Достоинства и недостатки металлических конструкций

История развития металлических конструкций

В строительстве металл стали применять еще XII веке, выполняя из него затяжки и скрепы для каменной кладки. Их изготавливали из кричного железа и скрепляли через проушины на штырях. Позднее (XVII – XVIII века) появились стержневые купольные конструкции глав церквей («корзинки»), их выполняли из кованого брусков и соединяли на замках и скрепах горновой сваркой. Как самостоятельные конструкции для мостов и перекрытий металлические конструкции стали использовать во второй половине XVIII в. В середине XVIII в. – XIX в. были широко распространены чугунные стержни и детали, которые в основном производились на Уральских и Тульских заводах, на юго-западе Англии, во Франции и Германии. Уникальными чугунными конструкциями являются купол Исаакиевского собора (40-е г.г. XIX в.) и самый большой чугунный мост в мире – Николаевский мост в Петербурге (50-е г.г. XIX в.). В XIX в. усовершенствовался процесс получения железа, и сталь постепенно вытеснила чугун. Широкое развитие металлические конструкции получили с 30-х г.г. XIX века, чему способствовали следующие обстоятельства: появление клепального процесса, развитие проката листов и фасонных профилей и бурный рост сети железных дорог и связанное с этим строительство мостов и вокзальных перекрытий. Для демонстрации больших возможностей металлических конструкций на каждой всемирной выставке непременно строились большие металлические павильоны и другие сооружения оригинальной конструкции. Например, Хрустальный дворец на Лондонской выставке в 1854 г, висячие сетчатые покрытия на Нижегородской выставке в 1896 г, Эйфелева башня высотой 300 м на Парижской выставке в 1889 г.

Достоинства и недостатки металлических конструкций

Достоинства

Надежность –

обеспечивается близким совпадением действительной работы материала (распределение напряжений и деформаций) с расчетными предположениями благодаря однородности структуры металла и его упругим свойствам. Это позволяет обеспечить полную надежность работы сооружений;

Легкость –

критерием легкости является коэффициент с, определяемый отношением плотности материала ρ к его расчетному сопротивлению:

, м^-1 ,

где g – плотность, а R_y – расчетное сопротивление.

Чем меньше коэффициент с, тем относительно легче конструкция из данного материала.

Например:

для малоуглеродистой стали с = 3.7·10^-4 м^-1;

для бетона с = 1.85·10^-3 м^-1;

для дерева с = 5.4·10^-4 м^-1.

Герметичность –

благодаря большой плотности и сплошности материала есть возможность строить водо- и газонепроницаемые сооружения;

Индустриальность –

возможность изготовления конструкций на заводах и высокомеханизированный их монтаж на месте возведения;

Возможность демонтажа или усиления;

Оборачиваемость фонда

Недостатки

Подверженность коррозии –

незащищенная от воздействия агрессивной среды сталь окисляется (коррозирует). Для повышения коррозийной стойкости конструкции покрывают защитными покрытиями в виде тонких пленок алюминия, цинка, эмалей, штукатурки и т.п.;

Появление сварочных деформаций или напряжений;

Низкая огнестойкость;

При температуре t = 400ºС прочность металлических конструкций уменьшается в два раза по сравнению с первоначальной, а при температуре t = 600ºС сталь переходит в пластичное состояние (говорят – «течет»), то есть конструкция теряет прочность.

Алюминиевые сплавы переходят в пластичное состояние уже при температуре t = 300ºС