Сталь идеальный материал для строительных конструкций. Сталь отличается однородностью механических свойств, обладает высокой прочностью и пластичностью, хорошо сваривается всеми известными способами сварки и обрабатывается на механическом оборудовании.
1.1.Достоинства металлических конструкций
1. Высокая несущая способность Металлические конструкции имеют высокую несущую способность при различных видах нагружений.
Несущая способность характеризуется величиной коэффициента конструктивного качества (табл. 1.1), равного отношению
c=Y/R,
где Y – объемная масса материала конструкции в т/м3;
R – расчётное сопротивление материала конструкции в кН/см2.
Таблица 1.1
Коэффициент конструктивного качества материалов для строительных конструкций
|
Материал конструкций |
Объемная масса Y, т/м3 |
Расчетные сопротивления R, кН/см2 |
Отношение Y/R, 1/м. |
|
Железобетон |
2,5 |
1,00 – 4,00 |
18 ? 24·10-4 |
|
Древесина |
0,8 |
0,50 – 1,00 |
5,4·10-4 |
|
Малоуглеродистая сталь |
7,85 |
20,00 – 28,00 |
3,2·10-4 |
|
Низколегированная сталь |
7,85 |
30,00 – 50,00 |
1,7·10-4 |
|
Алюминиевые сплавы |
2,7 |
16,00 – 30,00 |
1,1·10-4 |
2. Сравнительная легкость. Из строительных конструкций (железобетонные, металлические, деревянные), металлические конструкции являются наиболее экономичными по отношению их веса к их несущей способности (табл.1.1). У алюминиевых сплавов коэффициент С значительно ниже, чем у стали, но в силу высокой цены на алюминий в строительных конструкциях они применяются редко.
3. Надежность. Металл изотропный материал, обладает однородностью структуры. Работа стали достаточно точно соответствует расчетным предпосылкам. Действительная работа металлических конструкций близка расчетным предположениям. Металлические конструкции сохраняют эксплуатационные показатели в течение длительного промежутка времени.
4. Индустриальность. Металлические конструкции в основном изготавливают на специализированных заводах, оснащенных новейшим оборудованием. Монтаж металлических конструкций также индустриален, особенно если говорить о монтаже крупными блоками с использованием высокопроизводительной техники.
5. Разборность и легкая заменяемость Возможность демонтажа здания из металлических конструкций и его вторичное возведение в другом месте. Например, павильон Советского Союза на международной выставке в 1967 г. в Монреале был разобран, перевезен в Москву и установлен на ВВЦ (павильон «Москва»).
6. Непроницаемость Металл обладает непроницаемостью для газов и жидкостей. Это свойство широко используют в листовых конструкциях – резервуарах, газгольдерах, трубопроводах.
7. Ремонтопригодность В процессе службы металлические конструкции легко могут быть усилены или заменены.
8. Возможность использования металла, отслужившего свой срок. Металлические конструкции, отслужившие свой срок, демонтируют и в виде металлолома отправляют на переплавку на металлургические комбинаты.
1.2. Недостатки металлических конструкций
1. Малая огнестойкость При температуре 500-600°С все механические характеристики стали (модуль упругости, предел текучести и временное сопротивление) начинают уменьшаться, а при температуре 600°С и более сталь не может нести нагрузку. Для повышения огнестойкости металлических конструкций их поверхность покрывают защитными эмалями или создают специальные оболочки их бетона или керамики. Имеются жаростойкие стали, но они очень дороги.
2. Коррозия Коррозия – это окисление металла под воздействием атмосферной влаги или действием агрессивных сред. Для защиты от коррозии или её предотвращения необходима покраска специальными лаками, красками эмалями или цинкование. При проектировании конструкций необходимо обеспечение некоторых конструктивных требований. Специальные легирующие добавки в сталь при её выплавке позволяют избавиться от коррозии или снизить ее скорость.
3. Высокая стоимость Стоимость стали складывается из стоимости добычи и обогащения руды и стоимости производства стали. Добыча и обогащение руды, выплавка чугуна и стали, изготовление металлических конструкций – всё это трудоемкие и дорогостоящие процессы.
4. Возможность хрупкого разрушения. В некоторых случаях при неблагоприятных условиях эксплуатации (пониженные температуры, объемное напряженное состояние, концентрация напряжений и т.д.) возможно хрупкое разрушение стали. Высокопрочные стали более склонны к хрупкому разрушению.
1.3. Требования к металлическим конструкциям
1. Конструкции должны удовлетворять условиям эксплуатации Конструктивная схема, конструктивная форма; выбор материала и т.д. должны удовлетворять условиям эксплуатации.
2. Экономия металла Металл имеет высокую стоимость. Потребность в металле велика, т.к. его широко применяют во многих отраслях промышленности. В строительстве металл применяют тогда, когда замена другими материалами нерациональна.
3. Надежность и долговечность Надежность - способность конструкций сохранять эксплуатационные показатели в течение заданного промежутка времени. Долговечность ? способность конструкций сохранять работоспособность в течение заданного срока службы. Надежность и долговечность металлических конструкций обеспечивается качеством металла, совершенствованием норм проектирования, качеством изготовления и монтажа.
4. Транспортабельность Транспортабельность - это возможность перевозки конструкций или их элементов с применением существующих транспортных средств и без ущерба для окружающей среды. При проектировании металлических конструкций их разделяют на транспортабельные отправочные марки.
5. Технологичность изготовления Конструкции и их элементы должны проектировать с учетом технологии их изготовления. В конструкциях должна быть предусмотрена возможность применения сварочной техники и размещения гайковёртов.
6. Технологичность монтажа Конструкции должны проектировать с учетом технологии их монтажа.
7. Эстетичность Конструкции должны обладать гармоничными и эстетичными формами
