Open/Close Menu Разработка чертежей КМД

Правильное установление областей применения стальных конструкций является основным и наиболее радикальным мероприятием по уменьшению затрат стали. Границы этих областей переменны во времени и конъюнктурны. Несомненно, можно установить некоторые объективные характеристики областей применения, вытекающие из специфики материалов, стали, железобетона и легких сплавов, и возможные изменения их в зависимости от прогресса конструкций из этих материалов.

Основным отличием рассматриваемых материалов — стали, железобетона и алюминия — является различие их объемных весов
и механических характеристик прочности и пластичности, характеризующих основные конструктивные свойства материала. Наиболее показательно отношение характеристики прочности R к объемному весу Основы установления областей применения железобетонных и металлических конструкцийчасто называемое удельной или относительной прочностью, но его можно назвать также коэффициентом конструктивного качества материала. Наименьший коэффициент с имеет бетон, наибольший алюминий. От этого коэффициента непосредственно зависит транспортабельность и различие размеров элементов из различных материалов. Поэтому те конструкции, для которых малый вес является существенно важным, подавляющим все остальные качества (такими являются конструкции подвижные, переносимые, возводимые в отдаленных труднодоступных районах и др.), должны быть конструируемы из легких сплавов или стали, имеющих наибольшие значения коэффициента конструктивного качества; меньшие затраты на их перемещение с избытком перекрывают перерасходы по применению этих дефицитных и более дорогих материалов. Различие между алюминием и сталью определяется большей стоимостью алюминия и меньшей его жесткостью, требующей специальной конструктивной формы, которая пока еще недостаточно разработана, и, таким образом, это различие не является принципиальным.
Переход на изготовление подвижных конструкций из алюминия отвечает естественному прогрессу конструкций и при снижении стоимости алюминия будет весьма широким. Строительные конструкции в своем большинстве неподвижны, и поэтому снижение собственного веса для них не является особенно существенным. В этом заключается причина широкого применения железобетона в строительных конструкциях, причем меньшая затрата стали в железобетоне при имеющейся директиве экономии стали стимулирует его широкое дальнейшее внедрение. Строго говоря, все неподвижные конструкции могут быть изготовлены из железобетона и стали. Поэтому разграничение между этими материалами зависит не от возможностей материала, а от целесообразности их применения. Эта целесообразность устанавливается:

1) факторами экономическими, стоимостью, зависящей от количества потребляемого материала, условий изготовления и монтажа;

2) соответствием свойств материала данным условиям эксплуатации.

Существенным представителем первой группы параметров является вес, характеризующий трудности и стоимость возведения конструкций. Далее из основной формулы веса, вес конструкций на 1 пог. м или 1 м2:

 

Основы установления областей применения железобетонных и металлических конструкций

q — нагрузка;
X — характеристика веса;
Основы установления областей применения железобетонных и металлических конструкций— коэффициент конструктивного качества материала;

L — пролет (длина), α — коэффициент веса;

Основы установления областей применения железобетонных и металлических конструкций— меняется по гиперболе и имеет асимптотический пролет, при котором вес конструкции равняется бесконечности;

Этот пролет равняется Основы установления областей применения железобетонных и металлических конструкцийи зависит от характеристики веса χ коэффициента конструктивного качества материала Основы установления областей применения железобетонных и металлических конструкций

Чем меньше этот коэффициент, тем меньше асимптотический пролет; для железобетона коэффициент конструктивного качества в 4 раза меньше, чем для стали, почему железобетонные конструкции имеют сравнительно малые асимптотические пролеты и очень большое увеличение веса при больших пролетах, что делает их при больших пролетах по затрате материала весьма невыгодными.

Помимо большого веса область применения железобетона ограничивается несоответствием бетона некоторым эксплуатационным режимам. Так, железобетон обычных марок противопоказан при повышенных температурах, вследствие пересушивания бетона и дегидратации цементного камня. Поэтому применение железобетона в горячих цехах, особенно в областях повышенных температур, например у печей, под кровлей, мало рационально, на что указывают неоднократные повреждения железобетонных конструкций в этих местах.

Стойкость железобетона против коррозии в некоторых средах также не очень велика, особенно в кислотной и щелочной. Опыт показывает, что коррозия железобетона в некоторых цехах цветной металлургии и химических, как электролиза магния и титана, хлора, в плавильных, ватер-жакетных цехах для никеля, меди, свинца, в конвертерных для меди и никеля, очень велика и железобетонные конструкции разрушаются ранее, чем металлические, особенно если при применении металлических конструкций использовать эффективные лаковые защитные покрытия.

Железобетон в настоящее время достаточно проницаем для легких нефтяных продуктов. Поэтому железобетонные резервуары для таких жидкостей приходится делать с внутренней стальной рубашкой и на обмотку резервуаров требуется большое количество стали. Указанные обстоятельства ограничивают применение железобетона в резервуаростроении. Однако для хранения тяжелых продуктов железобетон является вполне подходящим материалом.

Обычные промышленные конструкции, имеющие не особенно большие пролеты, высоты и нагрузки возводятся также из железобетона.

«Техническими правилами по экономному расходованию металла, бетона и леса в строительстве» вводится ряд ограничений в применение металлических конструкций для промышленных зданий с малыми пролетами и малыми крановыми нагрузками. В отношении высот и пролетов опыт показывает, что железобетон может быть применен при достаточно больших размерах стропильных ферм (до 30—36 м) и колонн (высотой до 30 м), однако с некоторыми конструктивными трудностями. Что же касается подкрановых балок, то применение железобетонных подкрановых балок под тяжелые краны нецелесообразно, более рационально применять их только при кранах легкого режима. При большой грузоподъемности кранов железобетонные балки нерациональны ввиду трудности передач больших сосредоточенных давлений на бетон, очень большой затраты арматуры, которая при больших пролетах в балках без предварительного напряжения получается практически одинаковой с затратой стали на стальные балки (экономия получается порядка 10%), и очень частых повреждений балок, повышающих эксплуатационные расходы.

В зданиях электростанций (при очень легком режиме работы кранов) железобетонные балки применяются при кранах до 250 т.

Весьма рациональными являются смешанные конструкции из железобетонных колонн, стропильных ферм и стальных подкрановых балок, особенно при обычных шагах в 12 м. На железобетонных колоннах может быть получена существенная экономия стали — до 60%—по сравнению со стальными колоннами, на стропильных фермах — до 50—60%. Однако стоимость железобетонных ферм на 30—50% больше, чем стальных. При легких кровлях из алюминиевого листа, который должен появиться в ближайшем будущем, выгоды стальных стропильных ферм должны будут существенно повыситься; уже в настоящее время во многих случаях рациональный каркас особенно при тяжелом режиме работы кранов должен состоять из железобетонных колонн, стальных стропильных ферм и подкрановых балок. По предприятиям черной металлургии железобетон почти во всех случаях дороже стали (по ценам на сталь 1961 г.), но дает экономию стали в 25—50%.
Применение предварительного напряжения конструкций существенно повышает эффективность железобетона, особенно в подкрановых балках. При пролетах 6—12 м и небольшой грузоподъемности кранов (∼30 т) затраты стали получаются в 2,5— 4 раза менее, чем в стальных балках, но при этом стоимость их — в 1,5 раза больше, чем стальных.
Предварительное напряжение возможно и в стальных балках, однако там оно менее перспективно вследствие меньшего веса конструкции (экономия ~ 18% веса и 10% стоимости).
Применение алюминия в промышленных зданиях помимо переплетов весьма рационально в кровельном настиле и ограждающих конструкциях, что может существенно облегчить нагрузку на здание.
Применение стропильных ферм из легких сплавов обычных пролетов менее целесообразно, так как они составляют малую долю веса покрытия. Столь же мало вероятны алюминиевые подкрановые балки; наоборот, переход на алюминий крановых мостов весьма рационален.
Основной областью применения алюминия, не считая конструкций ограждений, являются подвижные конструкции и большепролетные.
Намечающийся переход на свободную планировку цехов, стимулирующий увеличение пролетов, повышает возможности применения алюминия и стали в промышленном строительстве и использование алюминия в строительстве большепролетных общественных зданий.

© 2017 Конструкторское бюро

Айтиха. Разработка сайтов и приложений
Проектирование строительных конструкций. Разработка конструкторской документации. Сопровождение проектной документации на стадии изготовления и возведения конструкций