Общая характеристика и основы проектирования металлических конструкций. Стержневые, сплошные системы. Достоинства и недостатки.

Стр 1 из 3Следующая ⇒

1. Стальные конструкции используют в различных инженерных сооружениях, которые в зависимости от конструктивной формы и назначения можно разделяют на два класса:

КЛАСС А:

Стержневые системы:

Основные элементы: балки, фермы, арки, колонны, состоящие из стержней, изготовляемые из однородных и прочных материалов (сталь, алюминий, чугун), соединяемые между собой сварными, угловыми и штыковыми швами, болтами или заклепками.

К этим системам относятся следующие здания и сооружения

· Одноэтажные и многоэтажные производственные здания

Мет.каркасы в сочетании с легкими ограждаемыми конструкциями экономичны при любых параметрах здания и тех.нагрузках. Каркасы(несущая констр., состоящая из сочетания линейных элементов. Предназначена выдерживать нагрузки, обеспечивать прочность и устойчивость объекта. Состоит из колонн и опирающихся на них ригелей, ферм)используют для создания ремонтных мастерских, судостроительных эллингов, в зданиях с пролетом разной высоты, в зданиях со встроенными рабочими площадками и многоэтажными вставками, а так же в зданиях оборудованных мостовыми кранами большой грузоподъемностью.

Конструкции одноэтажных промышленных зданий используют в виде цельнометаллических и смешанных каркасов (по железобетонным колоннам устанавливают метал.конструкции(шатер)). Существуют здания-модули полной заводской готовности на основе арочных конструкций сводов из объемного формованного тонкого листа, и структурных конструкций т.е. пространственных решетчатых систем.

· Большепролетные покрытия зданий

Это здания общественного назначения: спортивные сооружения, выставочные павильоны и некоторые здания производственного назначения: ангары, авиа сборочные цехи, лаборатории. (Пролет мин. от 50 до 150 и более).

Здесь используют балочные, рамные, арочные, висячие и комбинированные системы.

Основной нагрузкой в б.з. является нагрузка от собственного веса, для снижения которой используют облегчённые ограждающие конструкции, стали повышенной и высокой прочности, а также различные способы урегулирования усилий – предварительное напряжение.

· Мосты и эстакады

Мет.мосты используют при больших(от 1км-и более) и средних(30м-60м) пролетах.

В мостах используются системы: балочные, арочные, висячие.

В балочных системах используют стали-железобетонные балки, объединяя стальные балки с железобетонной плитой для совместной их работы на изгиб.

· Высотные здания и сооружения

Такие здания используют в гражданском строительстве в условии плотной городской застройки. В.з. проектируют с четким разделением ограждающей и несущей конструкции(стальной каркас). В.з.: антенные устройства, вытяжные башни, буровые вышки, над шахтовые копры, мачты могут достигать высоты до 500м. Применение стали обеспечивает легкость, быстрый монтаж, легкая перевозка к месту возведения.

КЛАСС Б: Сплошные системы-оболочки: Листовые конструкции представляют собой тонкостенные пластины и оболочки разных форм(Листовые конструкции должны быть прочными, водонепроницаемыми и должны экспортироваться в условиях низких или высоких температур.):

· Резервуары

Служат для хранения нефти, воды, сжиженных газов. Имеют вид: вертикальные, цилиндрические, горизонтально-цилиндрические, сферические, резервуары с понтоном, резервуар с плавающей крышей.

· Газгольдеры Предназначены для хранения, смешивания и выравнивания газов(постоянного объема и переменного объема)

· Бункеры и силосы Предназначены для хранения и перевозки сыпучих материалов.

Достоинства

· Способность к восприятию больших нагрузок при относительной легкости и малогабаритности конструкции. Это достоинство обусловлено высокой прочностью стали(удельный вес=7, 85т/м^3)

· Газо и водонепроницаемость. Это достоинство обусловлено большой плотностью(7850кг/м^3)

· Долговечность работы конструкции. Долговечность определяется высокими однородными свойствами прочности и плотности стали

· Индустриальность. Достигается тем, что изготовляется в заводских условиях и механическим монтажеи на месте возведения

· Надежность в эксплуатации. Достигается стабильностью упругих характеристик сталей и ее высокой однородностью во всех направлениях(изотропность). Напряжение связано с деформацией и линейной зависимостью( )

· Ремонтопригодность. Наиболее просто решаются вопросы усиления тех.перевооружения и реконструкции. С помощью сварки можно легко прикрепить к сущ.каркасу новое тех.оборудование.

· Сохраняемость металлического фонда. Возможность использования метал.конструкции в результате физического(коррозия и местные повреждения) и морального износа(изменения требований и условий эксплуатации)

· Лучшая приспособленность к тяжелым условиям работы

· Меньшая подверженность к мех.повреждениям в процессе перевозки, монтажа, эксплуатации

· Зависимость себестоимости от серийности

· Возможность создания разных конструктивных форм.

Недостатки

· Подверженность коррозии

· Малая огнестойкость

· Склонность к хрупкому разрушению

Способы повышения коррозийной стойкости металлических конструкций.

Для борьбы с коррозией принимают самые разнообразные методы, учитывающие особенности не только самого металла, но и условия эксплуатации металлического изделия. В большинстве случаев можно подобрать тот или иной конструкционный материал для его эксплуатации в коррозионных средах. Когда этот выбор сделать нельзя, приходится защищать металл от коррозии. Выбор того или иного способа защиты определяется его эффективностью и экономической целесообразностью.

Все используемые в практике меры по защите металлов от коррозии можно разделить на несколько групп:

1. Повышение коррозионной стойкости металлов и сплавов легированием. ( при газовой коррозии и электрохимической коррозии) Это эффективный метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава или металла вводят легирующие элементы (хром, никель, молибден и др.), вызывающие пассивность металла. Пассивацией называют процесс перехода металла или сплава в состояние его повышенной коррозионной устойчивости, вызванное торможением анодного процесса. Пассивное состояние металла объясняется образованием на его поверхности совершенной по структуре оксидной пленки (оксидная пленка обладает защитными свойствами при условии максимального сходства кристаллических решеток металла и образующегося оксида).

2. Нанесение защитных покрытий.

Это наиболее распространенный способ защиты, заключающийся в нанесении на поверхность металла неметаллических (нанесения на поверхность металла красок, лаков, эмалей, пластмасс, резины) и металлических покрытий(нанесением на поверхность металла тонкого слоя цинка, хрома, никеля, кадмия, олова, свинца и других металлов.) или в образовании на поверхностном слое металла защитной пленки.

3. Разработка конструктивных форм обладающих высокой коррозионной устойчивостью. При конструировании проектируют конструкции из замкнутых гнутосварных профилей, имеющих обтекаемую форму. В сильноагрессивной среде используют трубчатые конструкции.

4. Изменение свойств коррозионной среды.

Для снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении. Для защиты от коррозии широко применяют ингибиторы. Ингибитором называется вещество, при добавлении которого в небольших количествах в среду, где находится металл, значительно уменьшается скорость коррозии металла.

3. Основные требования, предъявляемые к металлическим конструкциям.

1.1. Условия эксплуатации. Включают в себя обслуживание технологического процесса т.е. в здании должны быть обеспечены конструкции безопасностью, удобством крепления с наименьшими затратами, для поддержания конструкции в надежном состоянии. Нормальная эксплуатация – это эксплуатация, осуществляемая без ограничений в соответствии с предьявляемыми к конструкции эксплутационно-технические требования, предусмотренные в нормах проектирования или заданиях на проектирование.

1.2. Технические требования. Сводятся к обеспечению устойчивости, жесткости, надежности(безотказная работа конструкции в течении всего периода эксплуатации), долговечности(свойство элемента или системы длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при определенных условиях эксплуатации).

1.3. Экономические требования. Определяются затратами на металл, стоимостью изготовления, транспортирования и монтажа. Экономия металла достигается за счет совершенствования различных видов конструкций(создания новых совершенных форм-оболочки положительный, отрицательные Гауссовой кривизны: своды, купола, торы, структурные конструкции, висячие, комбинированные, предварительно напряженные)

1.4. Эстетические требования. Свойства филигранности(прозрачное, открытое)-прозрачные стальные элементы при устройстве стекла

Фонари.

В покрытиях зданий предусматривают спец. Проемы с остекленными надстройками, называемыми световыми фонарями. Наряду с освещение эти фонари могут служить целям воздухообмена в помещениях, вследствии чего их называют светоаэроционными.

Фонари подразделяют на: прямоугольные, трапецивидные, треугольные, М-образные, шедовые и зенитные. Длина фонарей, как правило, не превыает 84м. крепление их к стропильным конструкция производится с помощью сварки или на болтах.

Ограждающие конструкции фонарей сост.из покрытия, бортовых элементов, остекленных поверхностей и торцовых стенок. Покрытие фонаря имеет конструкцию аналогичную покрытию здания. Борта фанарей утепляют фибролитом или другими мат-ми.

Торцовые стенки фонарей выполняют из профилированных настилов, стальных и асбестоцементных волнистых листов с утеплителем.

Остекленение прямоугодьных фонарей монтируют в стальные переплеты. Переплеты навешиваются на столбы с помощью шарниров. Заполняют переплеты обычным оконным или армированным стеклом толщиной 4-8мм. Возможно как одинарное так и 2ое остекленение.

Зенитные фонари выполняют со светопропускающими панелями из органического стекла толщ. 3-4мм. Зенит.фонар. подразделяют на точечные и панельные. Точечный стакан состоит из металического стакана, опорной деревянной рамы и светопропускающих эл-тов. Для лучшего очищения от пыли снега и тд поверхностям придают купальную форму. Купала могут быть одно, 2х и 3х слойные. Основными элементами фонаря являются

стеклопакеты, стальной стакан, нащельники и фартук. (констр.реш. стр 249)

20.

Стены произ. зданий по конструктив.схемам подразделяют на несущие, самонесущие, ненесущие(навесные, рекомендуется применять в сисмических районах)

Несущие стены возводят в небольших зданиях, бескаркасных и с неполным каркасом, и выполняют из кирпича, мелких и крупных блоков. Выполняя одновременно несущую и ограждающую функцию. Устройство и прочность наружных схем можно повысить устройством пилястр с наружной или внутр.стороны.

Самонесущие стены несут соответствующую массе в пределах всей высоты здания и передают ее на фундаментные балки.

Ненесущие стены выполняют в основном ограждающую функцию, масса их полность передается на колонныкаркаса, заисклчением нижнего яруса опирающегося на фундаментные балки или специальные цокольные панели. Колонны вопринимают вес несущих стен через обвязочные здания или опорные стальные столики.

Для произ. зданий возможны след. варианты разрезки наружных стен на панели:

1горизонтальная многорядная

2горизонт. Двухрядная

3 вертикал.однорядная

4вертикальная из панелей типа «сэндвич»

Наиболее распространены навесные стены из панелей, аналогичным применяемым в одноэтажных зданиях. В основном используются поясные панели, при наличии оконных проемов необходимы так же простеночные панели.

Стеновые панели в новестных стенах опирются на стальные опорные столики, их крепят к колоннам, как в 1этажных зданиях.

Металические бескаркасные трехслойные панели типа «сэндвич»

Панели применяются для отапливаемых помещений высотой до 18м.Облицовка выполняется из стальных или алюминиевых профилированных листов. В качестве теплоизолирующего слоя используется заливочный пенопласт пенополиуретан.

Цоколи стен выполняются из легкобетонных панелей. Стеновое заполнение выполняется с вертикальной разрезкой. Панели навешивают на опорные ригели и крепят к ригелям сквозными болтами за обе обшивки (констр.решения стр 263)