1) Краткий обзор развития металлических конструкций

Наука о металлических конструкциях - это наука о конструктивной форме, ее общих закономерностях, теории расчета, технологии изготовления и способах монтажа.

Уровень развития металлических конструкций определяется с одной стороны потребностями в них народного хозяйства, а с другой стороны - возможностями технической базы: развитие металлургии, металлообработки, строительной науки и техники. Исходя из этих положений, история развития металлических конструкций разделена на пять этапов:

Первый период (от начала 12-го до начала 17–го веков). Этот период характерен развитием строительства культовых сооружений, в которых использовались металлоконструкции в виде затяжек.

Второй период (весь 17-ый век). Кроме затяжек использовались опорные конструкции в виде стропил для купольных сооружений, которые применялись при строительстве церквей. Например, в 1696 - 1698 годах построен Троице - Сергиевский монастырь в Загорске, а в начале 19 -го века - купол Казанского собора в С-Петербурге.

Третий период (начало 18-го середина 19–го веков). Этот период связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. В этот период строятся мосты, конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий. Первые (чугунные) мосты были построены в 50 –х годах в С-Петербурге (Николаевский мост).

Четвертый период (с 30-х годов 19–го века до 20-х годов 20 века). Этот период связан с быстрым техническим прогрессом во всех областях техники того времени, в частности в металлургии и металлообработке.

Выплавка железа из чугуна в мартеновских и конверторных печах, получение профильного металла и прокатного листа, появление заклёпочных соединений (использовались в конструкциях перекрытий с треугольными металлическими фермами) и применение рамно-арочных конструкций.

В этот период первостепенное значение для развития металлостроительства имела инженерная, научная и организационная деятельность Шухова В.Г.

Пятый период (послереволюционный период, начало первой пятилетки, конец 20-х годов). Создается производственная база металлических конструкций. Заводы и специализированные организации были объединены в одну систему Главстальконструкция, выполняющую основной объём строительства металлических конструкций. Расширилась номенклатура металлических конструкций и разнообразие их конструктивных форм.

Общая характеристика металлических конструкций

Конструктивная форма зданий и сооружений складывается из теории формообразования с системой понятий, критериев, законов и принципов; теории сооружений с методами статического и динамического расчета, теории надежности и экспериментальных исследований.

Теория формообразования включает:

1. Специализация – стандартизация, типизация, нормализация;

2. Методы синтеза - сравнение вариантов, технические требования, минимум веса, минимум трудоёмкости, минимум стоимости;

3. Принципы - совмещения функций, растянутых поверхностей, объёмно-планировочного решения, концентрации материалов, предварительного напряжения;

4. Оптимизация - аналитические исследования законов веса, трудоёмкости, стоимости;

5. Исследование формы сечения - теория сортамента и подбор сечения;

6. Исследование материалов - сталь, алюминиевые сплавы, пластмассы;

7. Исследование соединений - сварные, болтовые, заклёпочные и клеевые.

Теория сооружений или, точнее, теория методов расчета конструктивных форм включает в себя методы расчёта по предельным состояниям, методы расчёта систем (статические, динамические и экспериментальные исследования)

Статические методы расчёта систем:

-расчёты на прочность (в упругой, упруго - пластической и пластической стадиях);

-расчёты на устойчивость (общую - центральную и внецентренную; местную).

Динамические методы расчета систем:

-расчёты на выносливость (общую, малоцикловую и тепловую);

-расчёты на динамическую устойчивость (общую, аэродинамическую, сейсмическую).

Экспериментальные исследования:

- испытание моделей;

- испытание натурных сооружений и элементов;

- испытание без разрушений.