- •1. История развития металлических конструкций. Область применения металлических конструкций. Достоинства и недостатки металлических конструкций
- •2. Материалы для строительных металлоконструкций. Строительные стали. Их свойства и классификация.
- •3. Работа стали при однократном статическом нагружении. Виды и механизм разрушения стали. Нормативные и расчетные сопротивления стали
- •4. Выбор стали для строительных металлоконструкций. Сортамент стали.
- •5. Основы расчета металлических конструкци по предельным состояниям. Виды предельных состояний. Нагрузки и воздействия.
- •6. Предельные состояния и расчет центрально-нагруженных элементов.
- •7. Предельные состояния и расчет изгибаемых моментов.
- •8.Сварные соединения элементов металлических конструкций. Стыковые сварные соединения. Соединения с угловыми швами и их расчет
- •9. Болтовые соединения. Работа и расчёт болтовых соединений на обычных болтах. Соединения на высокопрочных болтах
- •10. Расчёт прокатных балок. Подбор сечения, проверка несущей способности и жесткости.
- •13.Центрально-сжатые стальные колонны. Классификация. Устойчивость сжатых элементов.
- •14. Проектирование центрально-сжатых сплошных колонн. Методика подбора сечения сплошных колонн.
- •15. Стальные фермы. Классификация. Основы проектирования ферм.
- •16. Стальные каркасы одноэтажных производственных зданий
- •17. Основы проектирования стальных каркасов высотных зданий и сооружений.
- •18. Каркасы большепролетных зданий. Область применения и классификация. Балочные, рамные и арочные системы большепролетных зданий.
- •19. Пространственные системы большепролётных зданий. Структурные плиты, складки, оболочки, купола
- •20. Висячие и мембранные системы . Достоинства и недостатки . Опорные конструкции.
1. История развития металлических конструкций. Область применения металлических конструкций. Достоинства и недостатки металлических конструкций
Понятие «металлические конструкции» включает в себя их конструктивную форму, технологию изготовления и способы монтажа. Уровень развития металлических конструкций определяется, с одной стороны, потребностями в них экономики, а с другой — возможностями технической базы: развитием металлургии, металлообработки, строительной науки и техники
Исходя из этих положений, история развития металлических конструкций может быть разделена на пять периодов:
Первый период (с XII до начала XVII в.) характеризуется применением металла, в уникальных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах и т.п.) в виде затяжек и скреп для каменной кладки. Затяжки выковывали из кричного железа и скрепляли через проушины на штырях.
Второй период (с начала XVII до конца XVIII в.) связан с применением наклонных металлических стропил и пространственных купольных конструкций («корзинок») глав церквей (рис. В2). Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замках и скрепах горновой сваркой. Конструкции такого типа сохранились до наших дней.
Третий период (с начала XVIII до середины XIX в.) связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий. Соединения чугунных элементов осуществляются на замках или болтах.
Четвёртый период (с 30-х годов XIX в. до 20-х годов XX в.) связан с быстрым техническим прогрессом во всех областях техники того времени, в частности в металлургии и металлообработке. В начале XIX в. кричный процесс получения железа был заменен более совершенным — пудлингованием, а в конце 80-х годов XIX в. — выплавкой железа из чугуна в мартеновских и конвертерных печах.
Пятый период (послереволюционный) начинается с 20-х годов XX в., с первой пятилетки, когда государство приступило к осуществлению широкой программы индустриализации страны. К концу 40-х годов XX в. клепаные конструкции были почти полностью вытеснены сварными, более легкими, технологичными и экономичными. Развитие металлургии уже в 30-е годы XX в. позволило применять в металлических конструкциях вместо обычной малоуглеродистой стали более прочную низколегированную сталь.
Номенклатура и область применения металлических конструкций
1. Промышленные здания. Каркасы промышленных зданий бывают полностью металлическими и смешанными (металлическое покрытие по железобетонным колоннам). Промышленные здания при необходимости оборудуются мостовыми и подвесными кранами.
2. Большепролетные здания. Это, как правило, здания общественного назначения: спортивные, рынки, павильоны, ангары. Они имеют пролеты до 100 – 150 м. Для большепролетных зданий применяются балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные конструктивные схемы каркасов.
3. Мосты, эстакады. В конструктивном отношении мосты и эстакады имеют разнообразные системы: балочные, арочные, висячие, комбинированные.
4. Листовые конструкции. Листовые конструкции применяются в резервуарах, газгольдерах, бункерах, баках, трубопроводах большого диаметра.
5. Башни, мачты. Применяются для радио, телевидения и сотовой связи, в геодезической службе, в опорах линий электропередач, в нефтяных вышках, дымовых и вентиляционных трубах.
6. Каркасы многоэтажных зданий. Применяются в промышленных и гражданских зданиях.
7. Крановые и другие подвижные конструкции: мостовые, башенные, козловые краны, конструкции экскаваторов и др.
8. Прочие конструкции. К ним относятся каркасы радиотелескопов, трамплинов, платформ по разводке нефти, газа в море, каркасы надшахтных копров.
Основные особенности металлических конструкций и предъявляемые к ним требования
Во-первых, исходным материалом для всех конструкций является прокатный металл, выпускаемый по единому стандарту — сортаменту : лист, уголок, швеллер, двутавр, груба и т.п. Из этого материала компонуются разнообразные конструктивные формы.
Во-вторых, все конструкции объединены одним технологическим процессом их изготовления, в основе которого лежат холодная обработка металла (резка, гибка, образование отверстий и т.п.) и соединение деталей в конструктивные элементы и комплексы (сборочно-сварочные операции).
Достоинства и недостатки металлических конструкций
+ Надежность: обеспечивается совпадением действительной работы конструкций в упругой стадии с расчетными предпосылками. Материал металлических конструкций однороден и изотропен.
+ Легкость: металлические конструкции легче каменных, деревянных и железобетонных. Легкость конструкций с определяется отношением плотности материала p к его расчетному сопротивлению R. с=p/R (Чем меньше с, тем относительно легче конструкция).
+ Индустриальность: металлические конструкции изготавливаются на заводах ЗМК с высокой степенью заводской готовности. Монтаж конструкций производится индустриальными методами с применением высокопроизводительной техники.
+ Непроницаемость: обеспечивается высокой плотностью металлов. Непроницаемость является необходимым условием для применения металлических конструкций в резервуарах, газгольдерах, трубопроводах и т.п.
+ Ремонтопригодность
- Коррозия: повышение коррозионной стойкости металлических конструкций достигается включением в сталь специальных легирующих элементов, покрытием конструкций защитными пленками (лаками, красками, эмалями и т.п.), выбором рациональной конструктивной формы элементов (без щелей, пазух). Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов и чугуна значительно выше коррозионной стойкости стали.
- Небольшая огнестойкость: требуемая огнестойкость конструкции достигается их защитой огнестойкими облицовками (вспучивающимися покрытиями, матами из минеральной ваты, гипсокартонными плитами, строительным раствором, бетоном, керамикой и т.п.).