Глава i металлические кровельные конструкции (стр. 2 )

В соответствии с этим требованием упрощалась конструктивная форма благодаря более широкому применению сплошных конструкций из крупных прокатных профилей.

Успехи в развитии металлических конструкций за советский период достигнуты благодаря творческим усилиям проектных и научных организаций, возглавляемых ведущими профессорами и инженерами, внес­шими большой личный вклад в это развитие.

Рис. 6. Поперечная рама начала 30-х годов. Завод «Азовсталь»

Особенно значительны заслуги Героя Социалистического Труда, члена-корреспондента АН СССР, профессора (1885-1967 гг.), возглавлявшего в течение 50 лет советскую конструкторскую школу металлостроительства.

Он впервые применил ста­тистические методы в расчете конструкций, исследовал работу статически неопределимых систем за пределом упругости, провел теоретические исследования и обобщил их данные в области развития конструктивной формы. Герой Социалистического Труда, действительный член АН УССР (1870-1953 гг.), также внесший свой вклад в развитие металлического мостостроения, имеет исключительные заслуги в области механизации и автоматизации электродуговой сварки, что являлось важным техническим достижением советской школы сварщиков.

Металлические конструкции и сегодня применяются во всех видах зданий и инженерных сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки (торговые центры, выставочные павильоны, ангары и т. п.).

Рис. 7. Современные стержневые конструкции

Современные технологии расчета и проектирования элементов металлических конструкций отличаются широким применением систем автоматизированного проектирования (САПР). Одной из базовых платформ для построения САПР, нацеленных на выполнение задач в области промышленного и гражданского строительства, является AutoCAD.

Достоинства и недостатки металлических конструкций

Широкое применение металлических конструкций в строительстве обусловлено целым рядом положи­тельных свойств, которыми они обладают. Основные достоинства металлических конструкций следующие.

Легкость, что объясняется высокой прочностью материала. Металлические конструкции легче конструкций из других мате­риалов, воспринимающих те же нагрузки. Легкость металлических конструкций определяет их широкое использование для экспеди­ционного строительства, особенно в отдаленных и труднодоступных районах.

Высокая надежность, которая обеспечивается однородностью структуры металла, хорошим соответствием между расчетными схемами и фактической работой конструкции и, следовательно, вы­сокой точностью расчета, а также высокими пластическими свойст­вами металла.

Высокая индустриальность изготовления и монтажа. Основная масса металлических конструкций изготавливается на специали­зированных заводах, имеющих высокопроизводительное оборудо­вание, по хорошо разработанной технологии. На этих заводах имеются механизированные полуавтоматические линии по произ­водству сварных балок, сквозных прогонов, ферм и т. д.

Монтаж металлических конструкций также индустриален, так как осу­ществляется специализированными организациями с использова­нием высокопроизводительной техники. В настоящее время широко применяется конвейерная сборка конструкций внизу и монтаж крупными блоками, что резко снижает сроки строительства и по­вышает качество конструкций.

Хорошая сборность конструкций. Соединения, применяемые в металлических конструкциях (сварные, болтовые), хорошо раз­работаны и легко осуществимы, поэтому сборка на строительной площадке сооружения из отдельных элементов, выполненных на заводе (балок, колонн, ферм), производится быстро. Быст­рой сборке способствует также высокая точность изготовления металлических конструкций.

Газо - и водонепроницаемость, обусловленные большой плот­ностью металла. Это свойство определяет широкое использование металла для резервуаров, газгольдеров, трубопроводов, гидроизо­ляции подземных сооружений.

Сравнительная простота ремонта и восстановления металли­ческих конструкций позволяет в короткие сроки вводить в строй разрушенные объекты при небольшой затрате нового металла. Кроме того, металлические конструкции проще, чем конструкции из других материалов, поддаются усилению, в том числе под на­грузкой, что важно при необходимости увеличения мощности кра­нового оборудования зданий и т. п.

Наряду с перечисленными достоинствами, металлические кон­струкции имеют и недостатки.

Подверженность коррозии (ржавлению), предупреждение кото­рой требует специального ухода за конструкциями и дополнитель­ной затраты средств на очистку, окраску и т. д. Конструктивные формы элементов и узлов должны обеспечивать легкий доступ для проведения этих операций и быть такими, чтобы на них не про­исходило скопления пыли, влаги. Алюминиевые сплавы обладают значительно более высокой коррозионной стойкостью, чем сталь. Имеются также атмосферостойкие стали, например, марки 10ХНД17.

Малая огнестойкость, которая проявляется в снижении проч­ности и модуля упругости при высоких температурах, что приво­дит к потере несущей способности конструкции. Модуль упругости стали начинает снижаться при температуре 200° С, а при 600° С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Алюминие­вые сплавы переходят в пластическое состояние, т. е. теряют несу­щую способность, при температуре 300° С. В необходимых случаях для повышения огнестойкости металлических конструкций преду­сматривают огнестойкую облицовку (бетон, специальные покрытия).

Требования, предъявляемые к металлическим конструкциям

При проектировании, как металлических конструкций, так и конструкций из других материалов приходится преодолевать зна­чительные трудности, ибо они должны отвечать целому ряду тре­бований.

Соответствие назначению и условиям эксплуатации. Это без­условное требование является определяющим при выборе кон­структивной формы сооружения и материала для него, а также при назначении основных размеров сооружения.

Надежность конструкций, т. е. обеспечение прочности, устойчи­вости, жесткости сооружения и его элементов при восприятии за­данных нагрузок. Выполнение этого требования достигается стро­гим соблюдением положений нормативных документов при проек­тировании, изготовлении, монтаже и эксплуатации конструкций, а также качеством применяемых материалов, соответствием их характеристик государственным стандартам.

Возможно меньшая затрата материала. Это важнейшее требо­вание в условиях дефицита металла. Его выполнение достигается принятием рациональной конструктивной формы сооружения и элементов, точностью расчетов, правильным выбором марок ста­лей или алюминиевых сплавов, применением эффективных профи­лей элементов и т. д.

Возможно меньшая затрата труда на изготовление и монтаж конструкций. Для выполнения этого требования конструкции должны быть как можно проще и проектироваться с учетом наи­более современных технологических приемов при изготовлении, которые обеспечивают снижение трудоемкости. Конструкции должны быть высокой заводской готовности, иметь удобные мон­тажные соединения (преимущественно на болтах), что обеспечи­вает быстрый монтаж с наименьшими трудозатратами.

Удобство транспортировки. При проектировании металлических конструкций необходимо предусматривать возможность их пере­возки на строительную площадку тем или иным видом транспорта (чаще по железной дороге) целиком или по частям, в виде отпра­вочных марок, которые не только должны вписываться в габарит погрузки транспорта, но и быть достаточно крупными, чтобы упростить укрупнительную сборку при монтаже. Особое значение требование удобства перевозки имеет для конструкций, возводи­мых в отдаленных и труднодоступных районах.

Понятно, что создание конструкции, отвечающей в полной мере всем отмеченным требованиям, невозможно, так как некоторые из них противоречивы. Так, если исходить из требования затраты минимума мате­риала, то при этом получится более сложная конструкция и, сле­довательно, увеличится трудоемкость ее изготовления. И наоборот, стремление максимально упростить конструкцию для облегчения ее производства, транспортировки и монтажа, как правило, при­водит к большему расходу материала.

Задача по созданию той или иной конструкции не решается однозначно, всегда может быть предложено несколько вариантов. Выбор наилучшего из них должен производиться путем технико-экономического сравнения возможных конструктивных решений. При этом надо руководствоваться принципом проектирования, который состоит в стремлении сочетать надеж­ность конструкции с наибольшей экономией металла и наимень­шей трудоемкостью изготовления и монтажа, а, следовательно, с сокращением сроков строительства. Преодоление противоречивости, содержащейся в этих требованиях, заставляет искать более рациональные конструктивные фор­мы, совершенствовать методы расчета, создавать стали и алюми­ниевые сплавы новых марок, более эффективные профили, т. е. обу­словливает развитие металлических конструкций как отрасли науки и техники.

4. Основные причины аварий металлических конструкций

Металлические конструкции находятся в несколько худшем положении, чем инженерные конструкции, выполненные из других материалов. Высокие расчетные сопротивления и обусловленные ими легкость и ажурность металлических конструкций могут привести к тому, что недостаточное сопротивление только одного конструктивного элемента (затяжки в арках и рамах, ванты в вантовых конструкциях) вызывает аварию всей конструкции. В строительной практике известны такие примеры, когда причиной аварии каменных, бетонных, деревянных и других конструкций были дефекты металлических элементов, входящих в общий конструктивный комплекс.

При исследовании аварий конструкций, их отдельных элементов или целых сооружений всегда имеет место стечение ряда неблагоприятных факторов. Иногда бывает трудно правильно установить причину аварий и отделить ее от следствия, а это играет важную роль не только для расследования причин катастрофы, но и для их профилактики в будущем. Так, например, потеря устойчивости конструкции в ряде случаев могла бы и не иметь места, если бы не было перегрузки, а последняя явилась следствием нелепой случайности и т. п. Без преувеличения можно сказать, что почти при каждом случае аварии наблюдается потеря устойчивости отдельными элементами конструкции, не говоря уже о том, что одной из самых распространенных причин аварий является потеря устойчивости всей конструкции или сооружения в целом. Недостатки, допущенные при проектировании, взаимодействуют с ошибками при монтаже, неправильной эксплуатацией, и все это обычно приводит к аварии. Гораздо реже аварию обусловливает какой-то единственный недостаток или единственная ошибка. Современные методы проектирования и расчета обеспечивают, как правило, достаточные запасы прочности в конструкциях и их отдельных элементах.