История металла в строительстве
Обновлено: 17.05.2024
Несмотря на кажущуюся простоту создания и реализации металлических конструкций, у этих инженерных решений есть своя история. На самом деле они были использованы много веков назад, при этом постоянно совершенствуясь и дополняя друг друга. И именно благодаря развитию металлоконструкций человечество на сегодняшний день может лицезреть большое количество зданий и сооружений.
Период первый
К нему можно отнести первичное использование металлических конструкций при строительстве тех или иных сооружений. Указанный период условно датируют от развития цивилизации и до 17 века.
Первыми попытками использования металла при строительстве заключаются в применении его в затяжках и скрепах, используемых в каменной кладке. Указанные закладки были достаточно примитивными, однако имели большой эффект. Так, с их помощью стягивали конструкции из кирпича или другого камня, тем самым обеспечивая прочность строительной конструкции. Металл обычно был обыкновенным, кованным.
Период второй
Временной отрезок характеризуется 17-18 веками нашей эры. Инженерная мысль созидателей работала все глубже, и соответственно, были придуманы наклонные металлические стропила. В том числе они использовались для создания пространственных (объемных) куполов различных церквей и храмов. Отдельно стоит отметить, что куски металлических брусьев были соединены с помощью сварки. Причем сварка была еще самая простая, горновая. Ярчайшим примером подобного строительства является перекрытие в помещении приема пищи Троице-Сергиевского монастыря, расположенного в городе регионального значения под названием Загорск. Кроме этого, по аналогичной схеме возводили металлоконструкции каркаса колокола Ивана Великого.
Третий промежуток развития
Официальный следующий период создания строительных металлоконструкций совпадает с освоением процесса литья чугунных штырей и прочих деталей. То есть, основным строительным металлическим материалом для возведения различных зданий стал чугун. С его помощью возводились мосты, гражданские и промысловые объекты. Тут имеет значение изобретение чугуна. И способность строителей использовать его в собственных разработках.
Конкретным примером воплощения чугунного литья может служить чугунная арка Александринского театра, расположенного в Санкт-Петербурге. Датой его создания служит 1832 год. Указанный подход в виде использования чугунного литья в данном случае имеет свой смысл и рациональный расчет.
Дело в том, что на тот период времени были объективные причины с созданием профильного металлического проката. Для решения возникнувшей проблемы ученые сталевары придумали оригинальное решение. Так, они решили использовать преимущество профильного проката. В частности, стали использовать стандартные на сегодняшний день уголок и швеллер.
Период четвертый
Этот период уже относится к более-менее современному подходу в отношении строительства. Так, его условно можно отнести от начала 30-х годов 19 века и вплоть до 20-х годов 20 века. Как понятно, из названия, прогресс был основан на разработке различных металлургических компаний. В первую очередь, на территории Соединенных Штатов Америки.
На переломе веков произошла научно-техническая революция, благодаря которой производство металла вышло на новый уровень. В частности, заключался он в том, что производство металла стало возможным, благодаря использованию мартеновского и конвертерного способов производства стали.
Таким образом, стало выполняться производство металла на Урале, и вместе с этим проходила модернизация старых производств в различных уголках страны. Эта история имеет много своих нюансов.
В этот период вместе с теорией материаловедения идет большое развитие сопромата. В частности, различные русские ученые создают проекты больших мостов над различными реками по всей России. Например, во главе школы мостостроения были известные ученые — С.В. Кербедз, Н.А. Белелюбский, Л.Д. Проскуряков. Они разработали немало типовых проектов, которые в дальнейшем с успехом были использованы при создании других аналогичных объектов.
Последний пятый период
Так называемый пятый промежуток развития металлоконструкций начинается с 20-х годов 20 века. Что касается СССР, то это совпадает с первой пятилеткой. Опуская подробности, стоит заметить, что устаревшие на тот момент клепанные конструкции были полностью заменены сварными. Это удешевляло во всех смыслах процесс создания различных сварных сооружений. Как строительных, так и машиностроительных. Удешевление заключалось как в денежном выражении, так и в смысле трудовых затрат.
Краткая история развития металлических конструкций
Металл — один из самых распространенных строительных материалов — был известен уже в V в. до н. э. в виде простейших сооружений.
Инженерные конструкции из металла стали применять еще в XII в. при возведении уникальных сооружений того времени —дворцов, церквей и др. Конкретно применение металла в строительных конструкциях началось с 1784 г. после получения малоуглеродистой стали англичанином Г. Картом. Затем за короткий срок разработаны способы промышленного производства литой стали (с 1855 по 1878 гг.): бессемеровский, мартеновский, томасовский. Тогда же началось производство прокатных профилей (угловые, тавровые, двутавровые, зетовые).
В XVII-XVIII вв. нашли применение наслонные металлические конструкции стропил и пространственные купольные конструкции глав церквей. Стержни конструкций выполняли из кованых брусков и соединяли на замках и скрепах горновой сваркой. В XVIII в. начинают использовать чугунные мосты и конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий. Чугунные элементы соединяли болтами или на замках.
Профессор Н.С. Стрелецкий сформулировал три основных принципа проектирования металлических конструкций: максимальная экономия стали, наименьшая трудоемкость изготовления, скоростной монтаж. При этом все здание должно отвечать эксплуатационным требованиям.
В XX в. в России была создана мощная металлургическая промышленность. Стали широко применять сварные металлические конструкции.
В настоящее время имеются специализированные предприятия для производства металлоконструкций с использованием принципов унификации и стандартизации их элементов.
Металлические конструкции делятся на стержневые (балки, колонны, фермы) и листовые (сплошные, оболочки).
Стержневые конструкции из металла применяются в производственных зданиях и сооружениях, мостах, высотных зданиях, сооружениях специального назначения (ангары, эллинги, авиасборочные цехи), водонапорных башнях (стволы), затворах гидротехнических сооружений и пр.
Листовые конструкции применяются в резервуарах для хранения жидкостей, газгольдерах — для хранения и распределения газов, бункерах — для хранения и перегрузки сыпучих материалов, дюкерах, водонапорных башнях, затворах гидротехнических сооружений и др.
Металлы, применяемые для изготовления металлических конструкций, обладают определенными положительными и отрицательными свойствами. Сведения об их достоинствах и недостатках приведены в таблице ниже.
Достоинства и недостатки металлоконструкций
1. Высокая прочность, способность воспринимать большие усилия
1. Подверженность коррозии
2. Малая огнестойкость (при t = 500 °С сталь теряет несущую способность)
3. Сравнительно высокая стоимость
4. Надежность работы конструкций
5. Высокая сборность, индустриальность изготовления
1. Малая плотность р = 2,7 кн/м 3
1. Повышенная деформированность
2. Простота прессования профилей
2. Более высокий коэффициент линейного расширения (в 2 раза больше стальных)
Металл в строительстве: от меди до стали
Периодическая система элементов Менделеева насчитывает 82 металла, многие из которых, благодаря своим уникальным свойствам, находят применение в строительстве. Но если когда-то металл использовался, в основном, для изготовления кровельных покрытий и отдельных элементов крепежа, то по мере развития технологий его значимость для стройиндустрии становится все выше. Например, можно смело утверждать, что сегодня стальные конструкции являются основой любой капитальной постройки. Совершив небольшой экскурс, можно проследить эволюцию металла в строительстве.
Исторический экскурс
Это очень прочный металл, благодаря формированию голубовато-зелёной патины слабо подверженный коррозии, а потому способный служить долго. В качестве кровельного материала листовую медь использовали потому, что она легче деревянной черепицы и уж тем более — глиняной черепицы или свинца. Немаловажно также и то, что медь достаточно легко гнётся, что позволяло использовать ее для облицовки куполов и других фигурных элементов, которыми обычно украшали кровли культовых построек.
Помимо кровли медь издавна используется ещё и в декоративных целях, а также как материал для создания памятников и монументов. В частности, именно она послужила основным материалом для Статуи Свободы. Медные сплавы, широко используемые в архитектуре — это бронза (сплав меди и олова) и латунь (сплав меди и цинка).
К недостаткам меди можно отнести её крайне высокую стоимость, которая растёт год от года, а также свойство со временем терять свой первозданный яркий цвет и характерный блеск: покрываясь патиной, медь стремительно тускнеет и приобретает характерный зелёный оттенок.
Забегая немного вперёд, можно отметить, что решение «медной проблемы» в наши дни найдено: натуральный металл сегодня всё чаще заменяют достоверной имитацией из стали с полимерным покрытием, о которой пойдет речь чуть позже. Например, сталь с двусторонним покрытием Agneta, в точности имитирующим цвет и блеск меди благодаря включённым в состав красителя микросферам, втрое дешевле своего прообраза, но при этом не теряет внешней привлекательности в течение всего срока эксплуатации.
Свинец — ещё один «долгожитель» строительной отрасли. Его широчайшее применение в прошлом было обусловлено прежде всего низкой температурой плавления. Вплоть до конца XIX века из свинца изготавливали водопроводные трубы, пока не стало известно, что это негативно отражается на здоровье людей. Как и медь, свинец на протяжении многих веков был популярным кровельным материалом и одновременно использовался для изготовления водосточных желобов, труб и дымоходов. Правда, из-за своего большого веса свинец лучше всего подходил для низкоскатных крыш, поскольку с крутых со временем неизбежно начинал сползать. Кроме того, свинцовые кровли были не в фаворе в регионах с большими перепадами температур, поскольку быстро приходили в негодность из-за существенных температурных деформаций, которым подвержен этот металл.
Ещё одна ипостась свинца — изготовление красок на его основе: сурик (красный) применялся как антикоррозионный пигмент для железа, а свинцовые белила — для покраски деревянных домов. Эти краски считались одними из самых стойких и долговечных и всегда использовались в качестве защитных покрытий. Однако со временем их применение было приостановлено в связи с распространением случаев отравления свинцом.
Терн, или «тернплате» — ещё один материал, вошедший в строительный обиход начиная с XIX века. Это были стальные или железные листы, покрытые свинцово-оловянным сплавом, которые часто путали с белой жестью.
Олово само по себе в чистом виде никогда не применялось в архитектуре. Обычно его использовали в сплавах, например, с медью для образования бронзы, а также для покрытия более жёстких металлов, например, лужёного железа или стали: при покрытии листового железа оловом как раз и получалась жесть. Из неё обычно делали броню, но иногда использовали и как кровельное покрытие. В конце XIX века в моде были потолки из рельефной металлической плитки, называвшиеся «оловянными», хотя на самом деле они чаще всего изготовлялись из крашеного листового железа или стали.
Никель находится в сходном положении с оловом: он периодически использовался в качестве гальванического покрытия архитектурных деталей. А вот в создании сплавов никель занимает, пожалуй, лидирующее место на фоне остальных металлов. Благодаря ему мы имеем нейзильбер, монель-металл и нержавеющую сталь. Вплоть до Первой мировой войны нейзильбер называли «немецким серебром», но затем он стал более известен как «белая латунь», хотя правильнее было бы именовать его «никелевой латунью», так как в классическом варианте этот сплав состоит из 75% меди, 20% никеля и 5% цинка. Разное процентное соотношение даёт разные цвета: серебристо-белый, жёлтый, голубоватый, зелёный или розовый. Изделия из нейзильбера были неизменными атрибутами стиля арт-деко.
Монель-металл представляет собой сплав из двух третей никеля и трети меди, а по цвету он похож на платину. Определённым показателем его успешности можно считать тот факт, что в 1936 году медная кровля Нью-Йоркской городской публичной библиотеки на пересечении Пятой авеню и 42-й улицы была заменена на монельную. Удобство работы с монель-металлом заключалось в том, что его можно было варить и паять прямо на месте строительных работ, что позволяло создать сплошную водонепроницаемую поверхность кровли. Во время Второй мировой войны большое количество никеля и меди шло на военные нужды, в связи с чем производство монеля значительно сократилось. А после войны ему на смену пришли нержавеющая сталь и алюминий, имеющие более низкую себестоимость.
Цинк в чистом виде использовался как кровельное покрытие в Бельгии, Франции и Германии, где он заменил более дорогие медь и свинец. Начиная с 1820-х годов бельгийский цинковый лист стали импортировать в Америку. Что касается антикоррозионного цинкования, то эта технология была запатентована в 1837 году независимо друг от друга Сорелем во Франции и Крауфордом в Англии. Метод представлял собой процесс «горячего погружения» с целью покрытия железа цинком. Новинка довольно быстро перебралась за океан: Торговая биржа на Манхеттене стала одним из первых зданий, имевших оцинкованную крышу и водостоки.
Свою нишу цинк занял также в области изготовления декоративных элементов благодаря пластичности и приемлемой цене, дававшими ему преимущества по сравнению с камнем. Изделия из цинка легко поддавались покраске, что позволяло имитировать более дорогие металлы. Кстати о красках: в отличие от свинца. краски на основе цинка не токсичны и устойчивы к загрязнению. Они имели коммерческий успех, начиная с 1850-х, а в 1870-х начали использоваться повсеместно. Дополнительным преимуществом было то, что цинковые красители являлись хорошими ингибиторами ржавчины на железе и стали.
Алюминий был недоступен по разумной цене и в достаточных количествах вплоть до начала XX века. Затем он постепенно стал входить в архитектуру, правда, сначала только как материал для изготовления декоративных элементов. Первым громким выходом алюминия на большую строительную арену следует считать Эмпайр Стейт Билдинг, строительство которого было завершено в 1931 году. На долю алюминия пришлась значительная часть элементов отделки небоскрёба, таких как декоративные панно, входной комплекс, двери лифта. Кроме того, наряду со сталью алюминий был использован в несущих конструкциях здания и для облицовки его фасада.
К недостаткам алюминия следует отнести небольшую жесткость (втрое меньше, чем у стали), высокую теплопроводность и низкую температуру плавления (примерно 660°C). Первое свойство заставляет увеличивать площадь сечения алюминиевых конструкций, а в сочетании со вторым делает их источником теплопотерь здания. Например, вентилируемые фасады на алюминиевой подконструкции существенно уступают стальным по показателям теплоизоляции, не давая при этом существенного выигрыша в весе. Третье свойство негативно отражается на пожарной безопасности построек.
Король среди стройматериалов
Железо в архитектуре встречается в четырёх широко распространённых формах: кованое железо, чугун, листовое железо и сталь. «Чугун был главным строительным материалом XIX века — века промышленной революции. Он часто использовался для конструктивных решений: например, для изготовления колонн, фасадов или куполов. Также из чугуна делали лестницы, лифты, решётки, веранды, балконы, перила, заборы, фонари и даже надгробья», — рассказывает архитектор Анисия Борознова. На сегодняшний день чугун используется в основном для изготовления труб и сантехнической арматуры, хотя иногда к его помощи прибегают с целью подражания стилю прежних эпох.
Наиболее подробно имеет смысл говорить о стали. Именно появление конструкционной стали в середине XIX века сделало возможным строительство высотных зданий. Произошло это благодаря исследованиям английского изобретателя Генри Бессемера, пришедшего к идее передела жидкого чугуна в литую сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха. Чуть позже была разработана мартеновская печь, которая позволила ускорить процесс и снизить себестоимость получаемого материала. Мосты, железнодорожные комплексы и небоскрёбы были первыми крупномасштабными объектами из конструкционной стали.
Ещё один материал, выведший строительные технологии на новый уровень, был разработан также в конце XIX века. Добавление стальной проволоки в бетон дало рождение железобетону, который вряд ли нуждается в специальном представлении.
В начале XX века появились нержавеющие стали с различными примесями, и их главным достоинством стала устойчивость к коррозии. Одним из памятников этой эпохи является здание корпорации Chrysler, построенное по проекту архитектора Уильяма Ван Элена и признанное самым красивым небоскрёбом Нью-Йорка.
Сегодня практически все капитальные здания построены либо из железобетонных, либо на стальном несущем каркасе. Последнее относится и к так называемым быстровозводимым зданиями, которые практически полностью вытеснили сегодня любые другие строительные технологии из коммерческого и промышленного строительства.
Следующим значимым этапом в развитии строительных технологий стало появление системы навесных вентилируемых фасадов (НВФ) в 40-х годах XX века в странах Скандинавии и затем распространившееся оттуда в Европу и Америку. Подконструкция вентфасадов чаще всего изготовлялась из стали, чуть реже — из алюминия (о недостатках этого решения мы уже говорили). Затем на неё крепилась облицовка, а на несущую стену под ней — утеплитель, с соблюдением обязательного воздушного зазора.
На первых порах в качестве облицовочных материалов использовали всё подряд, особенно когда дело касалось бюджетного частного домостроения. Со временем доминирующие позиции на рынке фасадных облицовок начали занимать дешевый керамогранит и легкие алюминиевые композитные панели. Однако помимо очевидных преимуществ эти решения имеют и серьезные недостатки.
Так, керамогранитные фасадные плитки массивны, хрупки, и при всем этом отличаются самым ненадежным среди всех облицовочных материалов способом крепления — на кляммеры (защелки). Любое нарушение технологии монтажа, особенно на высотных зданиях, может сделать керамогранитный фасад небезопасным, а целесообразность его использования в сейсмоопасных районах опровергается повседневной практикой.
Что касается композитных панелей, то выбирать их нужно с осторожностью, потому что не любой их тип соответствует требованиям пожарной безопасности для жилищного и гражданского строительства.
Однако с появлением и развитием технологии полимерного покрытия листовой стали популярным до последнего времени фасадным решениям появилась достойная альтернатива: стальные облицовки доказали своё явное преимущество перед другими решениями и начали постепенно вытеснять их с рынка. Технологичность, простота монтажа, энергоэффективность и долговечность НВФ со стальной облицовкой в сочетании с привлекательным внешним видом и множеством цветовых вариаций пленили сердца архитекторов и строителей.
Иногда в адрес стальных облицовок можно услышать нарекания. Например, экономичные варианты, такие как линеарные панели, ввиду небольшой толщины металла и упрощённой технологии формования не обеспечивают безупречной геометрии фасадных элементов, а потому не очень подходят для серьёзного городского строительства. Относящиеся же к среднему ценовому сегменту фасадные кассеты, лишённые означенных недостатков, не всегда вписываются в имеющийся бюджет, например, в рамках муниципальных программ реконструкции жилых зданий.
Любопытно отметить небольшую лексическую трансформацию, которая происходит прямо у нас на глазах. Слово «металл» всё чаще используется как синоним «стали», ведь это именно её по праву можно назвать металлом нового времени. Из стали стало возможным создать любой элемент здания: фундамент, несущие конструкции, облицовку, кровлю, декор, мебель. Если провозгласить металл королём среди стройматериалов, то его корона наверняка будет сделана из стали.
История применения металла в строительстве
Металл применяли давно с ХII века в уникальных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах, и т. д.) в виде затяжек и скреп для каменной кладки. Затяжки выковывали из кричного железа и скрепляли через проушины на штырях. Первой такой конструкцией являются затяжки Успенского собора во Владимире (1158 г.). Покровский собор в Москве – первая конструкция, состоящая из стержней, работающих на растяжение, изгиб и сжатие. Там затяжки, поддерживающие пол и потолок, укреплены для облегчения работы на изгиб подкосами. Конструктор уже в то время знал, что для затяжки, работающей на изгиб, надо применить полосу, поставленную на ребро, а подкосы, работающие на сжатие, лучше делать квадратного сечения (рис.1).
Рис.1. Перекрытие коридора в Покровском соборе (Москва, 1560 г.)
С начала XVII века металл применяют в пространственных купольных конструкциях глав церквей. Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замок и скрепы горной сваркой.
С начала XVIII стали осваивать процесс литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты. Соединения чугунных элементов осуществляются на замках и болтах. Первой чугунной конструкцией в России считается покрытие крыльца Невьянской башни на Урале (1725 г.). В 1784 г. в Петербурге построен первый чугунный мост. В 50-е годы ХIХ века в Петербурге был построен Николаевский мост с восемью арочными пролетами от 33 до 47 м, это самый крупный чугунный мост мира.
С 30-х г. ХIХ века до 20-х г. ХХ века – идет быстрый технический прогресс в металлургии и металлообработке, появляются заклепочные соединения, в 40-х г. ХIХ века освоен процесс получения профильного металла и прокатного листа. Сталь почти полностью вытеснила из строительных конструкций чугун. Все стальные конструкции в течение ста последующих лет выполнялись клепанными.
До конца ХIХ века в России промышленные и гражданские здания строились в основном с кирпичными стенами и небольшими пролетами, для перекрытия использовались треугольные металлические фермы (рис.3). Сначала в фермах не было раскосов, они появились в конце рассматриваемого периода.
Рис.3. Стропильная ферма (70-е годы ХIХ в.)
Во второй половине ХIХ века значительное развитие получило металлическое мостостроение, где стали применять решетчатые фермы с треугольной шпренгельной решеткой, появляется металлический сортамент прокатных профилей.
В начале ХХ века промышленные здания стали строить с металлическим каркасом, который поддерживал как ограждающие конструкции, так и пути мостовых кранов. Несущим элементом каркаса стала поперечная рама, состоящая из колонн и ригелей (стропильные фермы). Сталь стала вытеснять чугун.
В конце ХIХ столетия стали применять решетчатые рамно-арочные конструкции для перекрытий зданий значительных пролетов. Развивается металлическое мостостроение (например, мост с решетчатыми фермами через реку Лугу, 1853 г.).
Дальнейшее развитие металлургии, машиностроения и других отраслей промышленности потребовало оборудования зданий мостовыми кранами. Сначала их устанавливали на эстакадах, но с увеличением грузоподъемности стало целесообразно строить здания с металлическим каркасом, поддерживающим пути мостовых кранов. Основным несущим элементом каркаса стала поперечная рама (рис.5).
Рис.5. Каркас промышленного здания (начало ХХ в.)
Профессор Ф.С.Ясинский первый запроектировал многопролетное промышленное здание. Академик В.Г.Шухов первый в мире разработал и построил пространственные и решетчатые конструкции покрытий и башен различного назначения. В построенных им сооружениях реализованы идеи предварительного напряжения конструкций и возведения покрытий в виде висячих систем. Тем самым он предугадал будущие направления в развитии металлических конструкций.
К концу 40-х годов ХХ века клепаные конструкции почти полностью заменили сварными, более экономичными. Появляются низколегированные и высокопрочные стали. Кроме стали, начали использовать алюминиевые сплавы, плотность которых почти втрое меньше.
Расширилась номенклатура металлических конструкций. Большие и многообразные задачи по развитию металлических конструкций решались усилиями проектных, научных и производственных коллективов – Проектстальконструкций, Промстройпроекта и ЦНИПС, переименованного в дальнейшем в ЦНИИСК.
Проектировщики взяли за основу схему конструирования поперечной рамы с жестким сопряжением колонны с фундаментами и ригелем. С развитием металлических конструкций, большим объемом и связанная с ним повторяемость конструкций создали предпосылки для разработки типовых систем и конструктивных решений промышленных зданий. Типизация распространялась на пролетные строения мостов, резервуары, газгольдеры, радиобашни, радиомачты. Типизация, унификация и стандартизация – одно из главных направлений развития металлических конструкций.Это снижало трудоемкость изготовления и монтажа конструкций, уменьшало расход стали. Из общественных сооружений можно выделить павильон Космоса на ВВЦ (Москва), перекрытие Дворца спорта в Лужниках, уникальные большепролетные сооружения с металлическими несущими конструкциями, построенными в Москве к Олимпиаде-80.
Наряду с совершенствованием конструкций развивались формы и методы расчета. До 1950 г. расчет велся по методу допустимых напряжений. Такой расчет недостаточно полно отражал действительную работу конструкции под нагрузкой, приводил к перерасходу металла, поэтому был разработан метод предельного состояния. Появляются ЭВМ, что позволяет проектировщику найти быстро конструктивные оптимальные решения.
Успехами в развитии металлических конструкций мы обязаны профессору Н.С.Стрелецкому, который 50 лет возглавлял школу металлостроения, который явился одним из инициаторов перехода от расчета по допускаемым напряжениям к расчету по предельным состояниям.
История металлоконструкций
История развития металлических конструкций разделена на пять периодов.
Первый период (до начала 17 века)
Первый период характеризуется применением металла в затяжках и скрепах в каменной кладке. Затяжки выковывали из кричного железа и соединяли на штырях. Конструкций из металла было очень мало, не развита была технология металла, поэтому этот период характеризуется очень незначительным использованием в строительстве металлических конструкций.
Второй период (от 17 века до 18 века)
Этот период связан с применением наклонных металлических стропил и пространственных куполов глав церквей. Стержни куполов выполнены из металлических брусков и соединены горновой сваркой. Примерами такого использования служат перекрытия в трапезной Троице-Сергиевского монастыря в Загорске, каркас колокольни Ивана Великого, каркас купола Казанского собора в Санкт-Петербурге и др.
Третий период (от начала 18 века до середины 19 века)
Третий период связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий промышленных и гражданских зданий. Соединения осуществляются на болтах. Примером служит чугунная арка Александринского театра в Петербурге (1832 год). Отсутствие в этот период прокатного и профильного металла сильно ограничивало конструктивную форму металлических конструкций. Однако, ученые и конструкторы того времени узнали о большом преимуществе профильного проката и на строительных площадках того времени получали уголок и швеллер путем гнутья и ковкой в нагретом состоянии.
Четвертый период (с 30-х годов 19 века до 20-х годов 20 века)
Связан с быстрым техническим прогрессом во всех областях техники того времени и в частности в металлообработке и металлургии.
В начале 19 века полностью ушел из производства железа пудлинговый способ получения металла и был полностью заменен на мартеновский и конвертерный способ получения стали. Создавалась новая крупная промышленность на Урале, одновременно с этим шла модернизация старых производств. Создавалась металлургическая промышленность на Юге России. В 30 годах 19 века появились заклепочные соединения и станки, которые получали отверстия и способны были делать заклепочные соединения. В 40-х годах был освоен способ получения профильного проката и сортового листа. В последующие 100 лет все конструкции выполнялись клепаными. Другого способа промышленность на тот период не имела. Сталь полностью вытеснила чугун и чистое железо из конструкций.
Во второй половине 19 века большое развитие получило металлическое мостостроение в связи с ростом сети железных дорог. На строительстве мостов развивалась конструктивная форма конструкций больших пролетов, совершенствовалась теория расчетов, технология изготовления конструкций. Основателями русской школы мостостроения являются инженеры и профессора С.В. Кербедз, Н.А. Белелюбский, Л.Д. Проскуряков. Все они создали выдающиеся конструкции для своего времени. Заложили прочный фундамент теоретических расчетов, совершенствовали технологию производства.
Сызранский (Александровский) мост.
Большой вклад в развитие металлостроения внес В.Г. Шухов. Знаменитая радиовышка Шухова до сих пор радует своей технологичностью жителей Москвы. Особенно значительна его теоретическая и практическая работа в области резервуаростроения и листовых конструкций. Шухов разработал новые конструктивные формы металлических конструкций. Придумал использовать силу предварительного натяжения металла для возведения сетчатых покрытий. Этими проектами он намного опередил своих современников и предугадал будущее направление развития металлостроения.
Радиовышка Шухова, вид изнутри.
Радиовышка Шухова, вид с улицы В.Г. Шухова.
Пятый период (послереволюционный, с конца 20-х годов 20 века)
Начинается с первой пятилетки, когда молодое советское государство приступило к большое программе по индустриализации страны. К концу 40-х годов клепаные конструкции были почти полностью вытеснены сварными, более легкими и экономичными в производстве. Стали использовать в конструкциях низко легированную сталь. В мощную отрасль выросла производственная база металлических конструкций. Советские инженера в полной мере увидели преимущество металлических конструкций для строительства зданий и сооружений. Создавались новые конструктивные формы зданий с применением металлических конструкций, перекрывались большие пролеты, о которых раньше не могли мечтать строители прошлых веков. Начали создаваться специализированные проектные институты: Главстальконструкция, трест Проектстальконструкция, Монтажстальспецстрой. Начиная с 1925 года, когда индустрия только набирала обороты и использование металлических конструкций начиналось от нескольких десятков тысяч тонн в год, к 85-му году в строительной индустрии применение металлических конструкций достигло приблизительно 6 миллионов тонн в год и с каждым годом использование металла в строительстве продолжает увеличиваться.
Металлические конструкции обладают большим преимуществом перед другими видами конструкций. Они отвечают высоким требованиям по прочности и надежности. При соответствующем обосновании, полностью в некоторых видах зданий вытеснили бетонные и железобетонные конструкции. Пожалуй, нет ни одной отрасли народного хозяйства, где не используется металл. Он нашел свое применение в промышленном и гражданском строительстве, строительстве специальных зданий и сооружений. Большие пролеты невозможно перекрыть другими конструкциями, кроме как металлическими. Каркасы многоэтажных зданий стали делать из металлических конструкций, где ранее преобладал бетон, железобетон и кирпичная кладка. Здания из металла обладают серьезными аргументами против классических материалов: это быстрота возведения конструкций, прочность конструкций, сочетающая в себе высокую надежность и экономичные формы конструкций, позволяющие сэкономить много народных средств при строительстве зданий. Все эти аргументы прочно поставили индустрию металлических конструкций в важную отрасль страны. Без использования металлических конструкций сейчас не обходится ни одна стройка, а с годами мы видим только постоянное увеличение использования металла в строительстве. Металлические конструкции никогда не покинут строительную отрасль.
Читайте также: