1.Коротка історія розвитку металевих конструкції

Поняття «Металеві конструкції» об'єднує в собі їх конструктивну форму, технологію виготовлення і способи монтажу. Рівень розвитку металевих конструкцій визначається, з одного боку потребами в них народного господарства, а з іншої – можливостями технічної бази: розвитком металургії, металообробки, будівельної науки і техніки. Виходячи з цих положень історія розвитку металевих конструкцій може бути розділена на п'ять періодів.

Перший період (від XII ст. до початку XVII ст.) характеризується застосуванням металу в унікальних по того часних спорудах (палацах, церквах і тому подібне) в виді затягувань і скріплення для кам'яної кладки. Затягування виковували з кричного залоза і скріпляли через проушину на штирях. Одній з перших таких конструкцій є затягування Успенського собору у Владимирі (1158 р.). По зрілості конструктивного рішення виділяється металева конструкція що підтримує кам'яну стелю над коридором між притворами Покровського собору - храму Василя Блаженного (1560 р.). Це перша відома конструкція, що складається із стрижнів, що працюють на розтягування, вигин і стиснення. Затягування, що підтримують потовк в цій конструкції, укріплені для полегшення роботи на вигин підкошуваннями. Вражає, що вже в ті часи конструктор знав, що для затягувань, що працюють на вигин, треба застосовувати смугу поставлену на ребро, а підкошування, що працюють на стиснення, краще робити квадратного перетину.

Другий період (від початку XVII ст. до кінця XVIII ст.) пов'язаний із застосуванням похилих металевих крокв і просторових купольних конструкцій ("кошиків") розділів церков. Стрижні конструкцій виконані з кованих брусків і сполучені на замках і скріпленнях сурмовою зваркою. Конструкції такого типу збереглися до наших днів. Прикладами служать перекриття прольотом 18 м над трапезною Троїцко-сергіївського монастиря в Загорську (1696-1698 рр.) перекриття Великого Кремлівського палацу в Москві (1640 р.), каркас куполу дзвіниці Івана Великого (1603 р.), каркас куполу Казанського собору в Ленінграді прольотом 15 м (1805 р.) та ін.

Третій період (від початку XVIII ст. до середини XIX ст.) пов'язаний з освоєнням процесу литви чавунних стрижнів і деталей. Будуються чавунні мости і конструкції перекриттів цивільних і промислових будівель. З'єднання чавунних елементів здійснюються на замках або болтах. Першою чавунною конструкцією в Росії вважається перекриття крила Невьянської башти на Уралі (1725 р.). У 1784 р. в Петербурзі був побудований перший чавунний міст. Досконалість чавунні конструкції в Росії досягли в середині XIX сторіччя. Унікальною чавунною конструкцією 40-і роки XIX в. є купол Ісаакієвського собору, зібраний з окремих косяків у вигляді суцільної оболонки. Конструкція куполу складається з верхньої конічної частини що підтримує кам'яний барабан, що вінчає собор. Зовнішня оболонка куполу за допомогою легкого залізного каркасу спирається на чавунну конструкцію. Чавунна арка прольотом 30 м застосована в перекритті Александрінського театру в Петербурзі (1827 - 1832 рр.). У 50-х роках XIX ст. у Петербурзі був побудований Миколаївський міст з вісьма арочними прольотами від 33 до 47 м що є найкрупнішим чавунним мостом світу. У цей же період наслойні крокви поступово трансформуються в змішані залізо-чавунні трикутні ферми. У фермах спочатку не було розкосів, вони з'явилися в кінці даного періоду. Стислі стрижні ферм часто виконували з чавуну, а розтягнуті - із заліза. У вузлах елементи з'єднувалися через отвори на болтах. Відсутність в цей період прокатного і профільного металу обмежувало конструктивну форму залізних стрижнів прямокутним або круглим перетином. Проте переваги фасонного профілю вже зрозуміли і стрижні кутового або швелерного перетину виготовляли гнуттям або куванням нагрітих смуг.

Четвертий період (з 30-х років XIX ст. до 20-х років XX ст.) пов'язаний з швидким технічним прогресом у всіх областях техніки того часу і, в частковості, в металургії і металообробці. На початку XIX ст. кричний процес отримання заліза був замінений більш досконалим - пудлінгуванням, а в кінці 80-х років - виплавкою заліза з чавуну в мартенівських і конверторних цехах. Разом з уральською базою була створена в Росії південна база металургійної промисловості. У 30-х роках XIX ст. з'явилися заклепувальні з'єднання, чому сприяв винахід діропробивного преса; у 40-х роках був освоєний процес отримання профільного металу і прокатного листа. Протягом ста подальших років всі сталеві конструкції виготовлялися клепаними. Сталь майже повністю витіснила з будівельних конструкцій чавун, будучи матеріалом досконалішим по своїм властивостям (особливо при роботі на розтягування) і краще піддається контролю і механічній обробці. Чавунні конструкції в другій половині XIX ст. застосовувалися лише в колонах багатоповерхових будівель, перекриттях вокзальних дебаркадерів і т. п., де могла бути повністю використана хороша опірність чавуну стисненню. У Росії до кінця XIX ст. промислові і цивільні будівлі будувалися в основному з цегляними стінами і невеликими прольотами, для перекриття яких використовувалися трикутні металеві ферми. Конструктивна форма цих ферм поступово удосконалювалася: грати отримали завершення з появою розкосів; вузлові з'єднання замість болтових на проушинах почали виконувати заклепувальними за допомогою фасонок. В кінці минулого сторіччя застосовувалися гратчасті каркаси рамно-арочній конструкції для перекриття будівель значних прольотів. Прикладами є покриття Сінного ринку в Петербурзі (1884 р.) прольотом 25 м, Варшавського ринку прольотом 16 м (1891 р.), покриття Гатчинського вокзалу (1890 р.) і ін. Найбільшої досконалості рамно-арочна конструкція досягла в покритті дебаркадерів Київського вокзалу в Москві, побудованого за проектом В. Г. Шухова (1913-1914 гг). У конструкціях цих споруд добре пропрацювали компонувальна схема, опорні закріплення і вузлові заклепувальні з'єднання. У другій половині XIX ст. значний розвиток отримало металеве мостобудування у зв'язку із зростанням мережі залізниць. На будівництві мостів розвивалася конструктивна форма металевих конструкцій удосконалювалася теорія компоновки і розрахунку, технологія виготовлення і монтажу. Принципи проектування, розроблені в мостобудуванні, були перенесені потім на промислові і цивільні об'єкти. Засновниками російської школи мостобудування є відомі інженери і професори С. В. Кербедз, Н. А. Белелюбський, Л. Д. Проськуряков.

П'ятий період (післяреволюційний) починається з кінця 20-х років, з першої п'ятирічки, коли молода соціалістична держава приступила до здійснення широкої програми індустріалізації країни. До кінця 40-х років клепані конструкції були майже повністю замінені зварними, більш технологічними і економічними. Розвиток металургії вже в 30-х роках дозволив застосовувати в металевих конструкціях замість звичайної маловуглецевої сталі більш міцну низьколеговану сталь (сталь крем'янисту для залізно- дорожнього моста через р. Ципу (Закавказзя) і сталь ДС для Палацу Рад про моськоворецких мостів).