Термины в архитектуре и строительстве  >>  Термины на С, 4 часть - СТА - СТИ  >>  Стальные конструкции - это (термин в стиле википедии)

СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ — конструкции, изготавливаемые из сталей различных марок и состояний.

 

Основными достоинствами стальных конструкций, определяющими область их применения, являются: относительная легкость, достигаемая в результате использования сталей с высокими прочностными характеристиками; разнообразие конструктивных форм; широкая возможность типизации и унификации, высокая степень индустриальности изготовления и монтажа; возможность сочетания с другими материалами (например, железобетоном, алюминием и т. д.), а также выполнения сборно-разборных конструкций.

 

 

Основные недостатки стальных конструкций — подверженность коррозии (особенно в некоторых агрессивных средах) и снижение прочности при высоких температурах. Стальные конструкции применяются преимущественно в качестве несущих конструкций зданий и сооружений, башенных конструкций различного назначения, листовых конструкций, пролетных строений мостов, подвижных металлических конструкций (в т. ч. кранов, затворов гидротехнических сооружений) и т. д.

 

Конструкционная сталь - это категория стали, используемая для изготовления строительных материалов различных форм. Многие конструкционные стальные профили имеют форму удлиненной балки, имеющей профиль определенного поперечного сечения. Формы, размеры, химический состав, механические свойства конструкционной стали, такие как прочность, методы хранения и т. д., регулируются стандартами в большинстве промышленно развитых стран.

Большинство профилей из конструкционной стали, таких как двутавровые балки, имеют высокие вторые моменты площади, что означает, что они очень жесткие по отношению к площади поперечного сечения и, таким образом, могут выдерживать высокую нагрузку без чрезмерного провисания.

 

При проектировании стальных конструкций, помимо соблюдения основных положений — обеспечения надежности сооружения и удовлетворения условиям эксплуатации, необходимо выполнение требований, которые определяют оптимальность конструктивной формы: экономия стали, уменьшение трудоемкости изготовления, сокращение сроков монтажа. В стальных конструкциях применяются различные статические схемы, в том числе балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, пространственные; иногда сооружают предварительно напряженные стальные конструкции. Предварительное напряжение и регулирование усилий в стальных конструкциях достигается различными конструктивными приемами.

 

Наиболее хорошо изучены балки, фермы, арки, рамы, в которых предварительное напряжение осуществляется введением затяжек из высокопрочных сталей (тросов, пучков высокопрочной проволоки), натягиваемых в процессе изготовления конструкции. Экономия стали получается за счет создания в металле основного (жесткого) элемента предварит, напряжений, обратных по знаку напряжениям от нагрузки, что обеспечивает более полную работу металла под нагрузкой, а также в результате введения высокопрочных материалов в элементы, работающие на изгиб. Предварительное напряжение может осуществляться как при изготовлении элементов на заводе, так и при монтаже конструкций или целых сооружений.

 

В висячих и предварительно напряженных стальных конструкциях весьма эффективно используются тросы и пучки высокопрочной проволоки. Стальные конструкции выполняются сплошно-стенчатыми, плоскими и пространственными, решетчатыми, листовыми и т. д. В промышленных зданиях стальные конструкции сооружаются при больших пролетах и высотах зданий, при тяжелом крановом оборудовании и напряженном режиме работы кранов, а также в условиях эксплуатации, при которых железобетонные конструкции не являются долговечными. К таким зданиям относятся многие здания предприятий металлургической и химической промышленности, кузнечно-прессовые и сборочные цехи заводов тяжелого машиностроения, авиа сборочные цехи и т. п.

 

Стальные конструкции промышленных зданий представляют собой комплекс конструктивных элементов в виде поперечных рам, конструкций шатра здания, стропильных и подстропильных ферм, прогонов, фонарей, подкрановых балок, элементов фахверка и связей, сочлененных в пространственный каркас. Поперечные рамы являются основными несущими конструкциями, они воспринимают все нагрузки от мостовых кранов, собственного веса, несущих и ограждающих конструкций, от ветра и снега. От жесткости поперечных рам в горизонтальном направлении в основном зависят эксплуатационные качества сооружения. Повышение жесткости каркаса достигается защемлением колонн в фундаментах, жестким сопряжением ригеля рам с колоннами, а также за счет пространственной работы конструкции.

 

Пространственная работа каркаса в горизонтальном направлении обеспечивается при наличии железобетонных кровельных плит жестким кровельным диском покрытия, а при более легких кровлях — горизонт, связями, расположенными по нижним поясам ригелей. При действии нагрузок от мостовых кранов на одну или несколько рам температурного блоки и железобетонные покрытия оказываются недолговечными; в таких случаях более целесообразны металлические кровли (из волнистой стали, алюминия и т. п.). В зданиях с пролетами в пределах 24—30 м и с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т получают распространение смешанные каркасы в виде железобетонных колонн и металлических конструкций шатра и подкрановых балок.

 

Большепролетные стальные конструкции применяются в перекрытиях спортивных и зрелищных сооружений, крытых рынков, выставочных павильонов, ангаров, авиасборочных цехов и т. п. Применение стальных конструкций в перекрытиях больших пролетов оправдывается значительным снижением собственного веса конструкций, удобствами монтажа и архитектурными достоинствами таких конструкций. В большепролетных перекрытиях применяются разные виды несущих систем (балочные, рамные, арочные, висячие, оболочки и др.).

 

В зданиях с обычным температурным режимом покрытие часто проектируется без прогонов, в виде железобетонных плит пролетом 6 или 12 м, укладываемых по ригелям рам. Такая кровля весьма индустриальная, но тяжела. Более экономичны (по затрате металла) покрытия из асбестоцементных или других легких плит с эффективным утеплителем, укладываемые по легким прогонам (прокатным или решетчатым). В зданиях с большими тепловыделениями при температуре (на уровне кровли) 100—150° системы. В большепролетных стальных конструкциях перспективно применение предварительного напряжения и регулирования усилий, использование пространственных систем с совмещением несущих и ограждающих конструкций, сталей повышенной прочности и алюминиевых конструкций, обеспечивающих эффективное снижение собственного веса конструкций.

 

Существенную экономию стали можно получить снижением собственного веса ограждающих конструкций кровли, использованием для кровли свето-прозрачных пластмасс и т. п. Большепролетные конструкции, как правило, не являются массовыми, однако в них возможно широкое применение типовых конструктивных элементов (плит, прогонов и т. п.). Стальные конструкции высотных сооружений типа опор, башен и мачт используются главным образом для линий связи и электропередач, радиовещания и телевидения. Аналогичного вида конструкции применяются для геофизических вышек, опор канатных дорог и т. п. В высотных сооружениях главными нагрузками являются ветер и гололед, действующие как на конструкцию, так и на оборудование. В СССР проведена большая работа по уточнению величин этих нагрузок, что позволило существенно снизить вес сооружений.

 

Однако эта проблема не исчерпана и дальнейшее изучение нагрузок, действующих на высотные сооружения, является одним из путей, которые могут привести к значительной экономии стали. Основой уменьшения ветровой нагрузки является создание сооружений обтекаемых форм с применением стержней круглого сечения и т. п. Кроме того, трубчатые и круглые профили лучше сопротивляются коррозии, что важно для сооружений, стоящих на открытом воздухе. Прогрессивными направлениями в монтаже высотных сооружений являются применение высокопрочных болтов, монтажной сварки проплавлением, монтажа линейных сооружений с вертолетов.

 

Стальные конструкции доменных цехов связаны с технологическими агрегатами и развитие их идет совместно с совершенствованием технологического процесса в направлении укрупнения доменных сооружений. Основной конструктивной и технологической проблемой стальных конструкций доменных цехов является их типизация с выявлением оптимальных объемов доменных печей и других агрегатов. Скоростные методы монтажа достигаются укрупнением монтажных элементов, что, помимо уменьшения числа монтажных подъемов, обеспечивает автоматизацию монтажной сварки доменных кожухов и др. элементов.

 

Совершенствование стальных конструкций доменных печей направлено на создание условий работы при одноосном линейном напряженном состоянии путем устройства различных компенсаторов и улучшения конструктивной формы, а также на уменьшение количества горизонтальных швов, свариваемых вручную. Листовые стальные конструкции — резервуары, газгольдеры, трубопроводы (см. Магистральные трубопроводы), потребляют до 60% расхода стали на все строительные конструкции. Развитие конструктивных форм резервуаров идет в первую очередь в направлении уменьшения потерь при хранении легко испаряющихся продуктов, а также создания рациональных (по расходу металла и трудоемкости изготовления) конструкций. Каплевидные и шаровые конструкции лучше всего отвечают условиям эксплуатации, но они сложны в изготовлении.

 

Более перспективны для массового строительства вертикальные цилиндрические резервуары, допускающие повышение избыточного давления до 2 кг/см2 и тем самым резко уменьшающие потери горючего от испарения. Хорошо удовлетворяют эксплуатационным и строительным требованиям каплевидные цилиндрические резервуары. Весьма перспективны и экономичны газгольдеры постоянного объема высокого давления. Вертикальные направляющие в современных мокрых газгольдерах заменяются винтовыми направляющими без наружного каркаса, что, помимо экономии стали, упрощает эксплуатацию и повышает их надежность. Подземные и надземные трубопроводы большого диаметра, предназначенные для транспорта газа, нефти и нефтепродуктов, работают в сложных условиях, правильный учет которых является одной из основных задач проектирования трубопроводов.

 

Опасность хрупкого разрушения ставит вопрос о повышении пластично материала и в связи с этим об отказе от экспандирования, повышающего предел текучести стали. Листовые конструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе или в грунте, нуждаются в защите от коррозии. Особенно важна борьба с коррозией подземных трубопроводов. Объемно-листовые конструкции обычно защищаются нанесением масляных или битумных покрытий. Для подземных конструкций применяется электрозащита от действия блуждающих токов. Перспективна защита пластмассовыми покрытиями.

 

Снижение расхода стали листовых стальных конструкций связано с изысканием оптимальных конструктивных форм, уточнением методов расчета на основе изучения действительной работы конструкций, применением низколегированных сталей, которые, помимо экономии металла, повышают коррозие-стойкость и в некоторых случаях позволяют значительно снизить толщину стенок резервуаров (до 14 мм — максимальной толщины, допустимой при изготовлении стальных конструкций методом рулонирования). Разнообразна номенклатура подвижных стальных конструкций. К ним относятся конструкции различных кранов, отвальных мостов, применяемых при вскрышных работах в горных выработках, конструкции гидротехнических затворов, крупных экскаваторов и т. п.

 

Подвижные конструкции наряду с большой прочностью должны иметь минимальный вес. Требование уменьшения веса делает целесообразным проектирование подвижных конструкций решетчатыми с применением труб или гнутых профилей. Стальные мосты (см. Металлический мост) для железных и автомобильных дорог имеют широкое распространение благодаря значительной простоте и быстроте их возведения и восстановления. Эти преимущества делают стальные мосты особенно рациональными при строительстве в малоосвоенных районах и при больших пролетах. Расчет почти всех видов стальных конструкций производится по методу предельных состояний, причем учитываются два предельных состояния — по несущей способности и по развитию чрезмерных деформаций от статических и динамических нагрузок.

 

Третье предельное состояние по местным повреждениям (образованию или раскрытию трещин) при расчете стальных конструкций не учитывается, т. к. возникновение их в стальных конструкциях зависит не от условий эксплуатации, а является следствием несовершенной технологии изготовления и монтажа. За нормативное сопротивление стали принимается браковочное значение предела текучести в соответствии с нормами приемки. При расчете стальных конструкций на изгиб и внецентренное сжатие допускается развитие в опасных сечениях пластических деформаций. Возможность развития пластических деформаций учитывается также при расчете некоторых статически неопределимых систем (неразрезных балок, рам и т. п.).

 

Учет развития пластических деформаций обеспечивает экономию стали, позволяя сблизить расчетное предельное состояние с действительным и устранить излишние запасы. Сложное напряженное состояние стальных конструкций проверяется по энергетической теории прочности. Снижение трудоемкости изготовления стальных конструкций достигается упрощением конструктивной формы, развитием типизации и унификации, которые позволяют вводить на заводах поточные линии и внедрять высокопроизводительные методы изготовления — автоматическую резку и сварку, фрезеровку, кондукторное сверление, кондукторную сборку и т. п. Современные стальные конструкции изготавливаются главным образом сварными.

 

Клепаные конструкции применяются лишь в ж.-д. мостах и подкрановых балках (при тяжелом и непрерывном режиме работы кранов), когда возможность хрупкого разрушения металла является особенно опасной или изготовление путем сварки мощного составного сечения элемента представляет значительные технологические трудности. Клепаные конструкции более трудоемки и на 10—15% тяжелее сварных конструкций. Ускорение процессов монтажа стальных конструкций достигается путем совершенствования монтажного оборудования и расширения областей его применения, в результате типизации конструкций, автоматизации монтажной сварки, применения монтажных соединений на болтах, в том числе и на высокопрочных, укрупнением монтажных элементов, а также упрощением конструктивных форм монтажных сопряжений.

 

Повышение сопротивляемости коррозии стальных конструкций достигается нанесением соответствующих защитных покрытий (масляных красок, битумных лаков, металлов, перхлорвиниловых пленок и т. п.). Помимо нанесения защитных покрытий, долговечность стальных конструкций при воздействии агрессивной среды обеспечивается созданием устойчивых в отношении коррозии конструктивных форм (круглых, сплошностенчатых и т. п.), в которых отсутствуют места для скопления влаги и пыли, являющиеся источниками интенсивного развития коррозии, а также применением коррозие-стойких низколегированных сталей.

 

Защита стальных конструкций от воздействия высоких температур производится облицовкой огнеупорными материалами (керамикой, бетонами и т. п.) и установкой отражательных экранов при постоянном источнике теплоизлучения (технологические печи, горячие слитки металла и т. п.). Экономия металла в стальных конструкциях достигается путем применения сталей повышенной прочности, усовершенствования сортамента, использования гнутых, трубчатых и других эффективных профилей, уменьшения нагрузок (облегчение кровли и т. п.), разработкой новых, более прогрессивных конструктивных форм — предварительно напряженных, трубчатых, пространственных смешанных (сталежелезобетонных) и т. п. конструкций, совершенствованием методов расчета с целью освобождения от излишних коэффициента запаса, заменой клепаных конструкций сварными.

 

 

Важнейшие проблемы конструирования стальных конструкций — типизация и унификация, позволяющие совершенствовать конструктивные формы и удовлетворять всем основным требованиям оптимальности. Типизация необходима, прежде всего, в массовых видах стальных конструкций (мосты, несущие конструкции производственных зданий, резервуары, антенные сооружения и т. п.); в этих сооружениях производственная типизация достигла значительных объемов, что резко повысило серийность первичных элементов, из которых компонуются сооружения (прогонов, ферм, колонн и т. п.). В промышленных зданиях типизация доведена до разработки сортамента стропильных ферм, подкрановых балок и элементов колонн для тяжелых цехов предприятий металлургической промышленности.

 

 

 

 

Ваше имя:

Комментарий:

Введите код на картинке ( регистр важен)

Новостройки и новые коттеджные посёлки >>

 

Современные домостроительные компании и корпорации >>

Как правильно спроектировать и обустроить малоэтажный дом (коттедж) >>

 

Проекты малоэтажных домов и коттеджей >>

 

Периодика по строительству и недвижимости >>