Область применения металлических конструкций
Обновлено: 18.05.2024
Сегодня быстровозводимое строительство активно завоевывает свои позиции в строительном комплексе. Чем же вызвана такая общепризнанная во всем мире популярность?
Что представляет собой легкая металлическая конструкция?
Легкая металлическая конструкция является прочным каркасом быстровозводимого здания или ограждающих конструкций, которые возводятся с использованием профнастила или сэндвич-панелей. Основой быстровозводимого сооружения из легких металлоконструкций является прочный каркас. Крепеж вертикальных стоек и горизонтальных ригелей производится с помощью болтовых соединений или методом сварки. В результате образовываются поперечные рамы, которые монтируют к фундаменту, распределяя на одинаковом расстоянии. При таком строительстве не требуется возведения капитального и дорогостоящего фундамента, как практикуется в традиционном капитальном строительстве.
При производстве легких металлических конструкций используется тонколистовой профилированный металл высочайшего качества, за счет чего каркас возводимого сооружения значительно облегчается. При этом здания из легких металлических конструкций отличаются повышенной прочностью и прекрасными эксплуатационными характеристиками. Благодаря применению современных технологий производство легких металлических конструкций постоянно совершенствуется, предлагая все больше надежных и функциональных решений.
Качественный монтаж легких металлических конструкций осуществляется в сжатые сроки, что и объясняет возрастающий интерес к этому виду строительства во всем мире.
Применение легких металлических конструкций
Сегодня область применения легких металлоконструкций очень широка. Практичность и функциональность лмк позволяют использовать их при возведении:
- сельскохозяйственных объектов;
- ангаров для авиационной техники;
- производственных помещений;
- складских пространств;
- многофункциональных ангаров;
- многоуровневых гаражей и паркингов;
- торговых центров и павильонов;
- спортивных и оздоровительных комплексов;
- объектов частных домовладений (бань, гаражей, хозяйственных построек, дачных домиков, навесов и пр.);
- социальных объектов.
Специалисты не рекомендуют использовать легкие металлические конструкции для возведения банков и хранилищ ценностей, так как к таким помещениям предъявляются повышенных изоляционные и прочностные требования.
Преимущества легких металлоконструкций
Легкие металлоконструкции имеют множество преимуществ перед капитальным строительством с использованием традиционных технологий.
- Высокая скорость монтажных работ. Возведение даже очень сложного и масштабного объекта осуществляется за 1—2 месяца.
- Значительная экономия финансовых средств. Благодаря инновационным технологиям и современным материалам, которые используются при производстве комплектующих металлоконструкций, стало возможным удешевить процесс строительства любого объекта на 30—40%.
- Высокое качество и надежность. Все производители легких металлических конструкций перед тем, как поставить оборудование заказчику, тщательно проверяют его качество, готовность к эксплуатации и надежность. Осуществляя контрольную сборку, специалисты предприятия-изготовителя при необходимости производят тщательную подгонку всех элементов конструкции.
- Возможность демонтажа и последующего монтажа. Прочные и надежные легкие металлические конструкции при необходимости могут быть быстро демонтированы и перевезены в другое место. Повторный монтаж лмк осуществляется так же быстро, при этом эксплуатационные характеристики конструкций не ухудшаются.
- Отсутствие необходимости в дополнительных финансовых затратах на эксплуатацию и содержание сооружений из металлоконструкций. Конструкции данного типа позволяют значительно сэкономить на затратах на отопление и электроэнергию.
- Высокие эксплуатационные характеристики. Все металлоконструкции обладают прекрасными тепло- и звукоизоляционными характеристиками, устойчивы к воздействию негативных природных явлений, влагостойки, устойчивы к деструктивному влиянию плесени, микроорганизмов, гниения.
- Возможность возведения объекта любой сложности по специальному проекту. Заказчик сам решает, каким будет его объект. Легкие металлические конструкции позволяют создавать сооружения практически любой этажности и конфигурации. При необходимости монтаж инженерных сетей и коммуникаций осуществляется в сжатые сроки. Широкий выбор современных отделочных материалов позволяет создать нестандартный яркий «образ» строения.
Недостатки легких быстровозводимых конструкций
Как правило, металлические конструкции практически не имеют недостатков. Среди незначительных минусов данных конструкций можно выделить следующие.
- Слабая устойчивость к коррозии и воздействию агрессивных химических сред. Со временем легкие металлические конструкции могут подвергаться коррозийным процессам. Металлические элементы лмк под воздействием влаги, химических веществ, грязи подвергаются ржавлению. В связи с этим необходимо тщательно следить за состояние металлоконструкций и вовремя обрабатывать их специальными защитными составами, чтобы предотвратить преждевременное разрушение.
- По сравнению с кирпичным, железобетонным и монолитным строительством легкие металлические конструкции не пригодны для возведения объектов, требующих максимального уровня защиты (банки, предприятия ядерной промышленности и др.).
- Необходимость осуществления дополнительного ухода за элементами конструкций. Облицовка и панели лмк со временем подвергаются значительному износу, что сказывается на снижении эксплуатационных свойств сооружений. Поэтому элементы металлоконструкций должны быть незамедлительно заменены в зависимости от степени износа.
- Пониженный уровень огнестойкости. При высоких температурах (от + 300°C до + 600°C) алюминиевые и стальные металлические конструкции могут не выдержать нагрузок. Для того, чтобы увеличить предел пожаробезопасности, предусмотрен комплекс мер, который позволяет избежать контакта металлоконструкций с открытым огнем. Организация систем подвесных потолков, использование специальных огнеупорных составов при монтаже легких конструкций позволяет значительно минимизировать эти риски.
Подводя итоги, можно отметить, что легкие металлические конструкции являются оптимальным вариантом для осуществления быстровозводимого строительства объектов различного назначения. Затраты на приобретение и монтаж легких металлических конструкций, по сравнению с традиционным капитальным строительством, сокращаются на 30-40%. Сокращение сроков возведения лмк и значительная финансовая экономия достигается в результате минимизации затрат на проведения работ нулевого цикла. Надежность, возможность быстрого монтажа и демонтажа, прекрасные эксплуатационные характеристики, функциональность и повышенная прочность - все эти аргументы в пользу выбора легких металлических конструкций неоспоримы.
Небольшие недостатки, которые следует учитывать при монтаже легких металлических конструкций, можно устранить, если четко соблюдать все рекомендации производителей.
Область применения металлических конструкций
Выполнение короткой команды – арифметика с ФС (фиксированной запятой - ФЗ), логическая операция – занимает как минимум пять тактов:
· расшифровка кода операции/декодирование;
· вычисление адреса и выборка данных из памяти;
· запись результата в память.
Процедура, соответствующая каждому такту, реализуется определенной логической цепью (схемой) процессора, обычно изменяемой микрокомандой.
Регистры – устройства, предназначенные для временного хранения данных ограниченного размера (регистровое запоминающее устройство – РЗУ). Важной характеристикой регистра является высокая скорость приема и выдачи данных. Регистр состоит из разрядов, в которые можно быстро записывать, запоминать и считать слово, команду, двоичное слово и т.д. Обычно регистр имеет ту же разрядность, что и машинное слово.
Регистр, обладающий способностью перемещать содержимое своих разрядов, называют сдвиговым. В этих регистрах за один такт хранимое слово поразрядно сдвигается на одну позицию.
Регистры общего назначения – РОН, регистры сверхоперативной памяти или регистровый файл – РФ – общее назначение для регистров, которые временно содержат данные, передаваемые в память или принимаемые из нее.
Регистр команды (РК) служит для размещения текущей команды, которая находится в нем в течение текущего цикла процессора.
Регистр (РАК), счетчик (СчАК) адреса команды – регистр, содержащий адрес текущей команды.
Регистр адреса (числа) – РА(Ч) – содержит адрес одного из операндов выполняемой команды (регистров может быть несколько).
Регистр числа (РЧ) содержит операнд выполняемой команды, этих регистров.
Регистр результата (РР) предназначается для хранения результата выполнения команды.
Сумматор – регистр, осуществляющий операции сложения (логического и арифметического двоичного) чисел или битовых строк, представленных в прямом или обратном коде. Регистр, хранящий промежуточные данные, часто именуют аккумулятором.
Цикл выполнения короткой команды может выглядеть следующим образом:
· в соответствии с содержимом адреса очевидной команды (СчАК) УУ извлекает из ОП очередную команду и помещает ее в регистр команды (РК). Некоторые команды УУ обрабатывает самостоятельно, без привлечения АЛУ;
· осуществляется расшифровка (декодирование) команды;
· адреса А1, А2 и пр. помещаются в регистры адреса;
· если в команде указаны ИР или БР, то их содержимое используется для модификации РА - фактически выбираются числа или команды, смещенные в ту или иную сторону по отношению к адресу, указанному в команде;
· по значениям РА осуществляется чтение чисел (строк) и помещение их в РЧ;
· выполнение операции и помещение результата в РР;
· запись результата по одному из адресов (если необходимо);
· увеличение содержимого СчАК на единицу (переход к следующей команде).
Контрольные вопросы:
1. Команда, инструкция (instruction) – ?
2.Типичная команда содержит: -?
3. Цикл процессора -?
4. Такт работы процессора-?
5. Такт синхронизации –?
6.Выполнение короткой команды занимает как минимум пять тактов:-?
7. Регистры -?
8. Сдвиговый регистр.-?
9. Регистры общего назначения -?
10. Регистр команды -?
11. Регистр (РАК), счетчик (СчАК) адреса команды -?
12. Регистр адреса (числа) -?
13. Регистр результата (РР) -?
14. Сумматор -?
15.Цикл выполнения короткой команды -?
Металлические конструкции применяют при возведении различных зданий и сооружений.
Основные преимущества металлических конструкций: значительная прочность и плотность металла, эффективность соединений элементов, высокая степень индустриального изготовления и монтажа, возможность сборности и разборности элементов; сравнительно малый собственный вес, газо- и водонепроницаемостью, обеспечивают скоростной монтаж зданий и сооружений и ускоряют ввод их в эксплуатацию.
Основной недостаток стальных конструкций: подверженность коррозии – устраняется их окраской, покрытием полимерными материалами или смолами, оцинкованием и другими методами защиты.
Благодаря малой плотности и высокой коррозионной стойкости алюминиевых сплавов из них возводят легкие большепролетные покрытия зданий и павильонов, разводные мосты, шлюзы, стойки ЛЭП, различные ограждающие конструкции (стеновые панели, кровельный настил и др.), а также требующие достаточной плотности, непроницаемости и стойкости против коррозии объекты нефтехимической промышленности.
История развития металлических конструкций. Область применения металлических конструкций. Достоинства и недостатки металлических конструкций
Понятие «металлические конструкции» включает в себя их конструктивную форму, технологию изготовления и способы монтажа. Уровень развития металлических конструкций определяется, с одной стороны, потребностями в них экономики, а с другой — возможностями технической базы: развитием металлургии, металлообработки, строительной науки и техники
Исходя из этих положений, история развития металлических конструкций может быть разделена на пять периодов:
Первый период (с XII до начала XVII в.) характеризуется применением металла, в уникальных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах и т.п.) в виде затяжек и скреп для каменной кладки. Затяжки выковывали из кричного железа и скрепляли через проушины на штырях.
Второй период (с начала XVII до конца XVIII в.) связан с применением наклонных металлических стропил и пространственных купольных конструкций («корзинок») глав церквей (рис. В2). Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замках и скрепах горновой сваркой. Конструкции такого типа сохранились до наших дней.
Третий период (с начала XVIII до середины XIX в.) связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий. Соединения чугунных элементов осуществляются на замках или болтах.
Четвёртый период (с 30-х годов XIX в. до 20-х годов XX в.) связан с быстрым техническим прогрессом во всех областях техники того времени, в частности в металлургии и металлообработке. В начале XIX в. кричный процесс получения железа был заменен более совершенным — пудлингованием, а в конце 80-х годов XIX в. — выплавкой железа из чугуна в мартеновских и конвертерных печах.
Пятый период (послереволюционный) начинается с 20-х годов XX в., с первой пятилетки, когда государство приступило к осуществлению широкой программы индустриализации страны. К концу 40-х годов XX в. клепаные конструкции были почти полностью вытеснены сварными, более легкими, технологичными и экономичными. Развитие металлургии уже в 30-е годы XX в. позволило применять в металлических конструкциях вместо обычной малоуглеродистой стали более прочную низколегированную сталь.
Номенклатура и область применения металлических конструкций
1. Промышленные здания. Каркасы промышленных зданий бывают полностью металлическими и смешанными (металлическое покрытие по железобетонным колоннам). Промышленные здания при необходимости оборудуются мостовыми и подвесными кранами.
2. Большепролетные здания. Это, как правило, здания общественного назначения: спортивные, рынки, павильоны, ангары. Они имеют пролеты до 100 – 150 м. Для большепролетных зданий применяются балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные конструктивные схемы каркасов.
3. Мосты, эстакады. В конструктивном отношении мосты и эстакады имеют разнообразные системы: балочные, арочные, висячие, комбинированные.
4. Листовые конструкции. Листовые конструкции применяются в резервуарах, газгольдерах, бункерах, баках, трубопроводах большого диаметра.
5. Башни, мачты. Применяются для радио, телевидения и сотовой связи, в геодезической службе, в опорах линий электропередач, в нефтяных вышках, дымовых и вентиляционных трубах.
6. Каркасы многоэтажных зданий. Применяются в промышленных и гражданских зданиях.
7. Крановые и другие подвижные конструкции:мостовые, башенные, козловые краны, конструкции экскаваторов и др.
8. Прочие конструкции. К ним относятся каркасы радиотелескопов, трамплинов, платформ по разводке нефти, газа в море, каркасы надшахтных копров.
Основные особенности металлических конструкций и предъявляемые к ним требования
Во-первых, исходным материалом для всех конструкций является прокатный металл, выпускаемый по единому стандарту — сортаменту : лист, уголок, швеллер, двутавр, груба и т.п. Из этого материала компонуются разнообразные конструктивные формы.
Во-вторых, все конструкции объединены одним технологическим процессом их изготовления, в основе которого лежат холодная обработка металла (резка, гибка, образование отверстий и т.п.) и соединение деталей в конструктивные элементы и комплексы (сборочно-сварочные операции).
Области применения металлических конструкций
По объёму применения металлические несущие строительные конструкции занимают второе место после железобетонных. Основные области применения металлических конструкций:
- Большепролетные покрытия зданий;
- Каркасы многоэтажных зданий;
- Крановые и другие подвижные конструкции и др.
Основные понятия
Металлами называют простые вещества, отличающиеся характерными металлическими свойствами – высокая теплопроводность и электропроводность, металлический блеск, ковкость, пластичность и др.
Основные металлы, применяемые в строительстве:
- Железо → сталь, чугун → конструкции из стали и чугуна;
- Алюминий → алюминиевые конструкции;
- Медь → кровли, трубы, облицовочные панели;
- Цинк → защитные покрытия, облицовочные панели.
В чистом виде металлы применяются редко ввиду низкой прочности, твердости и высокой пластичности. В основном они используются в виде сплавов с другими металлами и неметаллами. Это обусловлено их более высокой прочностью, наличием специфических свойств или их сочетаний, не встречающихся у чистых металлов. Кроме того, свойства сплавов можно изменять при помощи пластической деформации, термической или термомеханической обработки значительно сильнее, чем свойства чистых металлов.
Сплав – вещество, состоящее из двух или более компонентов, один из которых обязательно должен быть металл.
Фаза – однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую структура и свойства резко меняются.
Система – совокупность фаз в сплаве, находящихся в состоянии стабильного равновесия.
Черные металлы – железо и его сплавы. Сырьем служат руды железа, представленные минералами класса оксидов – магнетитом ( , хромитом (Цветные металлы – Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn и т.д. Сырьем служат руды цветных металлов.
Сталь – сплав железа с углеродом с содержанием С≤2,14%.
Чугун – сплав железа с углеродом с содержанием 2,14%
Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, т.е. укладка атомов в них характеризуется определённым порядком – периодичностью как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка. Всего для кристаллических тел существует 14 видов решеток.
Рис. 4.31. Основные типы кристаллических решеток:
а – гексагональная плотноупакованная (ГПУ); б – гранецентрированная кубическая (ГЦК); в – объемно-центрированная кубическая (ОЦК)
Способность некоторых металлов существовать в различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий называется аллотропией или полиморфизмом. Используя явление полиморфизма, можно упрочнять и разупрочнять сплавы при помощи термической обработки.
Твёрдые растворы – это кристаллические фазы переменного состава, которые образованы на основе кристаллической решетки компонента растворителя.
При этом атомы растворенного вещества занимают определенные места в решетке растворителя. Если содержание растворенного вещества невелико, то твердый раствор по свойствам мало отличается от металла-растворителя. Атомное строение твердого раствора такое же, как металла-растворителя. Различие заключается в изменении периода кристаллической решетки. После завершения кристаллизации твердые растворы состоят из однородных зерен.
Твердые растворы замещения – образуются путем замены атомов растворителя в его кристаллической решетке атомами растворенного компонента (рис. 4.32 а). Образуются только в системе металл-металл. Почти все металлы в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых соотношениях.
Твердые растворы внедрения образуются путем размещения атомов растворенного компонента в свободных межатомных пространствах кристаллической решетки растворителя (рис. 4.32 б). Твердые растворы внедрения образуются в системе металл-неметалл, т.к. атомные радиусы неметаллов намного меньше атомных радиусов металлов. Твердые растворы внедрения всегда имеют ограниченную растворимость.
В твердых растворах вычитания избыточные (относительно среднего состава соединения) атомы одного из компонентов занимают нормальные места в кристаллической решетке, тогда как места, которые должны были бы быть заняты другим компонентом, оказываются частично свободными (рис. 4.32 в).
Общие сведения о металлических конструкциях. Достоинства и недостатки. Области применения
Металлические конструкции, металлоконструкции, общее название конструкций, выполненных из металлов и применяемых в строительстве. Современные М. к. подразделяются на стальные и из лёгких сплавов (например, алюминиевых сплавов). До начала 20 в. в строительстве применялись в основном металлические строительные конструкции из чугуна (главным образом в колоннах, балках, лестницах и т.д.В современном строительстве получили распространение стальные конструкции, используемые в несущих каркасах промышленных сооружений, жилых и общественных зданий, в пролётных строениях мостов, каркасах доменных печей, газгольдерах, резервуарах, мачтах, опорах линий электропередачи и др. Конструкции из алюминиевых сплавов,. обладающие рядом достоинств (лёгкость, коррозионная стойкость, технологичность, высокие декоративные свойства), наиболее широко применяются в качестве ограждающих элементов и в виде отделочных деталей зданий. М. к. изготовляются преимущественно из профилированного и листового металла. По характеру соединения элементов между собой различают М. к. сварные, клёпаные и с болтовыми соединениями. В машиностроении обычно под М. к. подразумеваются детали, изготовленные из профилированного металла, в отличие от литых деталей и поковок.
Достоинства:
- Надежность – близкое соответствие характеристик стали нашим представлениям об идеальном упругом и упругопластическом изотропном материале, при некотором значении напряжений может быть реализована идеальная пластичность в виде площадки текучести;
- лёгкость (Р=7,85 тс/м^3);
- непроницаемость для газов и жидкостей – высокая плотность (плотность стали и ее соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления резервуаров, газгольдеров, трубопроводов, различных сосудов и аппаратов);
- индустриальность (заводское изготовление 90-95%, оснащенных специальным оборудованием, а монтаж производят с использованием высокопроизводительной техники) – исключает или до минимума сокращает тяжелый ручной труд;
- ремонтопригодность (простота технического перевооружения, ремонта и реконструкции) – просто решаются вопросы усиления, технического перевооружения и реконструкции;
- сохранность металлического фонда – в результате физического и морального износа изымаются из эксплуатации, переплавляются и снова используются в народном хозяйстве;
Недостатки:
Подверженность коррозии, малая огнестойкость (сталь начинает терять свою устойчивость при 200 о С, полностью теряет и начинает течь при 625 о С), дефицитность, и высокая стоимость.
Область применения
Использование металлических конструкций по назначению и виду конструктивной формы разделяются на восемь пунктов.
1. Листовые конструкции в виде бункеров, трубопроводов большого диаметра, резервуаров, различных сооружений доменного комплекса и газгольдеров, нефтепереработки и химического производства
2. Мосты, эстакады.. Мосты, как и большепролетные покрытия, имеют различные системы: арочную , висячую , балочную , комбинированную.
3. Промышленные здания. Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняются в виде смешанных каркасов или цельнометаллических
4. Большепролетные покрытия зданий. Здания общественного назначения [спортивные сооружения, рынки, выставочные павильоны], театры и здания производственного характера (авиасборочные цехи, лаборатории, ангары) имеют большие пролеты (до 100-150 м)
5. Крановые и другие подвижные конструкции. Сюда относятся всевозможные металлические конструкции башенных, мостовых , козловых кранов и кранов-перегружателей, конструкций крупных экскаваторов и разнообразных строительных машин, затворы и ворота гидротехнических сооружений, конструкции отвальных мостов.
6. Каркасы многоэтажных зданий
7. Башни и мачты применяются для радиосвязи и телевидения, в геодезической службе, в опорах линий электропередачи. Сюда же можно отнести дымовые и вентиляционные трубы, нефтяные вышки, промышленные этажерки и надшахтные копры.
8. Прочие конструкции, которым в первую очередь можно отнести конструкции промышленности по применению атомной энергии во благо человечества, разнообразные конструкции радиотелескопов, лыжные трамплины и многие другие.
Материалы для металлических конструкций. Основные свойства сталей.
Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий легирующие добавки, улучшающие качество металла, и вредные примеси, которые попадают в металл из руды или образуются в процессе выплавки. Углерод увеличивает прочность сплава, но понижает свариваемость. В строительных сталях содержание углерода не более 0,22%.
Достоинства – сочетание прочности и пластичности, хорошая свариваемость, однородность механических свойств. Недостатки – относительно низкая коррозионная стойкость и необходимость специальной защиты стальных конструкций от коррозии, снижение пластических свойств при низких температурах, малая огнестойкость.
Служебные свойства стали.
Надёжность и долговечность во многом зависит от свойств материала. Наиболее важными для работы конструкций являются свойства: прочность, упругость, пластичность, хладостойкость, склонность к хрупкому разрушению, ползучесть, твердость, а также свариваемость, коррозионная стойкость, склонность к старению и технологичность.
Прочность – сопротивление материала внешним силовым воздействиям без разрушения. Упругость - свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок. Пластичность - свойство материала сохранять несущую способность в процессе деформирования (остаточные деформации без разрушения). Хрупкость - склонность к разрушению при малых деформациях. Ползучесть - свойство материала непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки. Твёрдость - свойство поверхностного слоя металла сопротивляться деформации или разрушению при внедрении в него более твёрдого материала.
Основные прочностные характеристики – временное сопротивление Ϭu (предельная разрушающая нагрузка, отнесенная к первоначальной площади поперечного сечения образца) и предел текучести Ϭy (напряжение, которое соответствует остаточному относительному удлинению после разгрузки, равному 0,2%. Для сталей, не имеющих площадки текучести, вводят понятие условного предела текучести). Вообще в лекциях сказано, что площадка текучести имеются только у малоуглеродистых сталей.
Упругие свойства материала характеризуют модулем упругостиE=tgα=2,06*10 4 кН/см 2 (α – угол наклона начального участка диаграммы работы стали к оси абсцисс) и пределом упругости Ϭс, т.е. таким максимальным напряжением, после снятия которого остаточные деформации отсутствуют.
Технологические свойства стали: свариваемость, коррозионная стойкость, склонность к старении, технологичностьЧитайте также: