19.Нержавеющая сталь в архитектуре и строительстве

В современной архитектуре и строительстве нержавеющая сталь является идеальным решением для применения в качестве облицовочного материала фасадов, стен и для отделки интерьера. В сочетании с натуральным деревом и камнем, она с успехом используется для внутренней отделки офисов, магазинов, ресторанов и др. Инертность к агрессивным атмосферным осадкам и выхлопным газам дает возможность использовать этот материал в конструкциях, находящихся на открытом воздухе: скульптурных композициях, витринах, элементах рекламных изделий, фонтанах, крышах.

Благодаря своей прочности и коррозионной стойкости нержавеющая сталь по праву считается "вечным" материалом, применение которого дает не только огромный экономический эффект, но и позволяет многим поколениям наслаждаться его видом.

Что же такое нержавеющая сталь? Это общее название сталей, которые содержат легирующие добавки и, прежде всего, хром, что и делает их такими устойчивыми к коррозии. В результате взаимодействия хрома с кислородом на поверхности металла образуется оксидная пленка, которая при повреждении механическим или другим путем восстанавливается вновь. При необходимости эту устойчивость можно повысить с помощью введения легирующей добавки из молибдена. Такой материал обычно используется в среде, вызывающей повышенную коррозию металла. Это, прежде всего, атмосфера крупных промышленных городов, прибрежных к морю районов, плавательных бассейнов (содержание хлора) и т. д.

Для облегчения формовки и сварки нержавеющей стали в нее добавляют никель.

В большинстве случаев в нержавеющую сталь, применяемую в оформлении внутреннего интерьера или для наружных конструкций, вводится около 18 % хрома и 8-9 % никеля.

Поверхности листового проката нержавеющей стали имеют широкий спектр обработки: матовая, матовое зеркало, зеркало, шлифованная и декоративная (те кетурированная, тисненая). При этом различные фактуры дают оригинальные визуальные эффекты. В дополнение к этому следует отметить возможность окраски поверхностей в различные цвета (всего 8) с помощью специального электрохимического метода. Этот метод основан на свойстве нержавеющей стали образовывать защитную пленку из оксида хрома. Определенный цвет возникает при преломлении этой пленкой падающего света и зависит от ее толщины. Цветовое покрытие по этому методу оставляет структуру рисунка нержавеющего листа неизменной.

Учитывая, что цветообразующая пленка возникает в процессе электрохимического воздействия, а не нанесением краски или пигментов, материал с таким покрытием не подвержен старению и имеет более высокую коррозионную стойкость по сравнению с обычной нержавеющей сталью.

Комбинация различных фактур декоративной нержавеющей стали с возможностью придания им различных цветов дает огромное количество вариантов и безграничные возможности для дизайна.

Декоративная нержавеющая сталь имеет еще одну важную особенность - это легкость ухода за поверхностью. В местах интенсивного контакта (прилавки, лифты, эскалаторы и др.), поверхность не пачкается и сохраняет элегантный внешний вид, при необходимости легко очищается любым неабразивным моющим средством.

Еще одним направлением использования нержавеющей стали в архитектуре и строительстве является применение системы немецкой компании Haboe.

В последние годы, когда стиль хай-тек с его функциональностью и изысканной эстетикой архитектурных решений прочно утвердился в нашей жизни, особенно заметным стало возросшее число предложений на рынке конструкций с использованием нержавеющей стали. Однако для осуществления смелых дизайнерских проектов производителям конструкций порой приходится дополнительно налаживать производство отдельных элементов, разрабатывать усовершенствованную технологию их сборки.

Самый важный для производителя конструкций вопрос - выбор способа соединения отдельных элементов. От этого напрямую зависит и скорость монтажных работ, и качество, и стоимость проекта. Наиболее распространенным на сегодняшний день способом остается сварка, но те, кто сталкивался с производством металлоконструкций, знают, что для так называемой "нержавейки" она имеет свою непростую специфику. Даже при условии соблюдения технологических требований, качество сварных швов нередко вызывает нарекания - страдает внешний вид изделия.

Немецкая компания Haboe - один из тех производителей, которые предлагают полностью исключить сварку из процесса сборки. Трубы из нержавеющей стали соединяются при помощи клея и стандартных базовых соединительных узлов. Разработана целая система простой, быстрой и надежной сборки готовых конструкций и изделий- от ограждений лестниц и перил различного вида и назначения до предметов интерьера.

Кроме того, компания производит специальные соединительные элементы с регулируемым углом (+5°С), которые незаменимы для устранения последствий неточных замеров или неточно выполненных проектных установок. Предусмотрительность немецкого производителя проявляется даже в таких мелочах, как комплектация соединительных элементов крепежными деталями. Прекрасно продуманный ассортимент соединительных, крепежных, декоративных элементов позволяет решать достаточно сложные технические задачи без утомительной подгонки деталей по месту стыковки.

Благодаря несложному набору инструментов и приспособлений сборка изделия производится прямо на объекте. Многие из тех, кто уже занимался производством ограждений, имеют подобное оборудование, но при необходимости компания дополнительно предлагает недорогой малогабаритный отрезной станок, а также ленточную шлифовальную машинку. В ряде случаев для крепления деталей предусмотрены резьбовые клепки.

Далее - очередь за склеиванием. Специально подобранный двухкомпонентный клей отличает не только превосходная прочность. При нагревании склеенных элементов до температуры более 200" С конструкцию можно разобрать. Для нанесения клея в местах соединения деталей используется специальный пистолет.

В случае повреждения поверхности конструкций при монтаже по окончании сборки изделие дополнительно шлифуется. Для того чтобы очистить поверхность от остатков металлической пыли, применяется специальный состав. Это же средство избавит в дальнейшем потребителя от необходимости частого ухода за изделиями.

АЛЮМИНИЙ.

Применение алюминия в строительстве

Применение алюминия в строительстве О том, как будет использоваться алюминий, мечтали ученые и писатели 19-го века, а сейчас этот материал стал чрезвычайно популярным. Одна из отраслей, активно использующих алюминий, - это строительство. Было бы довольно странно, если бы в наше время, когда реальны сверхскорости, интернет-технологии, спутниковая связь и оптимизация готового сайта, металл с такими свойствами, как у алюминия, не использовался. Алюминиевые оконные конструкции, кровельные материалы, сайдинг, композитные панели и, конечно, разнообразные профили и элементы крепления давно перестали быть редкостью. Не менее 50-ти лет этот металл массово применяется при сооружении и отделке зданий.

Алюминий обладает целым набором уникальных физических и химических свойств, которые делают его столь популярным. Он легок, прочен, прост в обработке, не поддается коррозии. С точки зрения строителя алюминий обладает одним главным недостатком – высокой теплопроводностью. Конструкции из этого металла молниеносно промерзают насквозь, поэтому при изготовлении вентфасадов и других строительных конструкций применяют разнообразные способы утепления. Скажем, многослойная алюминиевая панель, используемая в системах навесных фасадов, имеет несколько надежно соединенных между собой пластов, улучшающих свойства основного материала – алюминия. Помимо этого, в зазоре между облицовкой и стеной обязательно устанавливается утеплитель.

Иногда можно слышать, что алюминий слишком дорог. Узнать, в какую сумму выльется отделка фасада алюминиевыми панелями, не сложнее, чем выяснить, сколько стоит поисковая оптимизация сайтов. В компаниях, занимающихся вентфасадами, работают опытные менеджеры и сметчики, которые быстро обсчитают заказ и сообщат вам результат. Несмотря на довольно высокую стоимость самого материала, обшивать стены алюминиевыми панелями выгодно. Это сокращает расходы на отделочные работы, позволяет сэкономить на обслуживании и отоплении здания. Запланировав выполнить навесной фасад, необходимо рассчитать все текущие расходы и отдаленную финансовую выгоду. Как и в случае, когда нужно узнать, сколько стоит поисковая оптимизация сайтов, нужно сравнивать различные варианты.

Производители композитных панелей для вентилируемых фасадов постоянно предлагают новые решения для своих клиентов. Это такая же мобильная область, как, например, оптимизация готового сайта. Скажем, на рынке появляются алюминиевые панели с различной фактурой и цветом, всевозможные дополнительные детали, крепеж и так далее.

20. Цель расчета строительных конструкций - обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность при минимальном расходе материалов и минимальной затрате труда на изготовление и монтаж.

Строительные конструкции рассчитывают на силовые и другие воздействия, определяющие их напряженное состояние и деформации, по предельным состояниям.

Под предельными состояниями подразумевают такие состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ.

В расчетах конструкций на действие статических и динамических нагрузок и воздействий, которым они могут подвергаться в течение строительства и заданного срока службы, учитываются следующие предельные состояния:

первой группы - по потере несущей способности и (или) полной непригодности к эксплуатации конструкций;

второй группы - по затруднению нормальной эксплуатации сооружений.

К предельным состояниям первой группы относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; разрушение любого характера; переход конструкции в изменяемую систему; качественное изменение конфигурации; состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести, недопустимых остаточных или полных перемещений или чрезмерного раскрытия трещин.

К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию или снижающие долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота, колебаний, трещин и т. п.).

Предельные состояния первой группы проверяются расчетом на максимальные (расчетные) нагрузки и воздействия, возможные при нарушении нормальной эксплуатации, предельные состояния второй группы - на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия, отвечающие нормальной эксплуатации конструкций.

Надежность и гарантия от возникновения предельных состояний конструкции обеспечиваются надлежащим учетом возможных наиболее неблагоприятных характеристик материалов; перегрузок и наиболее невыгодного (но реально возможного) сочетания нагрузок и воздействий; условий и особенностей действительной работы конструкций и оснований; надлежащим выбором расчетных схем и предпосылок расчета, учетом в необходимых случаях пластических и реологических свойств материалов.

В общем случае работа конструкций и переход их в предельное состояние зависят от нагрузок, свойств материала и условий работы. Рассмотрим раздельно учет этих факторов при расчете конструкции по предельным состояниям.

Нагрузки и воздействия

В процессе эксплуатации конструкции подвергаются различным нагрузкам и воздействиям.

Работа конструкции, а следовательно, и особенности ее расчета во многом зависят от природы, характера и продолжительности воздействий. Так, при взрыве следует учитывать влияние скорости нагружения на свойства материала; при воздействии низких температур - повышенную опасность хрупкого разрушения; при продолжительном воздействии - ползучесть материала.

Классификация нагрузок и воздействий. По своей природе нагрузки и воздействия подразделяют на:

- нагрузки от собственного веса конструкций;

- технологические нагрузки (вес оборудования, складируемых материалов, людей, давление жидкостей, газов, сыпучих материалов и т.д.);

- атмосферные нагрузки (снег, ветер, гололед);

- температурные (технологические и климатические) воздействия;

- монтажные нагрузки;

- сейсмические и взрывные воздействия;

- аварийные нагрузки, возникающие при резком нарушении технологического процесса, поломках оборудования, обрывах проводов линий электропередачи и т.д.

Все эти нагрузки и воздействия вызывают в конструкциях усилия и перемещения и могут быть отнесены к прямым воздействиям. Кроме них на конструкции могут влиять биологические (гниение), химические (коррозия), радиационные и другие воздействия. Эти воздействия приводят к изменению свойств материала (снижению ударной вязкости при радиационном воздействии), меняют параметры работы элементов (уменьшение толщины элементов, повышение концентрации напряжений при коррозии) и в итоге влияют на несущую способность и долговечность конструкций. Такие воздействия называют косвенными.

Под характером воздействия будем понимать скорость и частоту приложения нагрузок. По этому признаку нагрузки подразделяют на статические, динамические и переменные многократно повторяющиеся.

При статических нагрузках скорость нагружения равна нулю или настолько мала, что вызываемые ими инерционные силы в расчете можно не учитывать и использовать методы статики сооружений.

При динамических нагрузках скорость нагружения высока и вызываемые ими инерционные силы необходимо учитывать при расчете конструкций. В этих случаях используются методы динамики сооружений. Нормы на проектирование стальных конструкций допускают учитывать влияние динамического характера нагрузок путем умножения статической нагрузки на коэффициент динамичности, устанавливаемый на основании теоретических или экспериментальных исследований.

При воздействии переменных многократно повторяющихся нагрузок в конструкциях могут возникнуть усталостные разрушения. В этом случае конструкции необходимо проверить на выносливость .

В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные. Временные нагрузки в свою очередь подразделяют на длительные, кратковременные и особые.

Постоянными нагрузками называют такие, которые действуют на конструкцию постоянно: собственный вес строительных конструкций, давление фунта, воздействие предварительного напряжения конструкций и т.п.

Длительными нагрузками называют такие, которые действуют на конструкцию продолжительное время (но могут и отсутствовать): вес технологического оборудования, вес складируемых грузов, давление жидкостей и газов в резервуарах и трубопроводах.

Кратковременными нагрузками называют нагрузки, действующие непродолжительное время: снег, ветер, подвижные краны, нагрузки, возникающие при транспортировке, монтаже, ремонтах и испытаниях конструкций, температурные климатические воздействия и т.д.

Особые нагрузки - это нагрузки, которые могут появиться в исключительных случаях: сейсмические воздействия, аварийные нарушения технологического процесса, резкие просадки грунтов.

Нормативные и расчетные нагрузки. Все нагрузки в той или иной степени случайны и при математическом описании могут быть представлены в виде случайных величин (например, собственный вес конструкций) или случайных функций времени (например, ветер). Однако при расчете конструкций по предельным состояниям мы принимаем детерминированные значения нагрузок. Поэтому для обеспечения необходимого уровня надежности при расчете конструкций по первой группе предельных состояний следует принимать максимальные значения нагрузок с высокой степенью обеспеченности. При расчете по второй группе предельных состояний, т.е. в условиях нормальной эксплуатации, обеспеченность может быть ниже.

Основные положения по расчету устанавливают два значения нагрузок: нормативные и расчетные.

Нагрузки, отвечающие условиям нормальной эксплуатации, называют нормативными. Их величину устанавливают в нормах проектирования, оговаривают в техническом задании или определяют по проектным значениям геометрических параметров

Сочетания нагрузок. Как правило, на сооружение действует не одна, а несколько нагрузок. При расчете конструкций необходимо выбрать наиболее неблагоприятное их сочетание, позволяющее получить в каждом элементе максимальное из возможных усилие. Однако вероятность одновременного воздействия на сооружение всех возможных расчетных нагрузок очень мала, и если мы запроектируем сооружение на такую комбинацию нагрузок, то оно будет иметь излишние запасы несущей способности. Поэтому в нормах на проектирование установлены две категории расчетных сочетаний нагрузок:

- основные сочетания, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

- особые сочетания, включающие кроме постоянных, длительных и кратковременных нагрузок одну из особых нагрузок.

Расчет удобно проводить на каждую нагрузку отдельно, а затем определять наиболее неблагоприятное сочетаний усилий. Если в основное сочетание входит одна временная нагрузка, ее принимают без снижения. При двух и более временных нагрузках основного сочетания их умножают на коэффициент сочетания ψ, учитывающий малую вероятность совместного действия расчетных значений. Для временных длительных нагрузок ψ1 = 0,95, для кратковременных ψ2 = 0,9. В особых сочетаниях ψ1 = 0,95, ψ1 = 0,8 . при этом особую нагрузку принимают без снижения. Для сейсмических районов значения коэффициентов сочетаний установлены в специальных нормах.

Рассмотренные нормативные и расчетные сопротивления относятся к работе стали на растяжение, сжатие, изгиб, т.е. при действии нормальных напряжений. При срезе расчетные сопротивления Rs, определяют путем умножения расчетного сопротивления растяжению Ry на коэффициент перехода 0,58, т.е. Rs=0,58Ry . При σx = σy = 0 условие перехода в пластическое состояние σeƒ = √ 3τ2 = σy / √ 3.

При сжатии торцевой поверхности в случае плотной пригонки (строжка или фрезеровка торца) материал в зоне контакта работает в условиях всестороннего обжатия и расчетное сопротивление может быть повышено. Согласно нормам, Rp = Ru.

При расчете проката на растяжение в направлении, перпендикулярном плоскости проката (г - направлении), учитывая пониженные прочностные и пластические свойства стали в этом направлении, а также возможность расслоя, расчетное сопротивление Rth = 0,5Ru, т.е. меньше, чем при работе в плоскости проката.

21.Металлические конструкции (металлоконструкции) - конструкции, сделанные из металлов и применяемые в строительном деле.

Металлические конструкции подразделяются на стальные конструкции и конструкции из лёгких сплавов металлов.

Стальные металлические конструкции начали применяться в строительстве с начала 20 века. И по сей день металлические конструкции из стали используются в несущих каркасах зданий промышленного, жилого и общественного назначения. А также в строениях мостов, опорах линий электропередач и т.д.

Конструкции из металлических (чаще алюминиевых) сплавов обладают следующими преимуществами: малый вес, устойчивость к коррозии, технологичность, высокие декоративные качества. Наибольшее распространение металлические конструкции из сплавов имеют в ограждающих элементах зданий и в отделочных деталях.

Металлические конструкции по характеру соединения элементов подразделяются на сварные, клёпаные и с болтовыми соединениями.

Сварные металлические конструкции – это металлические конструкции, элементы которых соединены сваркой. Это наиболее распространенный тип металлических конструкций. Основными преимуществами данного вида металлических конструкций является экономия металла и, соответственно, меньшая стоимость, а также высокая плотность.

Клепаные металлические конструкции – это металлические конструкции, элементы которых соединяются заклёпками. Клепаные металлические конструкции отличаются надежностью в условиях низких температур, поэтому их чаще используют при строительстве в районах с холодным климатом. Основным недостатком клепаных конструкций является трудоёмкость изготовления.

Металлические конструкции с болтовыми соединениями - металлические конструкции, элементы которых соединяются болтами.

22. Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом,работающим на изгиб. Их широко применяют в конструкциях гражданских,общественных и промышленных зданий, в балочных площадках, междуэтажныхперекрытиях, мостах, эстакадах, в виде подкрановых балок производственныхзданий, в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов и в другихсооружениях.

Широкое распространение балок определяется простотой конструкции изготовления и надежностью в работе.В конструкциях небольших пролетов длиной до 15-20 м наиболеерационально применять сплошные балки. При увеличении нагрузки длинапролетов увеличивается, известны примеры применения сплошных подкрановыхбалок пролетом 36 м и более. Такие балки часто бы вают двустенчатыми, т. е.имеют коробчатое сечение.В автодорожных и городских мостах пролеты сплошных балок достигают200 м и более.

1. Типы балок

У металлических балок основным типом является двутавровоесимметричное сечение. Мерой эффективности, т. е. выгодности сечения балки какконструкции, работающей на изгиб, является отношение момента сопротивления кплощади сечения, равное ядровому расстоянию ? =W / A. Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений, показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 и круглого в 3 раза, так как в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки. Поэтому металлические балки конструируют главным образом двутаврового сечения, чему способствует хорошая работа металла на касательные напряжения, позволяющая делать стенку балки достаточно тонкой.

В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения, прокатные или составные – сварные, болтовые или клепаные. Предпочтение отдается прокатным балкам как менее трудоемким, но ограниченность сортамента делает невозможным их применение при больших изгибающих моментах.В строительстве нашли применение тонкостенные балки, балки из гнутых профилей, прессованные, составные из алюминиевых сплавов, а также бистальные балки, т. е. балки, сваренные из двух марок стали, и балки предварительно напряженные.

Чаще применяются балки однопролетные, разрезные, которые наиболеепросты в изготовлении и удобны для монтажа. Однако по расходу металла онименее выгодны, чем неразрезные и консольные. Неразрезные балки благодаряналичию опорного момента, разгружающего основные моменты в пролетах, болееэкономичны по материалу. Они обладают большой чувствительностью кизменениям температуры и осадкам опор, а поскольку в практике строительстварекомендуют делать крайние пролеты меньше средних для сохраненияпостоянства сечения, то их конструкции являются немассовыми(индивидуальными), а применение их – сравнительно редким.

2. Компоновка балочных конструкций

При проектировании конструкции балочного покрытия рабочей площадкицеха, проезжей части моста или другой аналогичной конструкции необходимовыбрать систему несущих балок, обычно называемую балочной клеткой.Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный,нормальный и усложненный.

В упрощенной балочной клетке нагрузка на перекрытие передается черезнастил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей сторонеперекрытия на расстояниях а (шаг балок) и через них на стены или другиенесущие конструкции, ограничивающие площадку. Из-за небольшой несущейспособности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, чторационально лишь при небольших пролетах их. При частом размещении длинныхбалок возникает противоречие между получаемой мощностью и .требуемойжесткостью, что неэкономично; в нормального же типа балочной клетке нагрузка снастила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее наглавные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции,ограничивающие площадку. Балки настила обычно принимают прокатными.В усложненной балочной клетке вводятся еще до полнительные,вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главнымибалками, передающими нагрузку на колонны. В этом типе балочной клеткинагрузка передается на опоры наиболее длинно. Чтобы снизить трудоемкостьперекрытия, балки настила и вспомогательные балки обычно принимаютсяпрокатными.

Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балокмежду собой по высоте. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне ипониженное. При этажном сопряжении балки, непосредственно поддерживающиенастил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой иудобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требуетнаибольшей строительной высоты. При сопряжении в одном уровне верхниеполки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на нихопирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки призаданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняетконструкцию опирания балок.

Пониженное сопряжение применяется в балочных клетках усложненноготипа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнегопояса главной, на них поэтажно укладывают балки с настилом, которыерасполагаются над главной балкой. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжениев одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки призаданной строительной высоте перекрытия.

Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте, т. е. полныеразмеры площадки, расстояния между промежуточными опорами-колоннами,высота помещения под перекрытием и отметка верха настила (разница междукоторыми определяет возможную строительную высоту перекрытия), обычнозадаются технологами или архитекторами исходя из требований размещенияоборудования и удобной эксплуатации помещений.

Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль большихрасстояний. Расстояние между балками настила определяется несущейспособностью настила и обычно бывает 0,6-1,6 м при стальном и 2-3,5 м прижелезобетонном настиле.

Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается впределах 2-5 м, и оно должно быть кратно пролету главной балки. При выбореэтого расстояния надо стремиться получить минимальное число вспомогательныхбалок, причем прокатных. Установив направление, пролет главных балок ирасстояние между балками настила, выбирают тип и компонуют балочную клеткутаким образом, чтобы общее число балок было наименьшим, балки под настиломи вспомогательные балки были прокатными, а сопряжения между балками былипростыми и удовлетворяли имеющейся строительной высоте перекрытия.При этом следует принимать наиболее простой тип балочной клетки снаиболее коротким путем передачи нагрузки на опоры.