Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Металлические конструкции в современном строительстве

Читайте также:
  1. I. Рациональные и историческая реконструкции
  2. III. Виды работ по строительству, реконструкции и капитальному ремонту
  3. Актуальные проблемы воспитания на современном этапе развития общества и системы образования. Актуальные проблемы музыкального воспитания в России и в мире.
  4. Актуальные проблемы специального образования на современном этапе ее развития.
  5. Акты, регулировавшие отношения при строительстве недвижимости ранее
  6. Алгоритмические конструкции
  7. Бессоюзное сложное предложение как тип сложного предложения. Специфика его конструкции и грамматическое значение. Виды связи в БСП и принципы классификации БСП
  8. БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
  9. Билет № 12 Власть и партнерство в современном менеджменте.
  10. В современном мире

 

Область применения металла в архитектурно-строительной практике непрерывно расширяется. Металл все шире используется в несущих и ограждающих конструкциях зданий и сооружений. Это обусловлено многими достоинствами металла как конструкционного строительного материала.

Металлические конструкции - наиболее легкие по сравнению с другими несущими конструкциями, которые применяются в массовом строительстве (железобетонными, деревянными, каменными). Легкость конструкций из материала, который втрое тяжелее гранита и бетона и более чем в 10 раз тяжелее дерева, определяется, прежде всего, высокой прочностью металла. Удельная, т.е. отнесенная к объемной массе материала, прочность даже обычной углеродистой стали примерно равна удельной прочности дерева и значительно выше удельной прочности бетона. В то же время благодаря жесткости металла сечения элементов металлоконструкций могут иметь минимально необходимые по расчету размеры.

Методы расчета конструкций обычно основаны на однородности (изотропности) материала. Металлы имеют однородную структуру и высокий модуль упругости, вследствие чего действительная работа металлических конструкций близка к расчетной, что в сочетании с высокой прочностью металлов делает такие конструкции наиболее надежными.

Металлические конструкции по самому своему характеру являются сборными. В основной массе они изготавливаются в заводских условиях. При унификации и типизации металлоконструкций их производство может быть поточным крупносерийным. А современная технология соединения металлических элементов позволяет механизировать монтаж и возводить сооружения в короткие сроки. Все это определяет высокую степень индустриальности металлических конструкций.

Вместе с тем металлическим конструкциям присущи и определенные недостатки.

Основной недостаток металлоконструкций - подверженность коррозии. Под воздействием находящихся в окружающей среде влаги, солей и газов металл превращается в окислы, что ведет к частичной или полной потере прочности конструкций.

Металлические конструкции характеризуются малой огнестойкостью. При температуре около 400°С для стали и около 200°С для алюминия начинается ползучесть металла, т.е. существенное и необратимое развитие пластических деформаций. При температуре выше 500-600°С даже сталь становится практически неработоспособной.

Конструкции из стали применяются в промышленном строительстве, в особенности для каркасов зданий тяжёлого типа, оборудованных кранами большой грузоподъемности (в частности, основных цехов металлургических предприятий), для покрытий многопролетных одноэтажных зданий (например, предприятия автомобильной промышленности) и большепролетных производственных помещений (авиасборочные, судостроительные и другие предприятия, ангары, эллинги и т.п.);

- в гражданском строительстве в качестве каркасов зданий повышенной этажности и большепролетных покрытий выставочных залов, залов собраний, крытых стадионов и т.д.;

- в железнодорожных и автомобильных мостах и путепроводах;

- в открытых спортивных и других сооружениях, как, например, трамплины, башни и мачты радиосвязи и телевидения, водонапорные башни, радиотелескопы и др.;

- в различных сооружениях специального назначения (нефтяные и буровые вышки, крекинг-установки, емкости - хранилища жидкостей и газов, доменные конструкции, напорные и транспортные трубопроводы);

- в подвижных сооружениях (крановые мосты, башенные краны, краны-перегружатели, дорожные и горные подвижные мосты) и др.

Алюминиевые конструкции могут быть применены практически во всех областях строительства наряду со стальными, за исключением тяжело нагруженных каркасов промышленных зданий. Однако более высокая стоимость алюминиевых сплавов и некоторые их особенности (меньшая жесткость, высокий коэффициент линейного расширения, низкая огнестойкость) делают применение алюминиевых конструкций эффективным там, где проявляются их положительные отличительные свойства: сравнительная легкость, простота монтажа, большая прочность при низких температурах, отсутствие искрообразования при ударе и ферромагнитных свойств. Сюда входят большепролетные покрытия, где собственный вес конструкций составляет значительную часть нагрузки; стеновые ограждения гражданских зданий, к которым предъявляются повышенные эстетические требования; конструкции зданий и сооружений, находящихся в особых условиях эксплуатации (низкие температуры, агрессивная среда, взрывоопасность, недопустимость магнитных свойств, солнечный перегрев ограждений), а также в отдаленных и труднодоступных районах; складные, сборно-разборные и мобильные сооружения.

Широкая номенклатура стальных и алюминиевых конструкций и изделий в настоящее время освоена отечественными заводами. Особое значение в условиях заводского изготовления металлоконструкций приобретают унификация и стандартизация конструкций и их элементов, приведение их к определенному единообразию при сокращении общего количества типоразмеров и форм.

Наибольшее распространение получила типизация узлов конструкций, которая необходима для типизации зданий и сооружений и вместе с тем позволяет унифицировать элементы конструкций многочисленных сооружений с индивидуальными пространственными параметрами, типизация которых малоэффективна.

Разработаны и применяются типовые проекты главных зданий мартеновских и кислородно-конверторных цехов, доменных печей, радиобашен, радиомачт, пролетных строений мостов, резервуаров и газгольдеров, опор линий электропередач, унифицированных секций промышленных зданий. Заводы металлоконструкций изготавливают типовые конструкции стальных колонн для одноэтажных промышленных зданий различной высоты без кранов и с кранами грузоподъемностью до 50 т, фермы пролетом 18, 24 30 и 36 м, стальные стойки фахверков, подкрановые балки, пути подвесного транспорта, открытые крановые эстакады, транспортные галереи различного назначения, стальные оконные панели и переплеты, стеновые панели и перегородки, ворота, лестницы, площадки и ограждения. Изготавливаются также типовые легкие стальные конструкции одноэтажных производственных зданий.

Строительство зданий и сооружений с использованием металлических конструкций представляет собой индустриальный процесс сборки (монтажа) конструкций, изготавливаемых, как правило, на заводах.

Основным техническим документом, на основании которого осуществляется изготовление и монтаж конструкций, является проект металлоконструкций, который входит составной частью в рабочий проект здания (сооружения) и состоит из двух частей (стадий): КМ и КМД.

Чертежи стадии КМ (конструкции металлические) разрабатываются специализированной проектной организацией на основе проектного задания или технического проекта и содержат данные о нагрузках, расчетных усилиях и расчетных сечениях элементов конструкций, схемы взаимного расположения элементов по каждой группе конструкций (колонны, перекрытия, покрытия, подкрановые балки и т. д.), габаритные и привязочные размеры, узлы сопряжения элементов.

Чертежи стадии КМД (конструкции металлические, деталировка) разрабатываются на основании чертежей КМ конструкторскими отделами заводов-изготовителей или, в отдельных случаях, по заказу этих отделов специализированными проектными организациями.

В состав чертежей КМД входят деталировочные чертежи всех изготавливаемых на заводе изделий и монтажные схемы элементов, предназначенные для монтажа конструкций на стройплощадке.

Металл, выпускаемый в соответствии с сортаментами, поступает на заводы металлоконструкций в виде погонажа стандартной длины, определяемой условиями производства и транспортировки. Погонажный металл разрезается на отдельные заготовки, соединяя которые получают заданную проектом форму.

Резка металлов осуществляется механическим (с помощью ножниц и пил) и огневым (физическим и химическим) методами. Физический способ огневой резки состоит в проплавлении металла теплом электрической дуги или газового пламени. Химический способ резки представляет собой сжигание металла в струе кислорода, перемещаемой по заранее намеченному контуру. Огневая резка позволяет обрабатывать металл большой толщины без изменения структуры в месте реза и является единственно возможной при кривых линиях реза, но может применяться только для низко- и среднеуглеродистых и некоторых сортов легированных сталей. К алюминию, меди и их сплавам, а также к чугуну и большинству легированных сталей химический способ резки неприменим.

Для соединения металлических элементов применяют болты, заклепки, сварку, пайку и склеивание.

Болтовые и заклепочные соединения металлов осуществляются постановкой металлических стержней - болтов или заклепок - в совмещенные отверстия соединяемых элементов. Соединение происходит за счет обжатия соединяемых элементов между головкой болта и плотно навинченной гайкой (шайбой), либо между двумя головками заклепки. Для алюминиевых конструкций применяют также специальные болты с обжимными кольцами (лок-болты).

Заклепочные соединения обеспечивают надежность совместной работы соединяемых элементов как при статических, так и при динамических нагрузках, но трудоемки и не поддаются автоматизации. В настоящее время заклепочные соединения применяются только в особых случаях для очень нагруженных конструкций, работающих в тяжелых режимах (например, подкрановые балки для кранов большой грузоподъемности), и для соединения плохо свариваемых металлов (некоторые алюминиевые сплавы и отдельные марки легированных сталей). Болтовые соединения менее плотны, чем заклепочные, но проще в работе. Поэтому болтовые соединения особенно широко применяются при монтаже металлоконструкций на стройплощадке. В последние годы получают распространение термически обработанные высокопрочные болты из легированных сталей.

Сварка, пайка и склеивание представляют собой физико-химические процессы неразъемного соединения элементов.

Сущность сварного соединения заключена в молекулярном проникновении (диффузии) расплавленного металла соединяемых элементов и плавящегося электрода (или прутка) с последующей совместной кристаллизацией при охлаждении. Расплавление металла осуществляется с помощью химических источников тепла (газовая сварка) или электрической дуги (электросварка).

Различают ручную, автоматическую и полуавтоматическую электросварку.

Автоматическая сварка, осуществляемая под слоем флюса - высокопроизводительный процесс, обеспечивающий глубокое проплавление металла, однородность и прочность шва. Но в стесненных условиях или при необходимости наложения большого числа коротких швов автоматическая сварка затруднена. В этих случаях обычно применяется полуавтоматическая или ручная сварка.

Определенными достоинствами обладает сварка в защитной среде, образуемой струей углекислого газа или инертных газов (аргона, гелия), которая применяется для соединения легированных, термически упрочненных сталей и алюминиевых сплавов.

Электросварка - основная форма соединения металлоконструкций в современном строительстве. До 95% промышленных конструкций выполняются сварными. По сравнению с клепаными соединениями сварка дает большую (до 10-15%) экономию металла, снижает трудоемкость, позволяет соединять элементы без вспомогательных деталей, обеспечивает надежность соединений при различных нагрузках и режимах работы конструкций.

Сущность пайки заключается в соединений металлических элементов, находящихся в холодном состоянии, расплавленным металлом (припоем), который имеет более низкую температуру плавления. Соединение происходит за счет растворения металла соединяемых элементов в жидком припое и диффузии в него припоя. Соединения с помощью пайки менее прочны, чем сварные, но не требуют большого нагрева изделий. Поэтому при пайке полностью сохраняются структура и свойства основного металла.

Склеивание металлов, т. е. соединение поверхностей двух элементов с помощью тонкого слоя вещества, обладающего адгезией к этим поверхностям и имеющего достаточную механическую прочности - относительно новая технология, получившая развитие после появления синтетических клеев. Менее прочные по сравнению со сваркой и пайкой, особенно при динамических нагрузках, клеевые соединения отличаются рядом преимуществ: равномерным распределением напряжений в месте соединения, гладкими поверхностями, быстрым и недорогим выполнением соединения. Кроме того, склеивать можно разнородные материалы - металл и пластмассу, металл и дерево и др., что удобно для производства смешанных конструкций. Клеевые соединения могут применяться как самостоятельно, так и в сочетании со сварными и болтовыми соединениями.

Изготовление металлоконструкций на современном предприятии включает в себя четыре группы операций, осуществляемых в основных производственных цехах: подготовка металла, разметка и изготовление шаблонов, изготовление сборочных деталей, сборка, покраска и отгрузка конструкций на стройплощадку.

Монтаж металлоконструкций в общем виде состоит из следующих основных этапов: подготовительные работы; приемка и складирование конструкций, изготовляемых на заводе; укрупнение конструкций в монтажные блоки; собственно монтаж, т. е. установка конструктивных элементов (монтажных блоков) в проектное положение. Методы и способы монтажа весьма разнообразны и определяются монтажными машинами и механизмами, характером и конфигурацией сооружений, размерами и формами монтажных блоков.

Одной из наиболее серьезных проблем является защита металлов от коррозии - разрушения поверхности металла в результате окисления его кислородом воздуха, а также в результате других химических и электрохимических процессов, происходящих под воздействием атмосферы и растворов солей, кислот и щелочей. Наиболее стойки против коррозии чугун и чистый алюминий, наименее - обычные углеродистые стали и некоторые алюминиевые сплавы. Из-за коррозии металлоконструкции с течением времени теряют свою прочность, а ежегодные потери стали в результате коррозии доходят до 10% ее выплавки.

Защита конструкций от коррозии заключена, прежде всего, в выборе металла, который мог бы в наибольшей степени противостоять воздействию агрессивных свойств той или иной среды. Наряду с таким выбором и в дополнение к нему осуществляются технологические, конструкционные и эксплуатационные антикоррозионные мероприятия.

Технологические мероприятия включают в себя механические, физические или химические воздействия на структуру металла и поверхность металлических полуфабрикатов и изделий.

Коррозиестойкость стали повышается при термической обработке и при введении в нее специальных добавок, в частности хрома, никеля, меди, В архитектурно-строительной практике наибольшее распространение получили хромоникелевые нержавеющие стали. В отдельных случаях осуществляется хромирование или никелирование поверхности стальных изделий.

Высокая коррозионная стойкость чистого алюминия объясняется тем, что в обычных атмосферных условиях он мгновенно окисляется. Образующаяся при этом тончайшая окисная пленка препятствует дальнейшему прониканию в металл кислорода. Технологические меры защиты от коррозии алюминиевых сплавов, которые не обладают способностью создавать естественную защитную пленку, сводятся к образованию такой пленки искусственным путем - плакированием или оксидированием.

Плакирование производится горячей прокаткой листов из алюминиевых сплавов совместно с тонкими слоями чистого алюминия, расположенными по обеим поверхностям листа. Благодаря алюминиевому слою толщиной 2-5% толщины основного проката сердцевина проката становится недоступной для внешних воздействий.

При анодировании и химическом оксидировании алюминиевый сплав защищается искусственной пленкой твердой окиси алюминия. Анодная пленка обладает высокой прочностью и твердостью, превышающей твердость инструментальной стали. Применяя в процессе анодирования соответствующие красители, можно получить элементы и детали красного, синего, зеленого, черного цвета.

При химическом оксидировании окисная пленка получается более тонкой и с меньшими защитными свойствами, чем при анодировании. Химическое оксидирование применяется для защиты сплавов, не содержащих меди и не подверженных активному воздействию агрессивной среды.

Стойкость против коррозии увеличивается также полированием и глянцеванием поверхности металла, которые производятся механическим или электрохимическим способом.

Конструкционные защитные мероприятия сводятся к выбору таких форм отдельных элементов конструкций, сечений элементов, узлов и сопряжений, которые меньше подвержены коррозии.

Корродируют прежде всего те места конструкций, где возможны скопления пыли и влаги. Поэтому предпочтительна гладкая наружная поверхность конструкций, хорошо обдуваемая со всех сторон, с минимальным количеством щелей, пазух и т.п. Наибольшей стойкостью против коррозии обладают элементы трубчатого сечения. Внутренняя поверхность труб должна быть защищена от попадания пыли и влаги. Сварные конструкции более стойки против коррозии, чем клепаные. Элементы с вертикальными плоскостями корродируют слабее, чем такие же элементы, но с горизонтальным расположением плоскостей.

При проектировании и монтаже алюминиевых конструкций особую роль играет защита их от электрохимической коррозии с помощью изолирующих прокладок и специальных защитных покрытий, предотвращающих контакты алюминиевых сплавов с другими строительными материалами.

К эксплуатационным антикоррозионным мероприятиям относятся покраска металлоконструкций, соблюдение температурно-влажностного режима эксплуатации, уход за конструкциями (очистка от пыли и влаги) и их периодический ремонт. Покраска металлоконструкций - наиболее распространенный способ их защиты, что обусловлено его относительной простотой и возможностью получения различной цветовой гаммы как декоративной, так и условно-опознавательной.

Способы повышения стойкости металла против коррозии существенно влияют на внешний облик конструкций и изделий. Нередко же обработка поверхности металла, в особенности анодирование, полировка, окраска лаками, применяются специально для обогащения Цвета и фактуры поверхности, расширяя тем самым эстетические возможности металла в архитектуре.

Огнезащита стальных конструкций осуществляется их бетонированием, оштукатуриванием, облицовкой огнестойкими материалами. Широко распространен метод экранирования. Включения металлических конструкций в ограждающие части зданий, защищающие металл от огня. Так, стальные балки междуэтажных перекрытий могут быть ограждены от воздействия огня огнеупорными плитами пола и подвесного потолка.

Плотные огнестойкие покрытия и экраны в значительной мере снижают композиционную роль металла в интерьере и внешнем облике сооружений. Поэтому с архитектурной точки зрения более логичны огнезащитные изоляционные покрытия в виде окраски или пленки, при которых металлические конструкции сохраняют форму и фактуру материала.

металлический конструкция строительство




Дата добавления: 2015-04-26; просмотров: 16 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Конструктивные особенности строительства зданий и сооружений| Снижение стоимости металлоконструкций

lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.01 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав