Достоинства и недостатки металлических конструкций

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Курс лекций

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

В.Г. Темников

Одноэтажного производственного здания

Результаты статического расчета поперечной рамы

(вариант – шарнирное сопряжение ригеля с колоннами)

Усилие	Номер сечения
1 – 1	2 – 2	3 – 3	4 – 4
20,4; 6,3; 4,6; 0,275; 0,625; 0,35; 0,5; 1; 5; 8,99; 199,5; 311,55; 64,21; 202,5; 88,6; 1,5
Матрица 1. Постоянная нагрузка
M	– 44,4	148,9	– 95,7	– 72,4
N	– 876,8	– 876,8	– 520,0	– 520,0
Q	– 13,7	– 13,7	– 13,7	– 13,7
302,4
Матрица 2. Снеговая нагрузка
M	72,6	6,7	– 76,4	– 84,4
N	– 302,4	– 302,4	– 302,4	– 302,4
Q	4,7	4,7	4,7	4,7
2109,98; 681,6
Матрица 3. Вертикальная крановая нагрузка (D max слева)
Mл	– 259,7	– 991,7	327,0	238,0
Mп	633,0	– 99,0	327,0	238,8
Nл	– 2110,0	– 2110,0	0,0	0,0
Nп	– 681,6	– 690,5	0,0	0,0
Qл	– 51,9	– 51,9	– 51,9	– 51,9
Qп	51,9	51,9	51,9	51,9
80,51
Матрица 4. Горизонтальная крановая нагрузка на левую колонну (торможение слева направо)
Mл	– 773,1	17,2	17,2	112,5
Mп	499,0	154,1	154,1	112,5
Qл	56,1	56,1	56,1	– 24,5
Qп	24,5	24,5	24,5	24,5
15,54; 11,66; 3,31; 2,48
Матрица 5. Ветровая нагрузка (ветер слева направо)
Mл	– 906,1	– 132,8	– 132,8	– 84,0
Mп	853,5	153,4	153,4	102,3
Qл	78,5	31,5	31,5	25,9
Qп	67,1	32,2	32,2	28,0

Обозначения: Мл, Nл, Qл – усилия в левой колонне; Мп, Nп, Q п – усилия в правой колонне.

______________________________________________

___________________________________________________

ИЗДАТЕЛЬСТВО

Иркутского государственного технического университета

Глава 1

_____________________________________________________________

Металлические конструкции применяются в инженерных сооружениях в виде стержневых или сплошных систем: в одноэтажных и многоэтажных производственных зданиях; большепролетных покрытиях различных систем зданий и сооружений (спортивные сооружения, крытые рынки, театры, выставочные павильоны, ангары, судостроительные эллинги, авиасборочные цехи и др.); мостах и эстакадах; высотных сооружениях (телевизионные башни, мачты, опоры воздушных линий электропередачи, вытяжные башни, нефтяные вышки, дымовые и вентиляционные трубы, промышленные этажерки, геодезические вышки, надшахтные копры и многие другие сооружения); каркасах гражданских многоэтажных зданий; крановых и других подвижных конструкциях (мостовые, башенные и козловые краны, краны-перегружатели, крупные экскаваторы, затворы и ворота гидротехнических сооружений); листовых конструкциях (резервуары различного назначения, газгольдеры, бункеры, силосы, трубопроводы большого диаметра, конструкции доменного и химического производств); конструкции уникального назначения (радиотелескопы, антенны космической связи).

Такой широкий диапазон применения металлических конструкций, воспринимающих большие нагрузки от собственного веса и оборудования, имеющие большие пролеты и высоту (для листовых конструкций необходимость обеспечения плотности), обусловлен рядом их достоинств и, в первую очередь, надежностью, высокой прочностью и легкостью (рис. 1.1).

Надежность металлических конструкций обеспечивается близким совпадением их действительной работы (распределение напряжений и деформаций) с теоретическими расчетными предпосылками об упругой и упруго-пластической работе материала, обоснованными основными положениями сопротивления материалов и теории упругости и пластичности. Сталь – изотропный материал, имеет мелкозернистую структуру с одинаковыми механическими свойствами во всех направлениях.

Легкость. Из всех изготовляемых в настоящее время несущих конструкций металлические конструкции являются относительно наиболее легкими, несмотря на высокую плотность стали (ρ = 7850 кг/м³) по сравнению с бетоном (ρ = 2400 кг/м³) и даже древесиной (ρ = 500 кг/м³).

За показатель легкости с принимают отношение плотности материала ρ к его прочности R_y. Чем меньше значение с, тем относительно легче конструкция.

Конструкции из алюминиевых сплавов, обладающих прочностью близкой к прочности малоуглеродистой стали, а также плотностью, примерно в три раза меньшей, чем сталь (r =2700 кг/м³), имеют наименьшее значение показателя с.

Рис. 1.1. Достоинства и недостатки металлических конструкций

На рис. 1.2 приведена сравнительная легкость конструкции из различных материалов (коэффициент с для алюминиевого сплава Д16Т принят за единицу).

Индустриальность. Металлические конструкции в основной своей массе изготавливаются на заводах, оснащенных современным специальным оборудованием, а механизированный монтаж на месте возведения сооружения ускоряет ввод его в эксплуатацию. Все это исключает или до минимума сокращает тяжелый ручной труд.

Непроницаемость. Металлы облают не только значительной прочностью, но и высокой плотностью – непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность металла и его соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления листовых конструкций.

Ремонтопригодность. Применительно к стальным конструкциям наиболее просто решаются вопросы усиления, технического перевооружения и реконструкции. Хорошая приспособленность для крепления различных коммуникаций, нового технологического оборудования к элементам существующего каркаса с помощью сварки.

Сохранность металлического фонда – возможность использования металлоконструкций, отслуживших свой срок в результате физического и морального старения (возврат в отрасли хозяйства в виде металлического лома).

c = ρ / R_y

Рис. 1.2. Относительная легкость конструкции

из различных материалов

Лучшая приспособленность металлоконструкций для тяжелых условий работы (высокая температура до +200ºС, динамические и циклические нагружения, большие нагрузки).

Меньшая подверженность механическим повреждениям в процессе перевозки, монтажа и эксплуатации.

Меньшая зависимость себестоимости от серийности, благодаря сравнительно малой стоимости вспомогательных приспособлений при изготовлении и монтаже. Возможность быстро переналаживать оснастку изготовления.

Высокие эстетические свойства, возможность создания самых различных форм.

Металлические конструкции имеют и недостатки, для нейтрализации которых необходимы специальные меры.

Коррозия – разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой. Металлические конструкции обладают сравнительно слабой коррозийной стойкостью, особенно в агрессивных условиях. Сталь, не защищенная от контакта с влагой в сочетании с вредными газами, солями, пылью, окисляется и становится непригодной к эксплуатации.

Значительно выше коррозийная стойкость у алюминиевых сплавов, применяемых в строительстве, благодаря образованию на поверхности прочной оксидной пленки. Хорошо сопротивляется коррозии чугун.

Повышение коррозийной стойкости металлических конструкций достигается включением в сталь специальных легирующих элементов (относительно дорогой способ), периодическим нанесением на поверхность изделий защитных лакокрасочных покрытий (принятый у нас основной способ), а также выбором при проектировании рациональной конструктивной формы элементов, удобной для очистки и защиты (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль).

Небольшая огнестойкость. Металлические конструкции имеют сравнительно низкий предел огнестойкости, оцениваемый временем, в течение которого конструкция сохраняет свою несущую способность.

У стали при температуре t = 200ºC начинает уменьшаться модуль упругости Е, а при t = 600ºC (алюминиевые сплавы при t = 300ºC) она полностью переходит в пластическое состояние, деформируется и теряет свою несущую способность. Поэтому металлические конструкции зданий, опасные в пожарном отношении (склады с горючими и легковоспламеняющимися материалами, жилые и общественные здания и т.п.) должны быть защищены путем устранения непосредственного контакта конструкций с открытым огнем или сильно нагретыми частями оборудования (устройство подвесных потолков, огнестойких облицовок, обмазка специальными составами, в отдельных случаях – устройство огнезащитных экранов).

Дата добавления: 2014-01-13