
- •Достоинства и недостатки мк в сопоставлении с конструкциями из других материалов. Современные области применения мк.
- •Механические свойства стали, химический состав, структура. Работа стали на статическую нагрузку.
- •Пластичность стали. Вязкое и хрупкое разрушение стали, хладноломкость стали. Концентрация напряжений. Усталостное разрушение.
- •Классификация сталей, применяемых в конструкциях. Условия выбора стали для конструкций.
- •Сортамент стальных профилей.
- •Расчёт мк по предельным состояниям. Коэффициенты методики расчёта по предельным состояниям.
- •Виды нагрузок. Расчётная и нормативная величины нагрузок. Сочетания нагрузок.
- •Виды соединений элементов мк. Сварные соединения, их достоинства и недостатки. Виды сварных швов и их работа под нагрузкой. Расчёт и конструирование сварных соединений.
- •Виды балок и области их применения. Работа стальных балок на изгиб. Подбор сечения прокатных балок, проверки.
- •Составные балки, их высота. Последовательность подбора и проверки сечения сварной балки.
- •Общая и местная устойчивость балок
- •Опорные части балок.
- •Компоновочные схемы балочных клеток. Виды сопряжений балок и колонн.
- •Работа колонны на центральное и внецентренное сжатие, понятие о гибкости, расчётные длины. Типы сечений сплошностенчатых и сквозных колонн.
- •Подбор сечения прокатной центрально-сжатой колонны.
- •Подбор сечения составной сплошной внецентренно-сжатой колонны, обеспечение местной устойчивости поясов и стенки.
- •Подбор сечения сплошной внецентренно-сжатой колонны, обеспечение местной устойчивости поясов и стенки.
Достоинства и недостатки мк в сопоставлении с конструкциями из других материалов. Современные области применения мк.
Основными достоинствами металлических конструкций по сравнению с конструкциями из других материалов являются: надежность, легкость, непроницаемость, индустриальность, а также простота технического перевооружения, ремонта и реконструкции.
Надежность металлических конструкций обеспечивается близким соответствием характеристик стали нашим представлениям об идеальном упругом или упруго-пластическом изотропном материале, для которого строго сформулированы и обоснованы основные положения сопротивления материалов, теории упругости и строительной механики. Сталь имеет однородную мелкозернистую структуру с одинаковыми свойствами по всем направлениям, напряжения связаны с деформациями линейной зависимостью в большом диапазоне, а при некотором значении напряжений может быть реализована идеальная пластичность в виде площадки текучести.
Легкость. Из всех изготовляемых в настоящее время несущих конструкций металлические являются самыми легкими. За показатель легкости принимают отношение плотности материала к его прочности. Наименьшее значение этот показатель имеет для алюминиевых сплавов и составляет для сплава Д16-Т 1,10-4 (м-1). Приняв его за единицу, запишем сравнительные данные для других материалов: сталь - 1,5 ... 3,4, дерево - 4,9, бетон среднего класса прочности - 16,8.
Непроницаемость. Металлы обладают не только большой прочностью, но и высокой плотностью - непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность стали и соединений листов, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления резервуаров, газгольдеров, трубопроводов, различных сосудов и аппаратов.
Индустриальность. Металлические конструкции изготовляют на заводах, оснащенных специальным оборудованием, а монтаж производят с использованием высокопроизводительной техники. Все это исключает или до минимума сокращает тяжелый ручной труд.
Ремонтопригодность. Применительно к стальным конструкциям наиболее просто решаются вопросы усиления, технического перевооружения и реконструкции. С помощью сварки можно легко прикрепить к элементам существующего каркаса новое технологическое оборудование, при необходимости усилив эти элементы, что также делается достаточно просто.
Сохраняемость металлического фонда. Металлические конструкции в результате физического и морального старения изымаются из эксплуатации, но затем возвращаются в отрасли хозяйства в виде металлического лома.
Недостатками металлических конструкций являются их подверженность коррозии и сравнительно малая огнестойкость.
Коррозия - разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой. Сталь, не защищенная от контакта с влагой в сочетании с агрессивными газами, солями, пылью, подвергается коррозии (окисляется), что приводит к ее постепенном разрушению. Алюминий и некоторые его сплавы обладают сравнительно высокой стойкостью к коррозии, что объясняется образованием на поверхности прочной оксидной пленки. Многие сплавы не устойчивы к электрохимической коррозии. Хорошо сопротивляется коррозии чугун.
Для повышения коррозионной стойкости металлоконструкций на их поверхность наносят защитные покрытия в виде тонких пленок алюминия, цинка, эмалей, красок и т. п. При проектировании конструкций избегают щелей и пазух, где может скапливаться влага и пыль. Иногда применяют стали с повышенной коррозионной стойкостью, в состав которых включают специальные легирующие элементы.
Огнестойкость конструкций характеризует степень их пожарной безопасности. Металлические конструкции имеют сравнительно низкий предел огнестойкости. При высоких температурах (для стали - 600°С, для алюминиевых сплавов - 300°С) металл конструкции теряет свою несущую способность.
Повышение предела огнестойкости стальных конструкций зданий, опасных в пожарном отношении (жилые и общественные здания, склады с горючими или легковоспламеняющимися материалами), осуществляют путем устранения непосредственного контакта конструкций с открытым огнем. Для этого предусматривают подвесные потолки, огнестойкие облицовки, обмазки специальными составами. Используя специальные покрытия в виде обмазок, можно существенно поднять предел огнестойкости.
При грамотном проектировании и соответствующей эксплуатации отмеченные недостатки не представляют опасности для выполнения конструкцией своих функций, но приводят к повышению начальных и эксплуатационных затрат.
Металлические конструкции применяются сегодня во всех видах зданий и инженерных сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки.
В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции можно подразделить на восемь видов.
1. Промышленные здания. Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняются в виде цельнометаллических или смешанных каркасов, в которых по железобетонным колоннам устанавливаются металлические конструкции покрытия здания («шатер») и подкрановые пути.
2. Большепролетные покрытия зданий. Здания общественного назначения — спортивные сооружения, рынки, выставочные павильоны, театры и некоторые здания производственного характера (ангары, авиасборочные цеха, лаборатории) — имеют большие пролеты (до 100—150 м), перекрывать которые наиболее целесообразно металлическими конструкциями. Здесь возможны балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, причем как плоские, так и пространственные системы.
3. Мосты, эстакады. Мостовые металлические конструкции на железнодорожных и автомобильных магистралях применяются при больших, а в отдельных районах — и при средних пролетах, а также при сжатых сроках возведения. Как и большепролетные покрытия, мосты имеют разнообразные системы: балочную, арочную, висячую, комбинированную.
4. Листовые конструкции. Применяются в виде резервуаров, газгольдеров, бункеров, трубопроводов большого диаметра и различных сооружений доменного комплекса, химического производства и нефтепереработки используются весьма широко в металлургии, нефтяной, газовой и химической промышленности.
Листовые конструкции являются тонкостенными оболочками различной формы. Они должны быть не только прочными, но и плотными (непроницаемыми). Они часто эксплуатируются в условиях низких или высоких температур, сталь и алюминиевые сплавы хорошо удовлетворяют этим условиям работы.
5. Башни и мачты. Применяются для радио и телевидения в геодезической службе, в опорах линий электропередачи. Сюда же можно отнести надшахтные копры, нефтяные вышки, дымовые и вентиляционные башни и трубы и промышленные этажерки. Использование стали обеспечивает этим конструкциям необходимую легкость, удобство транспортирования на место строительства и быстроту монтажа.
6. Каркасы многоэтажных зданий. Многоэтажные здания с металлическим каркасом применяются главным образом в гражданском строительстве, в условиях плотной застройки больших городов и для некоторых видов промышленных зданий.
7. Крановые и другие подвижные конструкции. Выполняются из материала, позволяющего максимально уменьшить их массу. Сюда относятся всевозможные металлические конструкции мостовых, башенных, козловых кранов и кранов-перегружателей, конструкции крупных экскаваторов и разнообразных строительных машин, затворы и ворота гидротехнических сооружений, конструкции отвальных мостов.
8. Прочие конструкции. К ним, в первую очередь, можно отнести конструкции промышленности по использованию атомной энергии в мирных целях, разнообразные конструкции радиотелескопов для космической и радиосвязи, стационарные платформы для разведки и добычи и нефти в море и многие другие.