СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ — конструкции, изготавливаемые из сталей различных марок и состояний.

СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ — конструкции, изготавливаемые из сталей различных марок и состояний. Основными достоинствами стальных конструкций, определяющими область их применения, являются: относительная легкость, достигаемая в результате использования сталей с высокими прочностными характеристиками; разнообразие конструктивных форм; широкая возможность типизации и унификации, высокая степень индустриальности изготовления и монтажа; возможность сочетания с другими материалами (напр., железобетоном, алюминием и т. д.), а также выполнения сборно-разборных конструкций. Основные недостатки стальных конструкций — подверженность коррозии (особенно в некоторых агрессивных средах) и снижение прочности при высоких температурах.

Стальные конструкции применяются преимущественно в качестве несущих конструкций зданий и сооружений, башенных конструкций различного назначения, листовых конструкций, пролетных строений мостов, подвижных металлических конструкций (в т. ч. кранов, затворов гидротехнических сооружений) и т. д.

При проектировании стальных конструкций, помимо соблюдения основных положений ― обеспечения надежности сооружения и удовлетворения условиям эксплуатации, необходимо выполнение требований, которые определяют оптимальность конструктивной формы: экономия стали, уменьшение трудоемкости изготовления, сокращение сроков монтажа. В стальных конструкциях применяются различные статические схемы, в т. ч. балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, пространственные; иногда сооружают предварительно напряженные стальные конструкции.

Предварит, напряжение и регулирование усилий в стальных конструкциях достигается различными конструктивными приемами. Наиболее хорошо изучены балки, фермы, арки, рамы, в которых предварительное напряжение осуществляется введенеим затяжек из высокопрочных сталей (тросов, пучков высокопрочной проволоки), натягиваемых в процессе изготовления конструкции. Экономия стали получается за счет создания в металле основного (жесткого) элемента предварительных натяжений, обратных по знаку напряжениям от нагрузки, что обеспечивает более полную работу металла под нагрузкой, а также результатов введения высокопрочным материалов в элементы, работающие на изгиб. Предварительное напряжение может осуществляться как при изготовлении элементов на заводе, так и при монтаже конструкций или целых сооружений. Наибольшую экономию металла можно получить при создании многоступенчатого предварительного напряжения, при котором предварительное напряжение чередуется с постепенным загружением конструкции постоянными нагрузками.

Регулирование усилий производится в статически неопределимых системах (неразрезных балках, рамах) путем создания в незагруженной конструкции моментов, эпюра которых в сочетании с эпюрой от действующей нагрузки обеспечивает наилучшее использование материала в конструкции. В неразрезных балках искусственным смещением опор достигается перераспределение пролетных и опорных моментов. В консольных балках путем временной пригрузки консолей с последующим закреплением их тягами обеспечивается увеличение опорных моментов и разгрузка ригеля в пролете. В дальнейшем на эксплуатационные нагрузки конструкция работает совместно с тягами, как рамная система. Подобное регулирование усилий использовалось при проектировании ряда мостов.

Материалом для стальных конструкций служат малоуглеродистые, низколегированные и высокопрочные стали. Осн. строит, сталью является малоуглеродистая мартеновская сталь марки Ст.З с содержанием углерода до 0,22%. Большой процент содержания углерода в строит, сталях не допускается, т. к. при этом ухудшается свариваемость металла. Применение кипящих конверторных сталей, более загрязненных вредными примесями (по сравнению с мартеновскими), ограничено неответственными клепаными конструкциями, однако развитие и совершенствование конверторного процесса произ-ва стали ведет к все более широкому их распространению в стр-ве.
Конструкции, воспринимающие динамич., вибрационные (или ударные) воздействия или работающие при отрицат. темп-pax, для к-рых опасны явления концентрации напряжений, выполняются из стали марки Ст. 3 (спокойной). Имеется тенденция в качестве осн. марки строит, стали для сварных конструкций вместо Ст. 3 (кипящей) использовать Ст. 3 (полуспокойную), более однородную, чем Ст. 3 (кипящая), и более простую по методам выплавки, чем Ст. 3 (спокойная). Низколегированные строит, стали марок 14Г2, 15ХСНД, 15ГС, 10Г2С, 10ХСНД и др., более дорогостоящие и более чувствительные к концентрациям напряжений, чем Ст. 3, применяются при больших усилиях в элементах с целью экономии материала, облегчения собственного веса конструкций и упрощения конструктивной формы элементов. Большую экономию металла дают высокопрочные стали. В висячих и предварительно напряженных С. к. весьма эффективно используются тросы и пучки высокопрочной проволоки.
Стальные конструкции выполняются сплошностенчатыми, плоскими и пространственными, решетчатыми. листовыми и т. д.
В пром. зданиях С.к. сооружаются при больших пролетах и высотах зданий, при тяжелом крановом оборудовании и напряженном режиме работы кранов, а также в условиях эксплуатации, при к-рых железобетонные конструкции не являются долговечными. К таким зданиям относятся многие здания предприятий металлургич. и химич. пром-сти, кузнечно-прессовые и сборочные цехи заводов тяжелого машиностроения, авиасборочные цехи и т. п.
Стальные конструкции пром. зданий представляют собой комплекс конструктивных элементов в виде поперечных рам, конструкций шатра здания, стропильных и подстропильных ферм, прогонов, фонарей, подкрановых балок, элементов фахверка и связей, сочлененных в пространственный каркас. Поперечные рамы являются осн. несущими конструкциями, они воспринимают все нагрузки от мостовых кранов, собств. веса ^ несущих и ограждающих конструкций, от ветра и снега. От жесткости по перечных рам в горизонт, направлении в осн. зависят эксплуатац. качества сооружения. Повышение жесткости каркаса достигается защемлением колонн в фундаментах, жестким сопряжением ригеля рам с колоннами, а также за счет пространственной работы конструкции. Пространственная работа каркаса в горизонт, направлении обеспечивается при наличии железобетонных кровельных плит жестким кровельным диском покрытия, а при более легких кровлях — горизонт, связями, расположенными по нижним поясам ригелей.
При действии нагрузок от мостовых кранов на одну или неск. рам темп-рного бло- железобетонные покрытия оказываются недолговечными; в таких случаях более целесообразны металлич. кровли (из волнистой стали, алюминия и т. п.). В зданиях с пролетами в пределах 24—30 м и с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т получают распространение смешанные каркасы в виде железобетонных колонн и металлич. конструкций шатра и подкрановых балок.
Большепролетные С. к. применяются в перекрытиях спортивных и зрелищных сооружений, крытых рынков, выставочных павильонов, ангаров, авиасборочных цехов и т. п. Применение стальных конструкций в перекрытиях больших пролетов оправдывается значит, снижением собств. веса конструкций, удобствами монтажа и архитектурными достоинствами таких конструкций. В большепролетных перекрытиях применяются разные виды несущих систем (балочные, рамные, арочные, висячие, оболочки и др.). В зданиях с обычным темп-рным режимом покрытие часто проектируется без прогонов, в виде железобетонных плит пролетом 6 или 12 ж, укладываемых по ригелям рам. Такая кровля весьма индустри- альна, но тяжела. Более экономичны (по затрате металла) покрытия из асбестоце- ментных или др. легких плит с эффективным утеплителем, укладываемые по легким прогонам (прокатным или решетчатым). В зданиях с большими тепловыделениями прй темп-ре (на уровне кровли) 100—150° системы. В большепролетных С.к. перспективно применение предварит, напряжения и регулирования усилий, использование пространственных систем с совмещением несущих и ограждающих конструкций, сталей повышенной прочности и алюминиевых конструкций, обеспечивающих эффективное снижение собств. веса конструкций. Существенную экономию стали можно получить снижением собств. веса ограждающих конструкций кровли, использованием для кровли светопрозрачных пластмасс и т. п. Большепролетные конструкции, как правило, не являются массовыми, однако в них возможно широкое применение типовых конструктивных элементов (плит, прогонов и т. п.).
Стальные конструкции высотных сооружений типа опор, башен и мачт используются гл.обр. для линий связи и электропередач, радиовещания и телевидения. Аналогичного вида конструкции применяются для геофизич. вышек, опор канатных дорог и т. п.В высотных сооружениях гл. нагрузками являются ветер и гололед, действующие как на конструкцию, так и на оборудование. В СССР проведена большая работа но уточнению величин этих нагрузок, что позволило существенно снизить вес сооружений. Однако эта проблема не исчерпана и дальнейшее изучение нагрузок, действующих на высотные сооружения, является одним из путей, к-рые могут привести к значит, экономии стали. Основой уменьшения ветровой нагрузки является создание сооружений обтекаемых форм с применением стержней круглого сечения и т. п. Кроме того, трубчатые и круглые профили лучше сопротивляются коррозии, что важно для сооружений, стоящих на открытом воздухе. Прогрессивными направлениями в монтаже высотных сооружений являются применение высокопрочных болтов, монтажной сварки проплавлением, монтажа линейных соор>ж(ний с вертолетов.
С.к. доменных цехов связаны с технологич. агрегатами и развитие их идет совместно с совершенствованием технологич. процесса в направлении укрупнения доменных сооружений. Осн. конструктивной и технологич. проблемой С.к. доменных цехов является их типизация с выявлением оптимальных объемов доменных печей и др. агрегатов. Скоростные методы монтажа достигаются укрупнением монтажных элементов, что, помимо уменьшения числа монтажных подъемов, обеспечивает автоматизацию монтажной сварки доменных кожухов и др. элементов. Совершенствование С.к. доменных печей направлено на создание условий работы при одноосном линейном напряженном состоянии путем устройства разл. компенсаторов и улучшения конструктивной формы, а также на уменьшение количества горизонт, швов, свариваемых вручную.
Листовые стальные конструкции  — резервуары, газгольдеры, трубопроводы (см. Магистральные трубопроводы), потребляют до 60% расхода стали на все строит, конструкции. Развитие конструктивных форм резервуаров идет в первую очередь в направлении уменьшения потерь прн хранении легко Испаряющихся продуктов, а также создания рациональных (по расходу металла и трудоемкости изготовления) конструкций. Каплевидные и шаровые конструкции лучше всего отвечают условиям эксплуатации, но сложны в изготовлении. Более перспективны для массового стр-ва вертикальные цилпндрич. резервуары, допускающие повышение избыточного давления до 2 кг/см2 и тем самым резко уменьшающие потери горючего от испарения. Хорошо удовлетворяют эксплуатационным и строит, требованиям каплевидные цилиндрич. резервуары. Весьма перспективны и экономичны газгольдеры постоянного объема высокого давления. Вертикальные направляющие в совр. мокрых газгольдерах заменяются винтовыми направляющими без наружного каркаса, что, помимо экономии стали, упрощает эксплуатацию и повышает их надежность.
Подземные и надземные трубопроводы большого диаметра, предназначенные для транспорта газа, нефти и нефтепродуктов, работают в сложных условиях, правильный учет к-рых является одной из осн. задач проектирования трубопроводов. Опасность хрупкого разрушения ставит вопрос о повышении пластично ти материала и в связи с этим об отказе от экспан- дирования, повышающего предел текучести стали.
Листовые конструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе или в грунте, нуждаются в защите от коррозии. Особенно важна борьба с коррозией подземных трубопроводов. Объемно-листовые конструкции обычно защищаются нанесением масляных или битумных покрытий. Для подземных конструкций применяется электрозащита от действия блуждающих токов. Перспективна защита пластмассовыми покрытиями.
Снижение расхода стали листовых С. к. связано с изысканием оптимальных конструктивных форм, уточнением методов расчета на основе изучения действит. работы конструкций, применением низколегированных сталей, к-рые, помимо экономии металла, повышают коррозиестойкость и в нек-рых случаях позволяют значит, снизить толщину стенок резервуаров (до 14 мм — максим, толщины, допустимой при изготовлении С. к. методом рулонирования). Разнообразна номенклатура подвижных стальных конструкций. К ним относятся конструкции различных кранов, отвальных мостов, применяемых прн вскрышных работах в горных выработках,конструкции гидротехнич. затворов, крупных экскаваторов и т. п. Подвижные конструкции наряду с большой прочностью должны иметь миним. вес. Требование уменьшения веса делает целесообразным проектирование подвижных конструкций решетчатыми с применением труб или гнутых профилей. Стальные мосты (см. Металлический мост) для железных и автомобильных дорог имеют широкое распространение благодаря значит, простоте и быстроте их возведения и восстановления. Эти преимущества делают стальные мосты особенно рациональными при строительстве в малоосвоенных районах и при больших пролетах.
Расчет почти всех видов стальных конструкций производится по методу предельных состояний, причем учитываются два предельных состояния — по несущей способности и по развитию чрезмерных деформаций от статических и динамич. нагрузок. Третье предельное состояние по местным повреждениям (образованию или раскрытию трещин) при расчете С. к. не учитывается, т. к. возникновение их в С. к. зависит не от условий эксплуатации, а является следствием несовершенной технологии изготовления и монтажа. За нормативное сопротивление стали принимается браковочное значение предела текучести в соответствии с нормами приемки. При расчете С. к. на изгиб и внецентренное сжатие допускается развитие в опасных сечениях пластич. деформаций. Возможность развития пластич. деформаций учитывается также при расчете нек-рых статически неопределимых систем (неразрезных балок, рам и т. п.). Учет развития пластич. деформаций обеспечивает экономию стали, позволяя сблизить расчетное предельное состояние с действительным и устранить излишние запасы. Сложное напряженное состояние С. к. проверяется по энергетической теории прочности.
Снижение трудоемкости изготовления С.к. достигается упрощением конструктивной формы, развитием типизации и унификации, к-рые позволяют вводить на з-дах поточные линии и внедрять высокопроизводительные методы изготовления — авто- матич. резку и сварку, фрезеровку, кондукторное сверление, кондукторную сборку и т. п.
Совр. С.к. изготавливаются гл. обр. сварными. Клепаные конструкции применяются лишь в ж.-д. мостах и подкрановых балках (при тяжелом и непрерывном режиме работы кранов), когда возможность хрупкого разрушения металла является особенно опасной или изготовление путем сварки мощного составного сечения элемента представляет значительные технологические трудности. Клепаные конструкции более трудоемки и на 10—15% тяжелее сварных.
Ускорение процессов монтажа стальных конструкций достигается путем совершенствования монтажного оборудования и расширения областей его применения, в результате типизации конструкций, автоматизации монтажной сварки, применения монтажных соединений на болтах, в т.ч. и на высокопрочных, укрупнением монтажных элементов, а также упрощением конструктивных форм монтажных сопряжений.
Повышение сопротивляемости С.к. коррозии достигается нанесением соответств. защитных покрытий (масляных красок, битумных лаков, металлов, перхлорви- ниловых пленок и т. п.). Помимо нанесения защитных покрытий, долговечность С.к. при воздействии агрессивной среды обеспечивается созданием устойчивых в отношении коррозии конструктивных форм (круглых, сплошностенчатых и т. п.), в к-рых отсутствуют места для скопления влаги и пыли, являющиеся источниками интенсивного развития коррозии, а также применением коррозиестойких низколегированных сталей.
Защита С.к. от воздействия высоких темп-р производится облицовкой огнеупорными материалами (керамикой, бетонами и т.п.) и установкой отражательных экранов при постоянном источнике теплоизлучения (технологич. печи, горячие слитки металла и т.п.).
Экономия металла в стальных конструкциях достигается путем применения сталей повышенной прочности, усовершенствования сортамента, использования гнутых, трубчатых и др. эффективных профилей, уменьшения нагрузок (облегчение кровли и т.п.), разработкой новых, более прогрессивных конструктивных форм — предварительно Hai ряженных, трубчатых, пространственных смешанных (сталежелезобетонных) и т.п. конструкций, совершенствованием методов расчета с целью освобождения от излишних коэфф. запаса, заменой клепаных конструкций сварными.
Важнейшие проблемы конструирования стальных конструкций — типизация и унификация, позволяющие совершенствовать конструктивные формы и удовлетворять всем осн. требованиям оптимальности. Типизация необходима, прежде всего, в массовых видах С.к. (мосты, несущие конструкции производств, зданий, резервуары, антенные сооружения и т.п.); в этих сооружениях производств, типизация достигла значит, объемов, что резко повысило серийность первичных элементов, из к-рых компонуются сооружения (прогонов, ферм, колонн и т.п.). В пром. зданиях типизация доведена до разработки сортамента стропильных ферм, подкрановых балок и элементов колонн для тяжелых цехов предприятий металлургия, пром-сти.

15.09.2015

Новости

Резервуары для сельского хозяйства ООО НПП Укрпромтехсервис более 20 лет опыта строительства объектов и монтажа оборудования.

Резервуары для сельского хозяйства    ООО НПП Укрпромтехсервис более 20 лет опыта строительства объектов и монтажа оборудования. Среди многочисленных направлений деятельности Укрпромтехсервис являются также строительство, монтаж и поставка резервуаров для сельского ... 17.09.2015

Оперативные заправочные комплексы

< strong>Оперативные заправочные комплексы   Современные оперативные заправочные комплексы должны быть оборудованы необходимыми средствами заправки, оснащены современными системами фильтрации и высокопроизводительными насосными установками. Для обеспечения подачи ... 17.09.2015

Монтаж смотровой ― сторожевой вышки

Монтаж смотровой ― сторожевой вышки ... 17.09.2015

Заземление технологического оборудования.

Заземление технологического оборудования.   Заземление технологического оборудования. Это одна из простейших и надежных мер, снижающих возможность накопления зарядов статического электричества. При заземлении проводящего оборудования потенциал между ним и землей ... 17.09.2015

Подготовка к сварке.

Подготовка к сварке. При сварке легированных сталей тре­буется более высокая точность изготовления деталей, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Эти высокие требования вы­зываются тем, что натяжение при сборке крайне нежелательны, так как неизбежно увеличивают ... 17.09.2015

Сварка углеродистых сталей Наиболее легко и хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, содержание углерода в которых не превышает 0,25%.

Сварка углеродистых сталей Наиболее легко и хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, содержание углерода в которых не превышает 0,25%. Повышение содержания углерода в низкоуглеродистых сталях до 0,30% делает их чувствительными к закалке. Для предупреждения закалки ... 17.09.2015