I. Вступ

1.1. Металеві конструкції та їх використання в інженерних спорудах

Будівельні конструкції –це елементи будівель або споруд, які виконують несучі, огороджувальні чи суміщені (несучі та огороджувальні) функції.

Металеві конструкції використовують в різноманітних будівлях і спорудах, до яких відносяться:

1) покриття будівель великих прольотів громадського та виробничого призначення – спортивні та видовищні споруди, ринки, вокзали, ангари, суднобудівні цехи та ін.;

2) каркаси громадських будівель – палаци спорту, театри, виставочні павільйони;

3) каркаси висотних будинків;

4) промислові одноповерхові та багатоповерхові будинки;

5) мости різного призначення;

6) башти та щогли, які виконують функції опор різного призначення, - антенні пристрої радіо та телебачення, водонапірні споруди, димові та вентиляційні труби тощо;

7) листові конструкції для зберігання, переробки або транспортування рідких, газоподібних та сипких матеріалів – резервуари, газгольдери, бункери, силоси, трубопроводи великого діаметру;

8) конструкції гідротехнічних споруд – сегментні та плоскі затвори, сміттєстримуючі решітки, трубопроводи та ін.

Широке застосування металевих конструкцій в будівництві пояснюється їх істотними позитивними властивостями, а саме:

1) надійність металоконструкцій. Цьому сприяє висока однорідність матеріалу та подібність реальної роботи конструкцій з розрахунковою схемою;

2) значно більша відносна міцність, ніж у інших будівельних матеріалів (відносна міцність – відношення міцності до густини матеріалу). В зв’язку з цим маса металоконструкцій виявляється невеликою. Металеві конструкції легші аналогічних залізобетонних в 7-10 разів. Це дозволяє проектувати споруди з більшими прольотами та висотою;

3) висока індустріальність виготовлення і монтажу завдяки простоті обробки металу, технологічності монтажних з’єднань, зручності транспортування, можливості монтажу великими блоками. Більшість конструкцій виготовляється на спеціалізованих заводах, що дозволяє налагоджувати поточні лінії для автоматизованого виробництва конструкцій масового призначення;

4) завдяки великій густині металоконструкції непроникливі для газів і рідин;

5) простота реконструкції та демонтажу будівель. При експлуатації будівель та споруд може виникнути необхідність часткового або повного демонтажу після завершення строку служби або підсилення при реконструкції. При використанні металоконструкцій такі заходи здійснюються відносно легко.

МК притаманні наступні недоліки:

1) схильність до корозії в умовах вологого або агресивного середовища. Для запобігання корозійних утрат металу необхідно періодично здійснювати захист конструкцій, що робить їх експлуатацію дорощою;

2) невелика вогнестійкість. При температурі t600°С сталь переходить в пластичний стан і конструкція втрачає несучу здатність. Тому протипожежному захисту металоконструкцій надається особливе значення.

1.2. Коротка історія розвитку металоконструкцій

Поняття “Металеві будівельні конструкції” об’єднує в собі їхню конструктивну форму, технологію виготовлення і способи монтажу.

Рівень розвитку металевих конструкцій визначається, з одного боку, потребами в них народного господарства, а з другого – можливостями технічної бази: розвитком металургії, металообробки, будівельної науки і техніки.

Виходячи із цих положень в історії розвитку металевих конструкцій можна умовно виділити п’ять періодів.

Перший період (ХІІ – ХVІІ ст.) – застосування металу в унікальних спорудах в основному у вигляді затяжок.

Другий період (початок ХVІІ – початок ХVIII ст.) – пов’язаний з застосуванням металевих крокв і просторових купольних конструкцій.

Третій період (початок ХVIII – середина ХІХ ст.) – застосування конструкцій із чавунного литва, трикутних залізочавунних крокв’яних ферм із з’єднаннями на болтах.

Четвертий період (30-і роки ХІХ ст. – 20-і роки ХХ ст.) пов’язаний зі швидким технічним прогресом у всіх галузях техніки. З’явилися заклепкові з’єднання, навчилися виробляти профільний метал. Сталь витиснула чавунні конструкції. З’явилися рамно-аркові системи, будується багато сталевих мостів. Запроектована перша багатопролітна будівля.

П’ятий період починається з кінця 20-х років ХХ ст. Характерне широке застосуванням зварних з’єднань замість клепаних (початок 40-х років). Застосовуються низьколеговані сталі та алюмінієві сплави. Широке застосування знаходять листові конструкції.

Значні заслуги в галузі металевих конструкцій належать відомим вітчизняним вченим М.А. Белелюбському, Л.Д. Проскурякову, Ф.С. Ясинському, В.Г. Шухову, М.С. Стрелецькому, Є.О. Патону та багатьом іншим.

Подальший розвиток металевих конструкцій грунтується на комплексному врахуванні кращих принципів вітчизняної та зарубіжної шкіл проектування, на методі оптимізації конструкцій, застосуванні прогресивних конструктивних форм, використанні ефективних матеріалів, профілів, заводських та монтажних з’єднань. Важливе значення має удосконалення методів конструювання і розрахунку, виготовлення й монтажу конструкцій, збільшення терміну корозійного та фізичного зносу, поліпшення культури експлуатації металевих конструкцій.