Номенклатура и область применения металлических конструкций

 

Содержание

Введение 3

 Номенклатура и область применения металлических конструкций 4

Достоинства и недостатки металлических конструкций………………..6

 Свойства строительных сталей и алюминиевых сплавов 8

 Классификация сталей 9

 Виды разрушений 11

Литература 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

В металлических конструкциях применяются: прокатная сталь — более 95%, отливки из стали и серого чугуна — менее 1%, алюминиевые сплавы — менее 5%. Существующие строительные нормы «Стальные конструкции» предусматривают применение тринадцати сталей — от С235 до С590. В рамках нашего курса мы будем иметь дело со сталями, наиболее распространенными в простых инженерных сооружениях: С235, С245, С275, С345.

 

 

 

 

 

 

 

Номенклатура и область применения

металлических конструкций

Металлические конструкции применяются во всех инженерных сооружениях значительных пролетов, высоты и нагрузок. В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции можно разделить  на  восемь  видов:

1. Промышленные здания –  цельнометаллические или со смешанным каркасом  (колонны железобетонные). Цельнометаллические в зданиях с большим  пролетом,  высотой  и  грузоподъемностью.
2. Большепролетные покрытия зданий – спортивные сооружения, рынки, выставочные павильоны, театры, ангары и др. (пролеты до 100-150 м).
3. Мосты, эстакады – мосты на железнодорожных и автомобильных магистралях.
4. Листовые конструкции – резервуары, газгольдеры, бункеры, трубопроводы   большого  диаметра  и  др.
5. Башни и мачты – радио и телевидения в геодезической службе, опоры                  линии  электропередачи,  нефтяные  вышки  и  др.
6. Каркасы многоэтажных зданий. Применяются в многоэтажных зданиях,  в   условиях  плотной  застройки  больших  городов.
7. Крановые и другие подвижные конструкции – мостовые, башенные,                          козловые  краны,  конструкции  экскаваторов  и  др.
8. Прочие конструкции по использованию атомной энергии в мирных  целях, разнообразные конструкции радиотелескопов для космической и радиосвязи,  платформы  разведки и добычи нефти и газа в море и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Достоинства металлических конструкций:

1. Надежность. Материал (сталь, алюминиевые сплавы) обладает большой  однородностью  структуры.
2. Легкость. Металлические  конструкции  самые  легкие.
3. Индустриальность. Изготовление и монтаж металлических конструкций производится специализированными организациями с использованием высокопроизводительной  техники.
4. Непроницаемость. Обладают высокой прочностью и плотностью, непроницаемостью  для  газов  и  жидкостей.

 

Недостатки металлических конструкций:

1. Коррозия. Незащищенность от влажной среды, атмосферы,  загрязненной агрессивными газами, сталь коррозирует  (окисляется) и разрушается. Поэтому в сталь включают специальные легирующие элементы,  покрывают  защитными  пленками  (лаки,  краски  и  т.д.).
2. Небольшая огнестойкость. У стали при температуре 200˚С уменьшается  модуль упругости, а при температуре 600˚С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Алюминиевые сплавы переходят в пластическое состояние при 300˚С. Поэтому металлические конструкции защищают огнестойкими  облицовками  (бетон,  керамика,  специальные  покрытия и  т.д.).

При проектировании металлических  конструкций должны учитываться следующие требования:

1. Условия  эксплуатации.
2. Экономия  металла  (высокая  стоимость).
3. Транспортабельность (перевозка по частям или целиком с применением соответствующих  транспортных  средств).
4. Технологичность – использование современных технологических приемов,  обеспечивающих  снижение  трудоемкости.
5. Скоростной монтаж. Сборка  в  наименьшие  сроки.
6. Долговечность – определяется сроками физического и морального износа.
7. Эстетичность. Конструкция  должна  обладать  гармоничными формами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства строительных сталей и алюминиевых сплавов

Для строительных металлических конструкций используются, в основном, стали  и  алюминиевые  сплавы.

Наиболее важными для работы являются механические свойства: прочность, упругость, пластичность, склонность к упругому разрушению, ползучесть, твердость, а также свариваемость, коррозионная стойкость, склонность к старению и  технологичность.

Прочность – характеризует сопротивляемость материала внешним силовым  воздействиям  без  разрушения.

Упругость – свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму   после  снятия  внешних  нагрузок.

Пластичность – свойство материала сохранять деформативное состояние после  снятия  нагрузки,  т.е. получать остаточные деформации без разрушения.

Хрупкость – склонность  разрушаться  при  малых  деформациях.

Ползучесть – свойство материала непрерывно деформироваться во времени без  увеличения  нагрузки.

Твердость – свойство поверхностного слоя металла сопротивляться упругой и пластической деформациям или разрушению при внедрении в него индентора  из  более  твердого  материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация сталей

По прочностным свойствам стали условно делятся на:

1. обычной прочности (Ơ у  = 29 кН/см);
2. повышенной прочности (Ơ у = 29-40 кН/см);
3. высокой прочности  (Ơ у >  >40 кН/см).

По химическому составу стали, подразделяются на:

1. Углеродистые стали состоят из железа и углерода с добавкой кремния (или  алюминия)  и  марганца.

• Углерод (У)  повышая прочность стали, снижает ее пластичность и ухудшает свариваемость, поэтому применяются только низкоуглеродистые стали (У <   0,22%).

2. Легированные стали помимо железа и углерода имеют специальные добавки, улучшающие качество стали. Однако, добавки ухудшают свариваемость стали и удорожают ее,  поэтому в строительстве  используют низколегированные  стали  с  содержанием  добавки  не  более   5%.

Основными легирующими добавками являются:

• Кремний раскисляет сталь, т.е. связывает избыточный кислород и повышает ее прочность, снижает пластичность, ухудшает свариваемость и коррозионную  стойкость.
• Марганец повышает прочность, снижает вредное влияние серы. При содержании  марганца   >  1,5%  сталь  становится  хрупкой.
• Медь повышает прочность, увеличивает стойкость против коррозии. Содержание  меди    >  0,7%   способствует  старению  и  хрупкости  стали.
• Хром и никель повышают прочность стали, без  снижения  пластичности и  улучшают  ее  коррозионную  стойкость.
• Алюминий раскисляет сталь, нейтрализует вредное влияние фосфора, повышает  ударную  вязкость.
• Ванадий и молибден увеличивают прочность почти без снижения пластичности, предотвращают разупрочнение термообработанной  стали при сварке.
• Азот в несвязном состоянии способствует старению стали, делает ее хрупкой,  поэтому  его  должно  быть  не  более  0,009%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виды разрушений

Разрушение металла в зависимости от степени развития пластических деформаций может быть хрупким или пластичным (вязким).

Хрупкое разрушение происходит путем отрыва (рис.1.3,а), без заметных деформаций, внезапно.

Пластическое разрушение является результатом сдвига, сопровождается значительными деформациями, которые могут быть своевременно  обнаружены,  и  поэтому  менее  опасно  (рис.1.3, б).

Один и тот же материал может разрушаться хрупко и пластично (вязко) в зависимости от условий работы (вид напряженного состояния, наличия концентраторов  напряжений,  температура  эксплуатации).

При отрыве разрушается межатомная решетка. Зная силы сцепления между атомами, можно определить прочность кристалла при отрыве, которая равна приблизительно  3300 кН/см².

Сдвинуть одну часть кристалла относительно другой значительно  легче, так как касательные напряжения, которые необходимо приложить для смещения составляют около 1300 кН/см² (рис.1.3,в), что намного больше предела текучести  реальных  материалов.

Рис.1.3. Виды разрушения:

а - отрыв; б - срез; в - схема смещения атомных слоев при сдвиге;

г - диаграмма работы материала; 1 – плоское скольжение;

2 – вязкое разрушение; 3 – хрупкое разрушение

 

Литература

1. СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.
2. СНиП II-23-81 «Стальные конструкции»
3. Беленя Е.И., Стрелецкий Н.Н., Ведеников Г.С. Металлические конструкции: Спец. курс: Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб.и доп. – М.: Стройиздат, 1982. – 472с.
4. Бирюлев В.В., Кошин И.И., Крылов И.И., Сильвестров А.В. Проектирование металлических конструкий: Спец. курс. Учеб. для вузов. – Л.: Стройиздат, 1990 – 432с.
5. Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В., Белый Г.И. и др. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Конструкции зданий: Учеб. для строит. вузов. – 2-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2002. – 528с.: ил.
6. Михайлов А.М. Металлические конструкции в примерах: Учеб. для техникумов.  – М., Стройиздат, 1976. – 320с.
7. Сетков В.И., Сербин Е.П. Строительные конструкции: Учебник. – 2-е изд., доп. и испр. – М.: ИНФРА-М, 2005. – 448с.
8. Файбишенко В.К. Металлические конструкции: Учеб. для вузов. – М.: Стройиздат, 1984. – 336с., ил.