книги из ГПНТБ / Брудка Я. Легкие стальные конструкции

Были рассмотрены следующие конструкции: решетчатая, вантовая и со сплошным сечением.

Р е ш е т ч а т а я с и с т е м а решена в 15 вариантах (рис. 2-14):

в варианте 1 пояса выполнены из двух уголковых профилей (со щелью);

вварианте 2 решетка изготовлена из профилей коробчатого типа;

вварианте 3 пояса из тавров;

вварианте 4 верхний пояс из тавра, нижний — из уголкового профи­ ля, поставленного вершиной кверху;

вварианте 5 верхний пояс из тавра, остальные элементы из труб;

вварианте 6 решетка выполнена целиком из труб;

ввариантах 7—10 верхний пояс работал также на изгиб (в варианте 7 верхний пояс выполнен из половины двутавра, остальные элементы из труб, в варианте 8 верхний пояс из тавра, остальные элементы из труб;

вварианте 9 верхний пояс из швеллера, а нижний из углового профиля;

вварианте 10 вся решетка выполнена из труб);

вариант 11 представляет собой вантовую конструкцию; верхний пояс выполнен из половины двутавра, остальные элементы изготовлены из стержней круглого сечения;

в варианте 12 показана двутавровая балка; вариант 13 характеризует прогон со сплошным сечением и нижним

поясом из уголкового профиля;

вварианте 14 показан коробчатый профиль;

вварианте 15 дана балка с поясами из труб.

Сравнение конструктивных решений проводилось на стойкость против коррозии (рис. 2-14), определяемой коэффициентом прочности:

На рис. 2-15 сопоставляется масса 1 м конструкции разных вариан­ тов, а на рис. 2-16.— процент изменения стоимости 1 м конструкции по отношению к конструкции из труб.

На рис. 2-17 сопоставляется стоимость нанесения защитных покрытий в рассматриваемых вариантах конструкции.

На основе этих исследований сделаны следующие выводы:

1. Наиболее стойка перед коррозией решетка из труб. Показатель прочности для нее в 2—2,5 раза больше, чем показатель прочности ре­ шетки, выполненной из уголковых профилей. Эта конструкция также не­ много легче, в то же время стоимость его выполнения почти на 4% выше. Однако следует обратить внимание на то, что показатель стоимо­ сти защитного покрытия здесь в 2 раза меньше соответствующего пока­ зателя для решетки, выполненной из уголковых профилей.

2.В решениях со сплошной стенкой большую прочность (в 1,4 раза) имеет балка коробчатого сечения, чем двутавровая. Стоимость антикор­ розионных оболочек для такой балки тоже меньше (в 1,4 раза), но мас­ са и стоимость изготовления больше в балке коробчатого сечения.

3.Сплошные конструкции лучше решетчатых, кроме трубчатых кон­ струкций.

Обширные исследования скорости коррозии в разных узлах ферм (рис. 2-18) провел Н. М. Воронов*, сравнивая относительные коэффици­ енты скорости коррозии S0 и коэффициенты равномерности коррозии R.

В табл. 2-10 приведены значения коэффициента W, характеризующие стойкость против влияния коррозии, для различных профилей:

стальных конструкций на стойкость против атмосферной коррозии. МИСИ им. В. В. Куй­ бышева, 1958.

42

таврового сечения близки к показателям для незамкнутой трубы и слож­ ного профиля, состоящего из двух угловых профилей. Учитывая легкость нанесения антикоррозионных покрытий, незамкнутые трубы целесооб­ разно применять в качестве конструктивных элементов.

Элементы, состоящие из парных угловых профилей, имеют очень не­ удобные щели, труднодоступные при нанесении антикоррозионных по­ крытий, поэтому они плохо работают в агрессивных средах.

В условиях большой опасности коррозии лучше использовать сплош-

ные, замкнутые сечения, чем решетчатые. Больший расход стали оку­ пится в результате увеличения физической прочности конструкции.

Растягиваемые элементы из профилей круглого сечения очень удоб­ ны. Для них характерны наибольшие значения коэффициента W.

4г Увеличение антикоррозионной спо­ собности может быть также достигну­ то путем применения при проектирова­ нии принципа концентрации материа­ ла. Оказалось, например, что увеличе-

44

ние расстояния между конструктивными элементами зданий зального типа с 6 до 12 м и связанное с этим увеличение толщины конструктивных элементов привели к значительному увеличению коэффициента стойко­ сти против коррозии. Площадь конструктивных элементов, подлежа­ щая окраске, при расстоянии между ними 12 м составляет только 73% соответствующей площади при шаге главных конструктивных элемен­ тов 6 м.

Проектирование стальных конструкций. В проекте должен быть пре­ дусмотрен способ защиты от коррозии (технологическая инструкция) в зависимости от коррозионной среды (класса), рода сечения (открытый или замкнутый), планируемой долговечности объекта, его назначения, условий работы и расположения (легкости доступа к конструкции). В зависимости от вышеупомянутых факторов выбирают способ защиты от коррозии. Следует подчеркнуть, что число методов защиты и ее средств быстро растет, поэтому определение надлежащего метода защи­ ты требует соответствующей специализации.

Покрытие слоем краски. В настоящее время наиболее распростра­ ненным способом защиты от коррозии является применение п о кр ыт ий в виде слоя краски. Они уступают первенство, с точки зрения стой­ кости, гальваническим и металлическим покрытиям, но в Польше более доступны.

Перед покрытием защитным слоем конструкции должны быть тща­ тельно очищены от ржавчины и окалины, влаги и технических жиров. От правильной подготовки поверхности конструктивных элементов пе­ ред нанесением на них защитного слоя зависит длительность существо­ вания этих покрытий. Ржавчину можно устранять вручную циклями, острыми проволочными щетками, долотом и молотками. Механическим способом ржавчину устраняют с помощью пневматических или электри­ ческих молотков и напорных пескоструйных аппаратов. Чаще всего при­ меняются пескоструйные аппараты, так как они обеспечивают высокую производительность труда — хорошую очистку стальной поверхности при сравнительно низких затратах.

Кроме механических способов очистки стали в последнее время при­ меняют также газовое пламя. Для очистки стали пламенем используют газ с содержанием 50% кислорода и 50% ацетилена.

Х и м и ч е с к а я о ч и с т к а конструкций появилась недавно. Для этой цели используются химические средства, облегчающие снятие ржав­ чины и загрязнений с поверхности металла. Средство для удаления ржавчины, например на основе фосфора, оставляет на металле защит­ ную атикоррозионную пленку, действующую в качестве защиты от кор­ розии на протяжении двух недель. Все места, труднодоступные для ок­ раски, а также щели шпаклюются пастой, изготовленной из свинцового сурика на олифе с добавкой мела. После соответствующей очистки по­ верхности стали конструкции необходимо загрунтовать. Наилучшим ма­ териалом для грунтовки является олифовый краситель, составленный на свинцовом сурике и олифе. Ввиду отсутствия соответствующего коли­ чества этих материалов в настоящее время применяют смесь свинцового сурика (60%) и окислов железа (40%), а вместо олифы — синтетиче­

45

ские алкидные или меламиновые смолы. Для грунтовки можно исполь­ зовать и краски на основе цинковой пыли.

В качестве второго покрытия применяют красители требуемого цве­ та, преимущественно цинковые белила, окрашенные сажей или черным пигментом. В качестве вяжущего материала используют сгущенное льняное масло. Для верхнего покрытия из красителей применяют в основном цинковые белила, причем в качестве вяжущего берут более сгущенное льняное масло или его смесь со сгущенным тунговым маслом.

быть защищена от механических повреждений уже во время транспор­ тирования и хранения на крытом складе. Перед началом изготовления материал надо тщательно очистить от ржавчины и других загрязнений.

При формировании тонкостенных элементов необходимо следить за тем, чтобы не создавались места, труднодоступные для окраски. Нельзя конструировать профили в форме резервуаров, задерживающих воду. Следует избегать желобков и щелей, а сварные швы применять возмож­ но более плотно. После изготовления профиля на заводе на него накла­ дывают антикоррозионную защитную пленку. Элементы, которые будут забетонированы, на стройке покрывают цементным молоком.

Все повреждения антикоррозионного покрытия должны немедленно исправлять. Конструктивные части, недоступные для окраски по оконча­ нии строительства, после монтажа нужно снова окрасить, а горячеоцинкованные части оцинковать путем набрызгивания.

В ФРГ различают две степени антикоррозионной защиты. Антикоррозионную защиту I степени выполняют путем горячего

юцинкования (300 г/м2 площади), гальванического покрытия свинцом (500 г/м2 площади) или двукратной грунтовки суриком и двукратной окраски.

Антикоррозионной защитой II степени являются: оцинкование набрызгиванием (1000 г/м2 площади), гальваническое оцинкование (150 г/м2 площади), однократная грунтовка суриком и двукратная ок­ раска, фосфатирование с двукратной окраской лаком или двукратная ок­ раска газовым дегтем либо битумным лаком.

Для строительных элементов, недоступных для окраски после мон­ тажа, следует применять антикоррозионную защиту I степени.

Элементы, состоящие из замкнутых профилей, должны иметь внут­ ренние части, герметически закрытые путем сварки продольных граней, стыков и отверстий. Антикоррозионной защите I степени подвергают так­ же элементы конструкций, находящиеся во влажных помещениях. В этом случае антикоррозионное покрытие конструкций перекрытий должно быть водонепроницаемым.

Следует помнить, что тонкостенные стальные элементы не могут со­ прикасаться со строительными материалами, содержащими гипс, хлорид магния, угольную или коксовую золу, а также коксовый шлак, поскольку

4 6

они вызывают быструю коррозию стали. Нельзя класть ксилолит на пе­ рекрытие без надлежащей защиты легких стальных конструкций.

Легкие стальные конструкции из горячепрокатных профилей защи­ щают от коррозии путем двукратной окраски.

Окраска должна производиться при подходящих атмосферных усло­ виях: в сухой и неморозный период.

Покрытие слоем металла. Лучшей защитой, хотя и самой дорогой, являются м е т а л л и ч е с к и е п о к р ыт и я , особенно г о р я ч е о ц и н ­

гальваническим способом, или горячих покрытий.

Процесс набрызгивания по сравнению с другими методами имеет следующие достоинства: возможность набрызгивания на законченном объекте, регулирования толщины покрытия и применения этого способа для нанесения на элементы любой формы и величины, а также значи­ тельно лучшее прилегание краски к плоскости в случае окраски на­ брызганного покрытия.

Набрызгиваемый слой содержит чистый цинк, благодаря чему обла­ дает хорошими антикоррозионными качествами. Такого чистого покры­ тия нельзя получить горячим способом. Атмосферные факторы влияют на цинковое покрытие очень медленно.

Свеженабрызганный слой цинка быстро покрывают слоем окислов, стойким против корродирующих агентов. Однако этот слой соединений цинка на защитном покрытии довольно непрочен (например, смывается дождем). Чем толще цинковая оболочка, тем она эффективней, даже если при большой деформации конструктивного элемента в ней появля­ ются трещины.

Толщина цинковых покрытий зависит от окружающей среды и дол­ жна быть равна:

0,05 мм при небольшой относительной влажности воздуха (особенно если предусмотрено покрытие защитной краской);

0,1 мм при большой влажности; 0,2 мм при загрязнении воздуха промышленными газами и для эле­

ментов, погруженных в воду.

Стойкость цинковых покрытий в значительной степени зависит от температуры. При температуре до 50° С эта стойкость достаточно хоро­ шая, при температуре выше 50° С уменьшается, а при температуре 60—

Эффективность защитного действия набрызганных покрытий значи­ тельно увеличивается благодаря наносимому слою защитной краски. Та­ кие покрытия дороги из-за дополнительного окрашивания и большого расхода краски (на 100% больше, чем при окраске неметаллизированной поверхности), но это окупается, так как они обеспечивают более прочную защиту, действующую в течение многих лет.

Покрытие синтетическими материалами. В последнее время широко

47

Рис. 2-19. Поперечное сечение листа металла, покрыто­ го синтетическими материалами

материала толщиной 10—400 мкм-, 3 — склеивающий слой толщи­

используют покрытие широких стальных полос синтетическими мате­ риалами. После покрытия эти полосы разрезают и из них изготовляют профили.

Покрытие полос синтетическим материалом производится путем на­ несения на них жидких или полужидких термопластических либо термо­ реактивных материалов, а также путем приклеивания готовой пленки. Толщина оболочки может быть от 20 до 400 мкм. На готовые покрытия дополнительно накладывается защитный слой с целью защиты их от повреждения во время транспортирования.

З а щ и т н о - д е к о р а т и в н ы м с л о е м покрывают полосы шири­ ной 10—1850 мм и толщиной 0,2—2 мм. В качестве исходного материала в основном используют холоднокатаные широкие стальные полосы. При особых антикоррозионных требованиях полосы, оцинкованные электро­ литическим способом, покрывают слоем толщиной 2,5—7,5 мкм, а горячеоцинкованные полосы — слоем толщиной 20—25 мкм.

На рис. 2-19 показано сечение листа металла, покрытого синте­ тическим материалом. Этот листовой металл обладает большой стой­ костью перед коррозией и декоративным достоинством. Важным преиму­ ществом является возможность дальнейшей обработки такого материа­ ла, т. е. резания, сверления отверстий, штамповки, глубокой штамповки, склейки, сварки. Для соединения листового металла с синтетическим покрытием применяют клей, склеивая сталь со сталью, сталь с синтети­ ческим материалом или материал с материалом.

Ввиду хорошей сцепляемости синтетического материала, а также хо­ рошего защитного действия цинка и грунтового слоя нет необходимости в особой защите краев. При более толстом листовом металле можно края защищать с помощью густых лаков и высыхающих паст.

2.5.2. Защита от огня

В условиях пожара несущая способность конструкций уменьшается, поэтому их нужно защищать от воздействия огня. Основными фактора­ ми, подвергающимися изменениям во время нагревания, являются: прочность, удлинение и ползучесть стали при повышенных темпера­ турах.

Согласно исследованиям, проведенным в Швейцарии, при температу­ ре до 350° С и напряжениях в конструкции порядка 1600 кгс/см2 проч­ ность на растяжение, модуль упругости, ударная вязкость существенно не уменьшаются и существенных изменений в удлинении образца не

48

происходит. Полученные величины деформаций показали, что за 24 ч при температуре 350° С опасного прироста деформаций не наблюдается; предел текучести сохраняет первоначальную величину, а устойчивость конструкции и местная устойчивость не подвергаются существенным из­ менениям.

При температуре 400° С прочность стали снижается, а деформации воз­ растают. При температуре 500° С несущая способность элементов сни­ жается до 50% первоначальной величины. При температуре 600'—700° С появляются сильные деформации конструкции, несущая способность снижается до нуля и сильно деформированная стальная конструкция разрушается.

Разрушение нагруженной конструкции при повышенной температу­

большое влияние на огнестойкость стальных элементов. Величина пол­ зучести зависит от химического состава стали, технологии обработки и внутренних напряжений. Холоднокатаная сталь, как правило, харак­ теризуется более быстрым ростом ползучести по сравнению с горячека­ таной сталью.

В Польше установлено пять классов огнестойкости строительных объектов: А, В, С, Д и Е. Отнесение строительного объекта к одному из этих классов зависит от помещения с наибольшей огневой нагрузкой в данном объекте. На основе классификации определяют требования для строительных элементов всего объекта. Следует отметить большую трудность выполнения этих требований в области защиты всех эле­ ментов.

Основным способом защиты стальных конструкций является и з о ­ л и р о в а н и е их от н а г р е в а н и я до к р и т и ч е с к и х т е м ­ п е р а т у р во в р е м я п о ж а р а . С этой целью применяются: бетон­ ная облицовка, цементно-известковая штукатурка по стальной сетке, гипсовая штукатурка по стальной сетке, облицовка из сплошных кера­ мических изделий (эта облицовка сравнительно тяжелая).

изоляционные качества. Вермикулит (биотитовая слюда) является слож­

49