История развития металлических конструкций. Область применения металлических конструкций. Достоинства и недостатки металлических конструкций

Понятие «ме­таллические конструкции» включает в себя их конструктивную форму, технологию из­готовления и способы монтажа. Уровень развития металлических конструкций опреде­ляется, с одной стороны, потребностями в них экономики, а с другой — возможностя­ми технической базы: развитием металлургии, металлообработки, строительной науки и техники

Исходя из этих положений, история развития металлических конструкций может быть разделена на пять периодов:

Первый период (с XII до начала XVII в.) характеризуется применением металла, в уникальных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах и т.п.) в виде затяжек и скреп для каменной кладки. Затяжки выковывали из кричного железа и скрепляли че­рез проушины на штырях.

Второй период (с начала XVII до конца XVIII в.) связан с применением наклонных металлических стропил и пространственных купольных конструкций («корзинок») глав церквей (рис. В2). Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замках и скрепах горновой сваркой. Конструкции такого типа сохранились до наших дней.

Третий период (с начала XVIII до середи­ны XIX в.) связан с освоением процесса ли­тья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий. Соединения чугунных элементов осуществляются на замках или болтах.

Четвёртый период (с 30-х годов XIX в. до 20-х го­дов XX в.) связан с быстрым техническим прогрес­сом во всех областях техники того времени, в част­ности в металлургии и металлообработке. В начале XIX в. кричный процесс получения же­леза был заменен более совершенным — пудлинго­ванием, а в конце 80-х годов XIX в. — выплавкой же­леза из чугуна в мартеновских и конвертерных печах.

Пятый период (послереволюционный) начинается с 20-х годов XX в., с первой пятилетки, когда государство приступило к осуществлению широкой программы инду­стриализации страны. К концу 40-х годов XX в. клепаные конструкции были почти полностью вытеснены сварными, более легкими, технологичными и экономичными. Развитие металлургии уже в 30-е годы XX в. позволило применять в металлических конструкциях вместо обычной малоуглеродистой стали более прочную низколегиро­ванную сталь.

Номенклатура и область применения метал­лических конструкций

1. Промышленные здания. Каркасы промышленных зданий бывают полностью металлическими и смешанными (металлическое покрытие по железобетонным колоннам). Промышленные здания при необходимости оборудуются мостовыми и подвесными кранами.

2. Большепролетные здания. Это, как правило, здания общественного назначения: спортивные, рынки, павильоны, ангары. Они имеют пролеты до 100 – 150 м. Для большепролетных зданий применяются балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные конструктивные схемы каркасов.

3. Мосты, эстакады. В конструктивном отношении мосты и эстакады имеют разнообразные системы: балочные, арочные, висячие, комбинированные.

4. Листовые конструкции. Листовые конструкции применяются в резервуарах, газгольдерах, бункерах, баках, трубопроводах большого диаметра.

5. Башни, мачты. Применяются для радио, телевидения и сотовой связи, в геодезической службе, в опорах линий электропередач, в нефтяных вышках, дымовых и вентиляционных трубах.

6. Каркасы многоэтажных зданий. Применяются в промышленных и гражданских зданиях.

7. Крановые и другие подвижные конструкции: мостовые, башенные, козловые краны, конструкции экскаваторов и др.

8. Прочие конструкции. К ним относятся каркасы радиотелескопов, трамплинов, платформ по разводке нефти, газа в море, каркасы надшахтных копров.

Основные особенности металлических конструкций и предъявляемые к ним требова­ния

Во-первых, исходным материалом для всех конструкций является прокатный ме­талл, выпускаемый по единому стандарту — сортаменту: лист, уголок, швел­лер, двутавр, груба и т.п. Из этого материала компонуются разнообразные конструк­тивные формы.

Во-вторых, все конструкции объединены одним технологическим процессом их из­готовления, в основе которого лежат холодная обработка металла (резка, гибка, обра­зование отверстий и т.п.) и соединение деталей в конструктивные элементы и комп­лексы (сборочно-сварочные операции).