что и определяет срок эксплуатации незащищенных металлоконструкций. Для увеличения сопротивления коррозии, а следовательно и  срока службы металлоконструкции в сталь добавляют специальные легирующие элементы, покрывают специальными защитными пленками или выбирают оптимальную форму конструкции для ухода за ней.

- огнестойкость у разных металлов различна, что и обуславливает применение того или иного металла в зависимости от специфики сооружения. К примеру, сталь при t = 200 °С становится мене упругой, а при t = 600°C - полностью переходит в пластическое состояние. Алюминий переходит в пластическое состояние уже при t = 300°С. Для устранения данного недостатка используют специальные огнестойкие облицовки (бетон, керамика, специальные покрытия и т. д.).

Основные требования проектирования металлоконструкций:

1. Условия эксплуатации должны строго соблюдаться при проектировании любой металлоконструкции и включают в себя систему, конструктивную форму сооружения и вид материала.
2. Экономия металла обусловлена большой его потребностью во всех сферах деятельности человека и относительно высокой стоимостью, поэтому он используется только тогда, когда его нельзя заменить другими видами материалов.
3. Транспортабельность заключается в перевозке металлоконструкций от мест изготовления до строительных площадок целиком или по частям (отправочными элементами), используя соответствующие транспортные средства. Эта особенность должна учитываться при проектировании.
4. Технологичность заключается в учете требований технологии изготовления и монтажа с применением наиболее современных и производительных технологических приемов, обеспечивающих максимальное снижение трудоемкости.
5. Скоростной монтаж обусловлен возможностями сборки металлоконструкции в наименьшие сроки при помощи имеющегося монтажного оборудования.
6. Долговечность обусловлена сроками физического (коррозия) и морального (изменение условий эксплуатации) износа.
7. Эстетичность заключается в гармоничных формах металлоконструкций, используемых при строительстве и реконструкции общественных зданий и сооружений.

Основой проектирования металлоконструкции являются научные и практические принципы советской школы проектирования:

- экономия металла достигается за счет использования в  металлоконструкциях низколегированных и высокопрочных сталей, наиболее экономичных прокатных и гнутых профилей, изыскания и внедрения современных эффективных конструктивных форм и систем (пространственных, предварительно напряженных, висячих, трубчатых и т.п.), совершенствования методов расчета и изыскания оптимальных конструктивных решений с использованием электронно-вычислительной техники и т.д.;

- снижения трудоемкости за счет типизации металлоконструкций - колонн, ферм, подкрановых балок, оконных, фонарных переплетов, радиомачт, башен, опор линий электропередачи, резервуаров, газгольдеров, пролетных строений мостов, некоторых видов промышленных зданий, сооружений и т.д. Для этого разрабатываются стандарты, в которых указываются размеры каждого элемента, затраты материала, оптимальные технологии их изготовления и возможности транспортировки.

- повышения производительности труда при изготовлении одной единицы продукции обеспечивается серийностью изготовления конструктивных элементов и их деталей на заводах при использовании совершенного оборудования и специальных технологических приспособлений (кондукторов, копиров, кантователей и т.д.);

- снижение сроков монтажа осуществляется за счет сборки конструкций в более крупные блоки на земле с последующим подъемом их в проектное положение с минимальным количеством монтажных работ наверху.

Но эти показатели часто противоречат друг другу (так, например, наиболее экономная по расходу стали конструкция часто бывает наиболее трудоемкой в изготовлении и монтаже). Для снижения этого противоречия по всем направлениям ведется постоянная исследовательская работа, что позволяет систематически уменьшать удельные затраты металла.