Прочность металлических конструкций
Применение металлических конструкций началось еще в 12 веке нашей эры. Единично металл использовался в культовых сооружениях, это были небольшие скрепы, армирование стяжек. Позже металл стали применять для каркасов купольных конструкций. Но его обширное применение началось намного позже. Активно использовать металл в строительстве стали после 1784 года, после тог как англичанину Г. Карту удалось получить низкоуглеродистую сталь. В короткие промежутки времени были разработаны способы ее производства, и чугунные элементы стали использовать повсеместно. Чугунные мосты и перекрытия позволяли преодолевать не виданные ранее пролеты. Создание низколегированной стали позволило увеличить качество производимых конструкций, применять сварку для соединения деталей.
Низкоуглеродистая сталь – это сталь, содержащая малый процент углерода, этот класс стали имеет низкую стоимость при сравнительно высоких прочностных характеристиках. Вязкость и пластичность этой стали достаточно высоки, а предел прочности понижен относительно других классов стали.
Первые небоскребы, которые возвели в пострадавшем от пожара Чикаго, имели металлический каркас. И сегодня металл остается одним из самых востребованных строительных материалов, который применяется в и гражданском и промышленном строительстве. в России его применение в сфере жилого строительства ограничено лишь несколькими реализованными проектами, но спрос и изменение ценовой политик, а также регулирование со стороны государства способны переломить и эту ситуацию.
Одной из главных характеристик металла всегда будет прочность. По сравнению с массивным железобетоном, металлические конструкция занимают меньше места, а следовательно, остается больше полезной площади, меньшая нагрузка приходится на несущие конструкции фундаменты.
При этом прочность металлических конструкций обеспечивается целой совокупностью факторов, среди которых:
- прочность отдельных элементов, которые проверяются по первой и второй группе предельных состояний;
- прочность сопряжений и узлов;
- геометрическая неизменяемость всей системы;
- условия работы.
Рисунок 1. Проверка на прочность в сечениях, ослабленных заклепками. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Проверка прочности соединяемых элементов
Для того, чтобы здание или сооружение были безопасными для эксплуатации, они проходят различные проверки прочности, которые подбираются в зависимости от типа соединения и условий работы.
К примеру, при расчете сварных соединений выполняется ряд проверок, к которым относятся:
- расчет по напряжениям растяжения или сжатия с учетом площади поперечного сечения соединяемых элементов;
- расчет на срез по опасному сечению;
- расчет на изгиб и крутящий момент.
Рисунок 2. Методика проверки сварного шва на прочность. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Конкретная формула будет зависеть от типа шва и характера работы соединенных элементов.
Основными недостатками сварных соединений являются остаточные напряжения, образующиеся из-за неравномерного охлаждения и нагрева, возможности деформации тонкостенных деталей при сваривании и скрытые дефекты.
Металлические конструкции могут прослужить десятки лет, если созданы условия, обеспечивающие их надежную работу. В первую очередь это расчеты, в которых должны быть правильно собраны все нагрузки построены правильные расчетные схемы, отражающие характер работы элемента, в во-вторых это постоянные технические обследования, направленные на своевременное выявление и устранение дефектов, которые могут возникать в процессе эксплуатации. Также важно помнить о том, что металл подвержен коррозии, поэтому влажностный режим в помещении должен быть подходящим.
Также металл не обладает огнестойкостью, поэтому конструкции подвергаются обработке защитными составами или зашиваются материалами, которые не подвержены воздействию огня. Срок службы металлического каркаса по расчету составляет 150 лет, как и для железобетонных конструкций, но фактический срок службы может быть намного больше, если соблюдены все требования согласно действующим строительным правилам. Активное применение металла долгие годы сдерживалось его высокой стоимостью, но в изменившихся условиях все может сложиться иначе, и металл окажется более востребованным, чем железобетон.
