Преимущества и недостатки стальных и

Обновлено: 16.05.2024

Металлические конструкции применяются в инженерных сооружениях в виде стержневых или сплошных систем: в одноэтажных и многоэтажных производственных зданиях; большепролетных покрытиях различных систем зданий и сооружений (спортивные сооружения, крытые рынки, театры, выставочные павильоны, ангары, судостроительные эллинги, авиасборочные цехи и др.); мостах и эстакадах; высотных сооружениях (телевизионные башни, мачты, опоры воздушных линий электропередачи, вытяжные башни, нефтяные вышки, дымовые и вентиляционные трубы, промышленные этажерки, геодезические вышки, надшахтные копры и многие другие сооружения); каркасах гражданских многоэтажных зданий; крановых и других подвижных конструкциях (мостовые, башенные и козловые краны, краны-перегружатели, крупные экскаваторы, затворы и ворота гидротехнических сооружений); листовых конструкциях (резервуары различного назначения, газгольдеры, бункеры, силосы, трубопроводы большого диаметра, конструкции доменного и химического производств); конструкции уникального назначения (радиотелескопы, антенны космической связи).

Такой широкий диапазон применения металлических конструкций, воспринимающих большие нагрузки от собственного веса и оборудования, имеющие большие пролеты и высоту (для листовых конструкций необходимость обеспечения плотности), обусловлен рядом их достоинств и, в первую очередь, надежностью, высокой прочностью и легкостью (рис. 1.1).

Надежность металлических конструкций обеспечивается близким совпадением их действительной работы (распределение напряжений и деформаций) с теоретическими расчетными предпосылками об упругой и упруго-пластической работе материала, обоснованными основными положениями сопротивления материалов и теории упругости и пластичности. Сталь – изотропный материал, имеет мелкозернистую структуру с одинаковыми механическими свойствами во всех направлениях.

Легкость. Из всех изготовляемых в настоящее время несущих конструкций металлические конструкции являются относительно наиболее легкими, несмотря на высокую плотность стали (ρ = 7850 кг/м 3 ) по сравнению с бетоном (ρ = 2400 кг/м 3 ) и даже древесиной (ρ = 500 кг/м 3 ).

За показатель легкости с принимают отношение плотности материала ρ к его прочности R_y. Чем меньше значение с, тем относительно легче конструкция.

Конструкции из алюминиевых сплавов, обладающих прочностью близкой к прочности малоуглеродистой стали, а также плотностью, примерно в три раза меньшей, чем сталь (r =2700 кг/м 3 ), имеют наименьшее значение показателя с.

Рис. 1.1.Достоинства и недостатки металлических конструкций

На рис. 1.2 приведена сравнительная легкость конструкции из различных материалов (коэффициент с для алюминиевого сплава Д16Т принят за единицу).

Индустриальность. Металлические конструкции в основной своей массе изготавливаются на заводах, оснащенных современным специальным оборудованием, а механизированный монтаж на месте возведения сооружения ускоряет ввод его в эксплуатацию. Все это исключает или до минимума сокращает тяжелый ручной труд.

Непроницаемость. Металлы облают не только значительной прочностью, но и высокой плотностью – непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность металла и его соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления листовых конструкций.

Ремонтопригодность. Применительно к стальным конструкциям наиболее просто решаются вопросы усиления, технического перевооружения и реконструкции. Хорошая приспособленность для крепления различных коммуникаций, нового технологического оборудования к элементам существующего каркаса с помощью сварки.

Сохранность металлического фонда – возможность использования металлоконструкций, отслуживших свой срок в результате физического и морального старения (возврат в отрасли хозяйства в виде металлического лома).

Рис. 1.2. Относительная легкость конструкции

из различных материалов

Лучшая приспособленность металлоконструкций для тяжелых условий работы (высокая температура до +200ºС, динамические и циклические нагружения, большие нагрузки).

Меньшая подверженность механическим повреждениям в процессе перевозки, монтажа и эксплуатации.

Меньшая зависимость себестоимости от серийности, благодаря сравнительно малой стоимости вспомогательных приспособлений при изготовлении и монтаже. Возможность быстро переналаживать оснастку изготовления.

Высокие эстетические свойства, возможность создания самых различных форм.

Металлические конструкции имеют и недостатки, для нейтрализации которых необходимы специальные меры.

Коррозия – разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой. Металлические конструкции обладают сравнительно слабой коррозийной стойкостью, особенно в агрессивных условиях. Сталь, не защищенная от контакта с влагой в сочетании с вредными газами, солями, пылью, окисляется и становится непригодной к эксплуатации.

Значительно выше коррозийная стойкость у алюминиевых сплавов, применяемых в строительстве, благодаря образованию на поверхности прочной оксидной пленки. Хорошо сопротивляется коррозии чугун.

Повышение коррозийной стойкости металлических конструкций достигается включением в сталь специальных легирующих элементов (относительно дорогой способ), периодическим нанесением на поверхность изделий защитных лакокрасочных покрытий (принятый у нас основной способ), а также выбором при проектировании рациональной конструктивной формы элементов, удобной для очистки и защиты (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль).

Небольшая огнестойкость. Металлические конструкции имеют сравнительно низкий предел огнестойкости, оцениваемый временем, в течение которого конструкция сохраняет свою несущую способность.

У стали при температуре t = 200ºC начинает уменьшаться модуль упругости Е, а при t = 600ºC (алюминиевые сплавы при t = 300ºC) она полностью переходит в пластическое состояние, деформируется и теряет свою несущую способность. Поэтому металлические конструкции зданий, опасные в пожарном отношении (склады с горючими и легковоспламеняющимися материалами, жилые и общественные здания и т.п.) должны быть защищены путем устранения непосредственного контакта конструкций с открытым огнем или сильно нагретыми частями оборудования (устройство подвесных потолков, огнестойких облицовок, обмазка специальными составами, в отдельных случаях – устройство огнезащитных экранов).

Какие достоинства и недостатки стальных радиаторов?

Добрый день! Я уже спрашивал о плюсах алюминиевых радиаторов и Вы дали полный ответ. Недавно в магазине увидел стальные радиаторы, они тоже по карману и хотелось бы услышать о плюсах и минусах данной системы отопления. Спасибо за ответ!

Создать уровень температуры комфортный для проживания – задача современной системы отопления. Она сегодня – преимущественно водяная. Её основные элементы, на которые и возлагается вся ответственность за стабильность и эффективность обогрева – радиаторы. На них возлагается ключевая роль по теплообмену, поэтому их выбор среди немалого списка – ответственный шаг на пути к комфорту.

Чугун, медь, алюминий, биметалл, сталь – конструктивная основа, среди которой и предстоит выбор. Потенциальному покупателю запутаться в представленном перечне несложно. Причиной тому – нехватка технических знаний. Возложить доверие на рекомендации продавца – ошибочное решение. Далеко не всегда они совершены в подобных вопросах, да и их главную цель: сбыть залежавшийся или дорогой товар, следует учитывать.

Разбираться в вопросе выбора радиаторов разумнее самим. Для этого не надо вникать в технические параметры, достаточно рассмотреть достоинства и недостатки каждого радиатора. Они уже не в теории, а выделены практической эксплуатацией, основаны на реальных отзывах людей. Начать изучение фактов стоит с простейшего по своей конструкции стального радиатора. Он работает в водяной системе отопления не одно десятилетие и обладает хорошими показателями.

Плюсы стальных радиаторов

Эффективны в отдаче тепла. Сталь обладает минимальным удельным сопротивлением и передаёт тепло от носителя без ощутимых потерь. Энергия, затраченная на обогрев, отдаётся практически полностью. Экономическая выгода при использовании стальных радиаторов очевидна.
Соответствие современному внешнему виду. Панельные, секционные и трубчатые радиаторы эстетичны и не нагружают интерьер. Производителям удалось добиться привлекательного и в то же время неприметного вида. К тому же исчезла необходимость в периодической окраске. Специальная полимерная краска стальных радиаторов не скалывается и не вздувается на протяжении всего срока их службы.
Нет сложностей в монтаже. Вес отдельной секции стального радиатора не превышает 5 кг – это приемлемый вес по сравнению с чугунным аналогом, у которого это значение колеблется около 8 кг. Транспортировка и работа по установке со стальными радиаторами протекает легче и быстрее. Облегчает монтаж ещё и совместимость со всеми видами труб.
Небольшой объём секций для теплоносителя. Малое количество воды разогревается быстрее, а следовательно, на это уходит меньше энергии и затрат на неё. Плюс ко всему – быстрый прогрев помещения.
Продолжительный период эксплуатации. Срок службы около 25 лет. С чугунными показателями в этом не посоревнуешься, но всё-таки второе место, по сроку эксплуатации, у стального радиатора.
Совместимость с системами, снабжёнными автоматикой. Быстрая инерционность (отклик) металла на изменение температуры позволяет устанавливать на стальные радиаторы датчики, которые осуществляют контроль нагрева. Например, чугунные аналоги для таких систем не подходят, поскольку долгий процесс нагревания и остывания не позволяет датчикам осуществлять точный контроль и работу всей автоматики.
Экономически выгодны. Покупка стальных радиаторов порадует будущих хозяев малыми денежными затратами. Цена находится на одном уровне со стоимостью чугунных моделей, а она у них самая низкая (около 300 рублей).

Для радиатора из далёкого прошлого количество и значимость плюсов велико. Наверное, именно из-за этого, немного обновлённый и перетерпевший изменения, он продолжает занимать лидирующие позиции в продажах. Имеющиеся недостатки, о которых ниже, не омрачают впечатление о нём.

Минусы стальных радиаторов

Недостаточно устойчивы к перепадам давления. Параметры рабочего давления подходят под эксплуатацию в централизованных системах (10–12атмосфер), но они находятся на уровне критических пределов, поэтому порывы не исключены. Стальные радиаторы лучше себя ведут в индивидуальных системах, где давление редко выходит за пределы 3–4 атмосферы.
Возможно протекание коррозионной реакции. Особенно она становится активной при сливе теплоносителя. В отсутствии воды в системе происходит быстрое ржавление внутренней поверхности радиатора. Опять же, такое характерно для централизованной системы, где слив воды – регулярное явление в летний период, когда идут профилактические работы.

Больше плохого за стальными радиаторами не наблюдается. Может быть, для многоквартирных домов, стальной радиатор – не совсем верное решение, хотя допустимое. Однако, для частного сектора и для тех мест, где господствует индивидуальная система отопления – они надёжное, выгодное и стабильно эффективное решение. Решать отдавать ли стальному радиатору предпочтение – вам.

Преимущества и недостатки стальных и

Завод металлоконструкций предлагает своим клиентам металлические конструкции, легкие конструкции, сварную балку и другие металлоизделия и металлоконструкции. читать полностью

Достоинства и недостатки стальных конструкций

Основными достоинствами стальных конструкций по сравнению с конструкциями из других материалов являются надежность, легкость, непроницаемость, индустриальность, а также простота технического перевооружения, ремонта и реконструкции.

Надежность стальных конструкций обеспечивается близким соответствием характеристик стали нашим представлениям об идеальном упругом или упругопластическом изотропном материале, для которого строго сформулированы и обоснованы основные положения сопротивления материалов, теории упругости и строительной механики. Сталь имеет однородную мелкозернистую структуру с одинаковыми свойствами по всем направлениям, напряжения связаны с деформациями линейной зависимостью в большом диапазоне, а при некотором значении напряжений может быть реализована идеальная пластичность в виде площадки текучести. Все это соответствует гипотезам и допущениям, взятым за основу при разработке теоретических предпосылок расчета, поэтому расчет, построенный на таких предпосылках, в полной мере соответствует действительной работе стальных конструкций.

Легкость. Из всех изготовляемых в настоящее время несущих конструкций металлические являются самыми легкими. За показатель легкости принимают отношение плотности материала к его прочности. Наименьшее значение этот показатель имеет для алюминиевых сплавов и составляет для сплава Д16-Т 1,1-10-4 м-1. Приняв его за единицу, запишем сравнительные данные для других материалов: сталь - 1,5 . 3,4, дерево - 4,9, бетон среднего класса прочности - 16,8.

Сравнив две одинаковые конструкции, одна из которых выполнена из алюминиевого сплава, а другая - из железобетона, вы можете прийти к ошибочному выводу, что при прочих равных условиях железобетонная конструкция будет примерно в 16 раз тяжелее. На самом деле это не так и железобетонная конструкция, особенно при больших пролетах, может оказаться более тяжелой. Дело в том, что конструкция несет как бы две нагрузки: полезную, для которой она запроектирована, и неизбежный собственный вес. Например, несущая способность железобетонной плиты покрытия типа ПНС размером 3х6 м равна 4. 4,5 кН/м2, из них 1,3. 1,5 кН/м2 (т.е. 30%) приходится на собственный вес плиты. Стальная панель такого же размера, изготовленная из профилированного настила и швеллеров, при той же несущей способности будет иметь долю собственного веса 0,45. 0,50 кг/м2, что составляет около 10% от общей нагрузки.

Непроницаемость. Металлы обладают не только большой прочностью, но и высокой плотностью - непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность стали и ее соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления резервуаров, газгольдеров, трубопроводов, различных сосудов и аппаратов.

Индустриальность. Стальные конструкции изготовляют на заводах, оснащенных специальным оборудованием, а монтаж производят с использованием высокопроизводительной техники. Все это исключает или до минимума сокращает тяжелый ручной труд.

Ремонтопригодность. Применительно к стальным конструкциям наиболее просто решаются вопросы усиления, технического перевооружения и реконструкции. С помощью сварки вы можете легко прикрепить к элементам существующего каркаса новое технологическое оборудование, при необходимости усилив эти элементы, что также делается достаточно просто.

Сохраняемостъ металлического фонда. Стальные конструкции в результате физического и морального износа изымаются из эксплуатации, переплавляются и снова используются в народном хозяйстве.

Недостатками стальных конструкций являются их подверженность коррозии и сравнительно малая огнестойкость . Сталь, не защищенная от контакта с влагой, в сочетании с агрессивными газами, солями, пылью подвергается коррозии. При высоких температурах (для стали - 600°С, для алюминиевых сплавов - 300°С) металлоконструкции теряют свою несущую способность.

При грамотном проектировании и соответствующей эксплуатации эти недостатки не представляют опасности для выполнения конструкцией своих функций, но приводят к повышению начальных и эксплуатационных затрат.

Повышения коррозионной стойкости стальных конструкций достигают включением в сталь специальных легирующих добавок, периодическим покрытием конструкций защитным слоем в виде лаков или красок, а также выбором рациональной конструктивной формы (без 'щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль).

Повышение огнестойкости стальных конструкций зданий, опасных в пожарном отношении (жилые и общественные здания, склады с горючими или легковоспламеняющимися материалами) осуществляют путем устранения непосредственного контакта конструкций с открытым огнем. Для этого предусматривают подвесные потолки, огнестойкие облицовки, обмазки специальными составами. Используя специальные покрытия в виде обмазок, можно существенно увеличить предел огнестойкости.

Достоинства и недостатки металлических конструкций

- высотных сооружениях (телевизионные башни, мачты, опоры воздушных линий электропередачи, вытяжные башни, нефтяные вышки, дымовые и вентиляционные трубы, промышленные этажерки, геодезические вышки, надшахтные копры и многие другие сооружения);

- каркасах гражданских многоэтажных зданий;

- крановых и других подвижных конструкциях (мостовые, башенные и козловые краны, краны-перегружатели, крупные экскаваторы, затворы и ворота гидротехнических сооружений);

- листовых конструкциях (резервуары различного назначения, газгольдеры, бункеры, силосы, трубопроводы большого диаметра, конструкции доменного и химического производств);

- конструкции уникального назначения (радиотелескопы, антенны космической связи).

Рис. 1.1. Достоинства и недостатки металлических конструкций

Рис. 1.2. Относительная легкость конструкции из различных материалов

Меньшая подверженность механическим повреждениям в процессе перевозки, монтажа и эксплуатации.

По сравнению с конструкциями, выполненными из других материалов, стальные имеют массу преимуществ, поэтому они так широко используются в производстве. Они надежны, легки, их легко ремонтировать, они непроницаемы, в случае необходимости произвести техническое перевооружение, удобны как никакие другие.

А теперь о достоинствах стальных конструкций несколько подробнее.

Надежность, обеспеченная близким соответствием характеристик стали нашим представлениям об идеальном упругом или упругопластическом изотропном материале, для которого строго сформулированы и обоснованы основные положения сопротивления материалов, теории упругости и строительной механики. Сталь имеет однородную мелкозернистую структуру с одинаковыми свойствами по всем направлениям, напряжения связаны с деформациями линейной зависимостью в большом диапазоне, а при некотором значении напряжений может быть реализована идеальная пластичность в виде площадки текучести. Все это соответствует гипотезам и допущениям, взятым за основу при разработке теоретических предпосылок расчета, поэтому расчет, построенный на таких предпосылках, в полной мере соответствует действительной работе стальных конструкций.

Легкость. Считается, что из всех существующих конструкций, металлические самые легкие. За показатель легкости принимают отношение плотности материала к его прочности. Наименьшее значение этот показатель имеет для алюминиевых сплавов и составляет для сплава Д16-Т 1,1-10-4 м-1. Приняв его за единицу, запишем сравнительные данные для других материалов: сталь — 1,5 … 3,4, дерево — 4,9, бетон среднего класса прочности — 16,8. Сравнив две одинаковые конструкции, одна из которых выполнена из алюминиевого сплава, а другая — из железобетона, вы можете прийти к ошибочному выводу, что при прочих равных условиях железобетонная конструкция будет примерно в 16 раз тяжелее. На самом деле это не так и железобетонная конструкция, особенно при больших пролетах, может оказаться более тяжелой. Дело в том, что конструкция несет как бы две нагрузки: полезную, для которой она запроектирована, и неизбежный собственный вес. Например, несущая способность железобетонной плиты покрытия типа ПНС размером 3х6 м равна 4…4,5 кН/м2, из них 1,3…1,5 кН/м2 (т.е. 30%) приходится на собственный вес плиты. Стальная панель такого же размера, изготовленная из профилированного настила и швеллеров, при той же несущей способности будет иметь долю собственного веса 0,45…0,50 кг/м2, что составляет около 10% от общей нагрузки
Непроницаемость. Еще одно полезное свойство металлов – они не проницаемы для газов и жидкостей. Все соединения стальных конструкций производятся с помощью сварки, и это является основным условием при производстве резервуаров, газгольдеров, трубопроводов, различных сосудов и аппаратов.
Индустриальность или возможность до минимума сократить тяжелый физический труд. На предприятиях изготавливаются стальные конструкции. Весь процесс из производства ведется на специальном оборудовании. А монтаж осуществляется при использовании высокопроизводительной техники.
Ремонтопригодность. Стальные конструкции легко поддаются переделке. Используя сварку, можно прикрепить к каркасу новые детали или технологическое оборудование.
Сохраняемостъ металлического фонда. Отслужившие металлические конструкции переплавляются и вновь используются в производстве.

Недостатки металлических конструкций:

Подверженность коррозии. Если сталь не защищена определенным покрытием, то при контакте с влагой, солями, агрессивными газами на ней появляется коррозия.
Малая огнестойкость. Если на металлоконструкции воздействовать высокими температурами (для стали — 600°С, для алюминиевых сплавов — 300°С) она теряют свою несущую способность.

Если эти недостатки учтены при проектировании, то они не представляют опасности, но несколько увеличивают затраты в процессе производства и эксплуатации конструкции.

Добавление в сталь специальных легирующих добавок и покрытие конструкций защитным слоем в виде лаков или красок позволяет избежать коррозии.

Устранение непосредственного контакта конструкций с открытым огнем позволяет избежать их деформации. Для этого предусматривают подвесные потолки, огнестойкие облицовки, обмазки специальными составами. Используя специальные покрытия в виде обмазок, можно существенно увеличить предел огнестойкости.

Читайте также: