Металлические конструкции

Это общее название конструкций, выполненных из металлов и применяемых в строительстве.
Начало применения в строительстве собственно строительных конструкций относится к 80-м годам 19 века.; к этому времени были разработаны и освоены промышленные способы производства литого железа (стали) — мартеновский, бессемеровский и томасовский процессы. К концу 19 в. в России и за рубежом были построены крупные здания и инженерные сооружения, основные конструкции которых были выполнены из стали (например, павильоны Нижегородской ярмарки с висячими покрытиями, Бруклинский мост в Нью-Йорке, Эйфелева башня). В СССР интенсивный рост металлургии создал базу для дальнейшего развития и совершенствования С. к. Был накоплен большой опыт проектирования и возведения С. к., определены наиболее рациональные области их применения. Основным способом соединения элементов С. к. стала электросварка. Большая заслуга в создании и развитии отечественной школы проектирования и расчёта С. к. принадлежит советским учёным В. Г. Шухову, Н. С. Стрелецкому, Е. О. Патону и др. В современном строительстве широко применяются типовые С. к., обеспечивающие минимальный расход стали, наименьшую трудоёмкость изготовления конструкций в заводских условиях, удобство и быстроту монтажа их на месте.

В СССР для изготовления строительных конструкций применяют в основном стали малоуглеродистые, повышенной и высокой прочности. Строительных конструкции обычно выполняются из т. н. первичных стальных прокатных элементов различного профиля, выпускаемых металлургической промышленностью по определённому перечню-сортаменту (впервые такой сортамент был разработан в России в 1900 Н. А. Белелюбским. В качестве первичных элементов используются также трубчатые и гнутые профили. Из первичных элементов на заводах металлических конструкций изготовляют различные типовые конструктивные элементы (набор которых, как правило, ограничен): сплошные, работающие только на изгиб (балки); сквозные, работающие в основном на изгиб (фермы); элементы, работающие преимущественно на сжатие и на изгиб (колонны, стойки); элементы, работающие только на растяжение (канаты, тросы и др.). Наряду с этим выпускается листовая прокатная сталь (широкополосная, толстолистовая, тонколистовая). Комбинированием конструктивных элементов на заводах изготовляют металлические конструкции практически любого назначения — как в готовом виде (если по габаритным соображениям обеспечивается возможность их транспортирования), так и отдельными укрупнёнными монтажными блоками. При этом для образования отдельных конструктивных элементов, укрупнённых блоков и целых металлических конструкций применяют сварные (преимущественно), болтовые и заклёпочные соединения . Кроме обычных болтовых, используют также соединения на высокопрочных болтах фрикционного типа (работающих на трение), которые обладают большой несущей способностью. При монтаже для объединения отдельных блоков в целую конструкцию применяют главным образом болтовые соединения.

Металлические конструкции

Рис. 1. Конструктивная схема стального каркаса двухпролетного производственного здания: 1 — стропильная ферма; 2 — колонна; 3 — подкрановая балка; 4 — светоаэрационный фонарь; 5 — связи.

На рис. 1 представлена конструктивная схема стального каркаса двухпролётного производственного здания, в котором конструкции стропильных ферм, светоаэрационных фонарей, а также необходимых связей — сквозные, а подкрановых балок и надколенников — сплошные. В большепролетных покрытиях используют конструкции различных систем — как плоские, так и пространственные. Плоские балочно-разрезные фермы (сквозные) применяют в основном при пролётах до 100 м (например, в ангарах для самолётов). Для перекрытия средних и значительных пролётов зданий различного назначения используют т. н. структурные конструкции, представляющие собой сквозные плиты, образуемые из отдельных однотипных стержней, для сопряжения которых в узлах применяются различные конструктивные решения. Весьма эффективны металлические конструкции рамного типа, преимущественно сквозные, с распором, передаваемым на фундаменты. Для перекрытия большепролётных зданий рационально использование металлических конструкций арочной системы, причём арки могут быть сплошными или сквозными. Во многих случаях целесообразно применение стальных висячих конструкций, обеспечивающих существенную экономию стали. Висячие системы используются также при прокладке трубопроводов различного назначения через ущелья, глубокие овраги, большие реки. Широкое применение строительных конструкций находят в высотных сооружениях (например, в Киеве построена телевизионная башня высотой 372 м, трубчатая конструкция которой изготовлена из высокопрочной стали.

В СССР строительные конструкции проектируются на основе соответствующих Строительных норм и правил (СНиП), предусматривающих необходимость выбора оптимальных в технико-экономическом отношении схем сооружений, сечений элементов и классов стали. Расчёт, как правило, производится по методу предельных состояний.

Перспективны (особенно в висячих системах) предварительно напряжённые конструкции из стали, позволяющие существенно снизить собственный вес и увеличить несущую способность металлических конструкций.

Стальные конструкции зданий и сооружений — конструкции, элементы которых изготовлены из стали и соединены сваркой, заклёпками или болтами. Благодаря высокой прочности стали стальные конструкции надёжны в эксплуатации, имеют малую массу и небольшие габариты по сравнению с конструкциями из др. материалов. С. к. отличаются разнообразием конструктивных форм и архитектурной выразительностью. Изготовление и монтаж С. к. осуществляют индустриальными методами. Основной недостаток С. к. — подверженность коррозии, что требует периодического проведения защитных мероприятий (т. е. применения специальных покрытий и покраски), повышающих расходы по эксплуатации С. к. В современном строительстве С. к. применяют преимущественно в качестве несущих конструкций (См. Несущие конструкции) в различных (по назначению и конструктивной системе) зданиях и сооружениях, как-то: жилые и общественные здания (в т. ч. высотные); производственные здания разных отраслей промышленности, особенно металлургической (доменные, мартеновские, прокатные цехи); резервуары и газгольдеры; сооружения связи (радио- и телевизионные мачты и башни, антенны); сооружения энергетики (ГЭС, ТЭС, АЭС, линии электропередачи); транспортные сооружения (мосты и путепроводы на железных и автомобильных дорогах, депо, ангары и т.п.); магистральные нефте- и газопроводы (висячие переходы через большие реки, овраги и ущелья); спортивные и зрелищные сооружения, выставочные павильоны и т.д.

Современные металлические конструкции (металлоконструкции) 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. Из металла изготовлен, например, купол Исаакиевского собора в Ленинграде диаметром 22 м). В современном строительстве получили распространение металлоконструкции, 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. Металлоконструкции изготовляются преимущественно из профилированного и листового металла. По характеру соединения элементов между собой различают металлоконструкции 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.
Листовые металлоконструкции, изготовляются из листового металла (стали и алюминиевых сплавов). Применяются для сооружения ёмкостей различного назначения (резервуаров, газгольдеров, бункеров), кожухов доменных печей, трубопроводов, дымовых труб, элементов зданий. Л. к. выполняются в виде оболочек (при сооружении ёмкостей) или полотнищ и пространственных покрытий (в ограждающих конструкциях зданий). Выбор рациональной формы листовых металлоконструкций обеспечивает их работу на растяжение при действии нагрузок, т. е. позволяет наиболее полно использовать прочностные свойства металла. Для резервуаров, газгольдеров и т. п., испытывающих внутреннее давление, эффективны в конструктивном отношении шаровые, цилиндрические, каплевидные оболочки, изготовляемые обычно из стали повышенной прочности. Алюминиевые сплавы применяются с целью повышения коррозионной стойкости металлоконструкций, а также при эксплуатации их в условиях низких температур (например, в резервуарах для сжиженных газов). Использование алюминиевых сплавов для изготовления листовых металлоконструкций зданий (стеновых ограждений, подвесных потолков, кровельных конструкций, пространственных покрытий и др.) обусловлено необходимостью снижения веса и улучшения архитектурных и эксплуатационных качеств сооружаемых объектов. Для уменьшения объёма монтажных работ при сооружении ёмкостей применяется метод рулонирования: сваренные на заводе из отдельных листов полотнища свёртываются в рулоны, удобные для транспортировки; на строительной площадке они разворачиваются с помощью специальных механизмов и устанавливаются в проектное положение с последующей сваркой соединительных швов.

Сварные конструкции, металлических конструкции зданий и сооружений, соединения элементов которых выполнены сваркой. В виде С. к. изготовляется примерно 95% современных стальных конструкций, среди которых особенно эффективны листовые конструкции. С. к. имеют ряд преимуществ перед клёпаными; основные из них — экономия металла (до 25%) в результате более полного использования сечения и меньшего веса соединительных элементов, меньшая стоимость (благодаря применению относительно недорогого оборудования), плотность (герметичность сварочных швов).

Клёпаные конструкции, металлические конструкции, элементы которых соединяются заклёпками. Современные металлические конструкции изготавливаются главным образом сварными; отверстия для заклёпок, ослабляющие сечения клёпаных конструкций на 15-20%, а также трудоёмкость изготовления клёпаных конструкций делают их в большинстве случаев менее выгодными по сравнению со сварными конструкциями. Однако клёпаные конструкции более надёжны в условиях низких температур, когда концентрации напряжений, способствующие возникновению хрупкого разрушения конструкций и развивающиеся в местах отверстий для заклепок, существенно меньше концентраций в сварных швах конструкций. Поэтому к клёпаным конструкциям нередко прибегают при возведении сооружений в северных районах. Клёпаные конструкции применяются также в мостостроении (преимущественно в железнодорожных мостах) и в конструкциях промышленных зданий с большими нагрузками (например, в подкрановых балках), когда возможность разрушения металла под действием циклических нагрузок является особенно опасной или изготовление путём сварки мощного составного сечения элемента представляет значительные технологические трудности.

Металлические конструкции, номенклатура.
Описание, общие характеристики и проектирование металлических конструкций

Металлические конструкции

С развитием промышленности растет объем и номенклатура металлических изделий в строительстве. Из стального проката возводят каркасы промышленных и гражданских зданий, мосты, изготовляют арматуру для железобетона, кровельную сталь, трубы, а также другие металлические изделия. Широкому использованию металлов в строительстве способствует ряд их ценных технических свойств: высокая прочность, пластичность, повышенная теплопроводность, электропровод¬ность и свариваемость. Наряду с этим металлы, и особенно сталь и чугун, при действии различных газов и влаги сильно корродируют и требуют специальной защиты.

К перерасходу металла в строительстве ведут следующие причины: замена арматуры проектных диаметров и классов, а также профилей проката, имеющимися в наличии; технологические потери, обусловленные особенностями производства; отходы при заготовке арматуры и изделий из нее и раскрое проката; прокат арматуры с положительными допусками; брак; разрушение конструкций при контрольных испытаниях.

Причинами перерасхода стали являются нерациональный раскрой металлического проката, замена проектных профилей и металлических листов на имеющиеся в наличии больших сечений и толщин, применение стали повышенной и высокой прочности без соответствующего перерасчета конструкций, недостатки в организации поставки металлопроката металлургическими заводами.

Сложившийся удельный вес перерасхода в строительной индустрии при производстве железобетона и строительных конструкций состав¬ляет (%):завышение номинального диаметра арматурной стали- 62,4; плюсовые допуски проката- 12,0; немерные длины свариваемых марок стали — 25,6.
Значительная доля металлических изделий, используемых в строительстве, приходится на стальную арматуру.

Потери металла при производстве арматурных работ обусловлены прежде всего уровнем технологического оборудования и оснастки, особенностями технологии.
Основные причины потерь арматурной стали (удельный вес в общем расходе, проценты): отходы напрягаемой арматуры — 7,5; отходы при раскрое стержней в резке бухт — 2,6; отступления от проекта- 1,0; выпуск бракованной продукции — 0,5.

Необходимы разработка и внедрение линий для безотходной сварки листа и стержней, а так же резки арматурных стержней.

Для предотвращения от коррозии до применения арматура должна быть защищена от атмосферных осадков и других источников увлажнения. Допустимым коррозионным поражением арматуры считается такое, при котором налет ржавчины может быть удален протиркой сухой ветошью. При невыполнении указанного условия высокопрочную арматуру подвергают специальной проверке на склонность к хрупкому коррозионному разрушению.

При использовании арматуры с цинковым алюминиевым покрытием не допускается ее правка с помощью станков, вызывающих механическое разрушение покрытия, а при контактной сварке режим должен быть подобран из условия наименьшего повреждения покрытия. Дуговая сварка указанной арматуры не допускается.

Защита арматуры от коррозии, т. е. ее длительная сохранность в процессе эксплуатации железобетонной конструкции, в значительной мере зависит от технологии ее изготовления, за исключением тех случаев, когда используются специальные защитные покрытия, наносимые на поверхность арматуры.

Номенклатура стальных конструкций

Стальные конструкции используют в различных инженерных сооружениях, которые в зависимости от конструктивной формы и назначения можно разделить на следующие виды.

1. Одноэтажные производственные здания. Такие здания могут быть однопролетными и многопролетными, в том числе с пролетами разной высоты, со встроенными рабочими площадками и многоэтажными вставками. Размеры в плане их весьма разнообразны: от нескольких десятков метров до 1 км и более. Производственные здания обычно оборудуют встроенными транспортными средствами в виде конвейеров, подвесных или мостовых опорных кранов. В бескрановых зданиях используют напольный транспорт (электрокары, погрузчики и пр.).

До определенного времени стальной каркас разрешалось применять в производственных зданиях при пролетах 24 м и более, высоте более 18 м и при грузоподъемности кранов более 50 т. Сейчас эти ограничения сняты и стальные конструкции находят широкое применение для создания ремонтных мастерских, укрытий для сельхозтехники, навесов, складских помещений и других зданий при пролетах 12 … 18 м. Получили распространение здания-модули полной заводской готовности на основе арочных конструкций, сводов из объемно-формованного тонкого металлического листа, структурных конструкций (пространственных решетчатых систем).

Наряду со стальными применяют смешанные каркасы, в которых по железобетонным колоннам устанавливают стальные конструкции покрытия и подкрановые пути.

2. Малоэтажные здания. Прежде такие здания строили из кирпича, железобетона, дерева и других традиционных строительных материалов. Сейчас в подобных зданиях используют также сталь и алюминиевые сплавы, из которых делают каркас, обшивку утепленных стен, оконные переплеты, двери, встроенные шкафы, обрешетку перегородок. Освоено изготовление цельнометаллических зданий комплектной поставки «под ключ».

3. Высотные здания. Многоэтажные здания (20 … 30 этажей и выше) используют главным образом в гражданском строительстве, в условиях плотной застройки больших городов. Их обычно проектируют с четким разделением конструкций на несущие и ограждающие. Функции несущих конструкций выполняет стальной каркас, а ограждающих — легкие стеновые панели из эффективных теплоизоляционных материалов, в том числе панели с обшивками из стали или алюминиевых сплавов.

4. Большепролетные здания. Большие пролеты (50 … 150 м и более) имеют спортивные сооружения, крытые рынки, выставочные павильоны и некоторые производственные здания (ангары, сборочные цехи и др.). Для перекрытия таких пролетов, как правило, используют стальные конструкции. Системы и конструктивные формы большепролетных покрытий очень разнообразны. Здесь возможны балочные, рамные, арочные, купольные, висячие и комбинированные системы, причем как плоские, так и пространственные.

Основной нагрузкой в большепролетных зданиях является собственный вес, для снижения которого рационально применять облегченные ограждающие конструкции, стали повышенной и высокой прочности, различные способы регулирования усилий, в том числе предварительное напряжение.

5. Мосты, эстакады. Пролетные строения мостов на железных и автомобильных дорогах выполняют из металла при больших (до 1 км и более), а также средних (30…60 м) пролетах. В последнем случае стальным мостам отдают предпочтение при сжатых сроках возведения и при строительстве на стратегических дорогах, учитывая возможность их быстрого восстановления.
Мосты и эстакады имеют разнообразные системы: балочные, арочные, висячие. В балочных системах часто применяют стальные главные балки пролетного строения с железобетонной плитой проезжей части для совместной работы на изгиб.

6. Башни и мачты. Большую группу подобных конструкций составляют антенные устройства для телевидения, радиовещания и многоканальной телефонной связи. При передаче средних волн мачта высотой 200 … 500 м может выполнять функции излучателя. В иных случаях башни и мачты служат для размещения на определенной высоте проволочной сети или специальных антенных устройств. Опоры воздушных линий электропередачи служат для передачи электроэнергии по проводам, прикрепленным к опорам через гирлянды изоляторов.

Вытяжные башни служат для поддержания газоотводящих стволов дымовых и вентиляционных труб. Высота башни, определяемая экологическими требованиями, обычно составляет 80 … 150 м, хотя имеются башни высотой 600 м.

Башни морских стационарных платформ для добычи нефти и газа устанавливают на континентальном шельфе морей и океанов. Прикрепленная с помощью свай к морскому дну башня поддерживает искусственный островок, на котором размещены буровая вышка, мастерские, вертолетная площадка, жилые помещения и пр. Это, как правило, уникальные сооружения, достигающие глубин 200 … 300 м и более при ширине основания порядка 70 м. Решетчатую конструкцию такой башни выполняют из труб диаметром 2 … 4 м при толщине стенок 60 … 90 мм.

К башенным конструкциям относят также геодезические вышки, промышленные этажерки, надшахтные копры, буровые вышки и др.

7. Листовые конструкции представляют собой тонкостенные пластинки и оболочки различной формы.
Резервуары служат для хранения нефтепродуктов, воды, сжиженных газов, кислот, спиртов и других жидкостей. Среди них вертикальные цилиндрические, горизонтальные цилиндрические и сферические резервуары, резервуары с понтоном, с плавающей крышей и многие другие.

Газгольдеры предназначены для хранения, смешивания и выравнивания состава газов. Их включают в газовую сеть между источниками получения газа и его потребителями в качестве своеобразных аккумуляторов. Применяют газгольдеры постоянного объема, в которых газ хранят при высоком давлении, и газгольдеры переменного объема с хранением газа при низком постоянном давлении. Вместимость газгольдеров переменного объема достигает 600 тыс. м3.

Бункера и силосы представляют емкости, предназначенные для хранения и перегрузки сыпучих материалов. Силосы отличаются от бункеров сравнительно большим отношением высоты к размерам в плане. Группы бункеров обычно объединяют в бункерные эстакады. Применяют бункера с плоскими стенками и гибкие (висячие).

К листовым металлоконструкциям относят также трубопроводы большого диаметра, некоторые сооружения нефтепереработки, доменного и химического производств.

8. Другие виды конструкций. Это стальные конструкции мостовых, башенных, козловых кранов, кранов-перегружателей, отвальных мостов, крупных экскаваторов, строительных и дорожных машин, затворов и ворот шлюзов гидротехнических сооружений, радиотелескопов, антенн космической связи и др.

Достоинства и недостатки стальных металлоконструкций

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. Она 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.

Легкость металлоконструкций. 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.
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. Металлические 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 окрасочными составами, 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.

Требования, предъявляемые к металлическим конструкциям

При проектировании металлических конструкций должны учитываться следующие основные требования.
Условия эксплуатации. Удовлетворение заданным при проектировании условиям эксплуатации является основным требованием для проектировщика. Оно в основном определяет систему, конструктивную форму сооружения и выбор материала для него.

Экономия металла. Требование экономии металла определяется большой его потребностью во всех отраслях промышленности (машиностроение, транспорт и т. д.) и относительно высокой стоимостью.
В строительных конструкциях металл следует применять лишь в тех случаях, когда замена его другими видами материалов (в первую очередь железобетоном) нерациональна.

Транспортабельность. В связи с изготовлением металлических конструкций, как правило, на заводах по производству металлоконструкций с последующей перевозкой на место строительства в проекте должна быть предусмотрена возможность перевозки их целиком или по частям (отправочными элементами) с применением соответствующих транспортных средств.

Технологичность. Конструкции должны проектироваться с учетом требований технологии изготовления и монтажа с ориентацией на наиболее современные и производительные технологические приемы, обеспечивающие максимальное снижение трудоемкости.

Скоростной монтаж. Металлоконструкция должна соответствовать возможностям сборки ее в наименьшие сроки с учетом имеющегося монтажного оборудования.

Долговечность конструкции определяется сроками ее физического и морального износа. Физический износ металлических конструкций связан главным образом с процессами коррозии. Моральный износ связан с изменением условий эксплуатации.

Эстетичность. Конструкции независимо от их назначения должны обладать гармоничными формами. Особенно существенно это требование для общественных зданий и сооружений.

Основным принципом проектирования является достижение трех главных показателей: экономия стали, повышение производительности труда при изготовлении, снижения трудоемкости и сроков монтажа, которые и определяют стоимость конструкции.

Экономия металла в металлических конструкциях достигается на основе реализации следующих основных направлений: применения в строительных конструкциях низколегированных и высокопрочных сталей, использования наиболее экономичных прокатных и гнутых профилей, изыскания и внедрения в строительство современных эффективных конструктивных форм и систем (пространственных, предварительно напряженных, висячих, трубчатых и т.п.), совершенствования методов расчета и изыскания оптимальных конструктивных решений с использованием современных методов расчета.

Эффективно и комплексно производственные требования удовлетворяются на основе типизации конструктивных элементов и целых сооружений.

Типизация металлических конструкций в России получила весьма широкое развитие. Разработаны типовые решения часто повторяющихся конструктивных элементов-колонн, ферм подкрановых балок, оконных и фонарных переплетов. В этих типовых решениях унифицированы размеры элементов и сопряжении. Для многих элементов разработаны стандарты.

Разработаны типовые решения таких сооружений, как радиомачты, башни, опоры линий электропередачи, резервуары, газгольдеры, пролетные строения мостов, некоторые виды промышленных зданий, сооружений и т. п.

Типовые решения разработаны на основе применения оптимальных с точки зрения затраты материала, размеров элементов, оптимальной технологии их изготовления и возможностей транспортирования.
Типизация и проводимая на ее основе унификация и стандартизация обеспечивают большую повторяемость, серийность изготовления конструктивных элементов и их деталей на заводах и, следовательно, способствуют повышению производительности труда, сокращению сроков изготовления на основе эффективного использования более совершенного оборудования с ЧПУ и специальных технологических приспособлений (кондукторов, копиров, кантователей и т.п.). Типизация, унификация и стандартизация создают благоприятные условия для разработки и внедрения особенно эффективного поточного метода изготовления и монтажа металлических конструкций.

Ведущим принципом скоростного монтажа является сборка элементов металлоконструкций в крупные блоки на земле с последующим подъемом их в проектное положение с минимальным количеством монтажных работ наверху.

Типовые конструкции из металла

1. Балки и балочные конструкции

Одним из наиболее распространенных элементов стальных конструкций является балка или элемент, работающий на изгиб.

Область применения балок в строительстве чрезвычайно широка: от небольших элементов рабочих площадок, междуэтажных перекрытий производственных или гражданских зданий до большепролетных балок покрытий, мостов, тяжело нагруженных подкрановых балок и так называемых «хребтовых» балок для подвески котлов в современных тепловых электростанциях. Пролеты мостовых балок достигают 150…200 м, а нагрузка на одну хребтовую балку котельного отделения ГРЭС при пролете до 45 м составляет ~ 60 -103 кН.

1.1 Классификация балок

По статической схеме различают однопролетные (разрезные), многопролетные (неразрезные) и консольные балки. Разрезные балки проще неразрезных в изготовлении и монтаже, нечувствительны к различным осадкам опор, но уступают последним по расходу металла на 10…12%. Неразрезные балки разумно применять при надежных основаниях, когда нет опасности перегрузки балок вследствие резкой разницы в осадке опор. Консольные балки могут быть как разрезными, так и многопролетными. Консоли разгружают пролетные сечения балок и тем самым повышают экономические показатели последних.

По типу сечения балки могут быть прокатными либо составными: сварными, клепаными или болтовыми. В строительстве наиболее часто применяют балки двутаврового сечения. Они удобны в компоновке, технологичны и экономичны по расходу металла.

Наибольший экономический эффект (при прочих равных условиях) может быть получен в тонкостенных балках.

Кроме двутавровых балок применяют и другие формы сечений. Так, при воздействии на балку значительных крутящих моментов предпочтительнее применение замкнутых, развитых в боковой плоскости сечений.

Экономическая эффективность сечений, таким образом, тесно связана с их тонкостенностью. Предельно возможная тонкостенность прокатных балок определяется не только требованиями местной устойчивости стенок, но и возможностями заводской технологии прокатки профилей. Местная устойчивость стенок составных сечений может быть повышена конструктивными мерами (постановкой ребер жесткости, гофрированием стенок и т.п.).

1.2 Прокатные балки

Прокатные балки применяют для перекрытия небольших пространств конструктивными элементами ограниченной несущей способности, что связано с имеющейся номенклатурой выпускаемых прокатных профилей. Их используют в балочных клетках; для перекрытия индивидуальных подвалов, гаражей, складских помещений; в качестве прогонов покрытий производственных зданий; в конструкциях эстакад, виадуков, мостов и многих других инженерных сооружениях.

В сравнении с составными прокатные балки более металлоемки за счет увеличенной толщины стенки, но менее трудоемки в изготовлении и более надежны в эксплуатации. За исключением опорных зон и зон приложения значительных сосредоточенных сил, стенки прокатных балок не требуется укреплять ребрами жесткости. Отсутствие сварных швов в областях контакта полок со стенкой существенно уменьшает концентрацию напряжений и снижает уровень начальной дефектности.

1.3 Составные балки

В тех случаях, когда требуются конструкции, жесткость и несущая способность которых превышает возможности прокатных профилей, используют составные балки. Они могут быть сварными и клепаными, но последние применяют исключительно редко. Наибольшее применение получили балки двутаврового симметричного, реже несимметричного сечений. Такие балки состоят из трех элементов — верхнего и нижнего поясов (полок), объединенных тонкой стенкой балки. Перспективными являются сечения в виде двутавров, в качестве полок которого используют прокатные тавры и холодногнутые профили.

1.4 Бистальные балки

Снижение металлоемкости может быть достигнуто за счет использования в одной конструкции двух различных марок сталей. Балки, выполненные из двух марок сталей, называют бистальными. В них целесообразно наиболее напряженные участки поясов выполнять из стали повышенной прочности (низколегированные стали), а стенку и малонапряженные участки поясов — из малоуглеродистой стали.

В зависимости от нормы предельной интенсивности пластических деформаций и расчетного критерия, бистальные балки классифицируют по четырем группам.

1. Подкрановые балки под краны с режимом работы 1К-5К (ГОСТ 25546-82), для которых расчеты на прочность выполняют по критерию предельных напряжений в поясе.

2. Балки, воспринимающие подвижные и вибрационные нагрузки (балки рабочих площадок, бункерных и разгрузочных эстакад. транспортерных галерей и др.).

3. Балки, работающие на статические нагрузки (балки перекрытий и покрытий; ригели рам, фахверка и другие изгибаемые, растянуто-изгибаемые и сжато-изгибаемые балочные элементы).

4. Балки группы 3, но не подверженные локальным воздействиям, не имеющие продольных ребер жесткости, обладающие повышенной общей и местной устойчивостью.

В группы 2…4 объединены балки, для которых расчеты на прочность выполняют по критерию ограниченных пластических деформаций.

1.5 Балки замкнутого (коробчатого) сечения

Балки коробчатого сечения обладают рядом преимуществ по сравнению с открытыми. К ним относятся:

  • более высокая несущая способность конструкций или их элементов при работе на изгиб в двух плоскостях и на кручение. Материал в замкнутых сечениях располагается в основном в периферийных зонах по отношению к центру тяжести, это обусловливает увеличение моментов инерции и сопротивления относительно оси у (из плоскости элемента) и момента инерции на кручение;
  • ввиду существенного увеличения (в десятки раз) момента инерции на кручение в элементах с замкнутыми сечениями, как правило, исключается изгибно-крутильная форма потери устойчивости;
  • элементы с замкнутыми сечениями более устойчивы при монтаже, менее подвержены механическим повреждениям во время транспортировки и монтажа.

Несмотря на названные достоинства, конструктивные элементы с замкнутыми сечениями не нашли в настоящее время широкого применения. И объясняется это, прежде всего низкой технологичностью и, как следствие, большей трудоемкостью изготовления.

Конструктивные решения. Замкнутые, в частности коробчатые, сечения применяют при необходимости увеличения жесткости балок в поперечном направлении, при отсутствии поперечных связей, изгибе в двух плоскостях наличии крутящих моментов, при ограниченной строительной высоте и больших поперечных силах. Подобным силовым воздействиям при названных конструктивных ограничениях подвергаются балочные конструкции мостов, силовых элементов промышленных сооружений, кранов и др. Возможные формы сечения балок представлены на.

Наличие двух стенок делает особенно актуальной задачу уменьшения их толщины при обеспечении местной устойчивости. Конструктивно это достигается либо искривлением стенки, либо постановкой различного типа связей между стенками в форме диафрагм, стяжных болтов и др.

Диафрагмы имеют форму пластинки, а при сильно развитом сечении — форму рамки с прямоугольным или овальным вырезом. В углах диафрагмы имеют скосы такие же, как и в ребрах жесткости балок открытого профиля. Для более равномерного распределения нагрузки между элементами сечения и повышения пространственной жесткости возможно использовать раскосную систему расположения диафрагм с отклонением диафрагм на 30…600 от вертикали или горизонтали. Однако следует иметь в виду, что трудоемкость изготовления диафрагм с наклоном значительно выше, чем вертикальных. Взамен диафрагм для повышения местной устойчивости стенки можно использовать связи между стенками в виде вкладышей со стяжными болтами. В этом случае за счет дополнительных связей между стенками создается пространственная система, обе стенки которой работают совместно, поэтому при расчете из плоскости балки стенку следует рассматривать как составную конструкцию.

С целью экономии стали, так же как и в балках открытого профиля, в балках коробчатого сечения при больших пролетах следует предусматривать изменение сечения по длине сварной балки.

1.6 Балки с гибкой стенкой

Балки с гибкой (очень тонкой) стенкой появились впервые в конструкциях каркасов летательных аппаратов, где для легкости стенки выполняли зачастую не из металла, а из прочной ткани (перкаль, брезент). Плоская стенка в такой балке теряет устойчивость в начальной стадии нагружения, приобретая вторую устойчивую форму — в виде наклонно гофрированной (у опор, где преобладает сдвиг) либо вспорушенной (в зонах с преобладающими напряжениями сжатия) поверхности. После снятия нагрузки эти деформации стенок, называемые часто «хлопунами», исчезают. Они являются дальнейшим воплощением идеи о тесной связи показателей экономической эффективности с понятием тонкостенности. Уменьшение относительной толщины стенки в 2…3 раза приводит к снижению расхода металла на стенку на 25…35% и к концентрации металла в поясах, что выгодно по условиям работы на изгиб.

Применение балок с очень тонкими стенками уместно при стабильном направлении действия статических временных нагрузок, поскольку работа таких балок при переменных по направлению подвижных и динамических нагрузках еще недостаточно изучена.

Особенности работы конструкции балок. На первой стадии работы металлической балки ее гибкая стенка остается плоской, как и в обычной балке. Но по протяженности эта стадия работы коротка и заканчивается потерей устойчивости стенки, т.е. переходом в закритическую стадию работы с появлением «хлопунов».
В закритической стадии работы уже не соблюдается линейная зависимость между деформациями стенки и нагрузкой. Развиваются зоны выпучивания стенки с образованием растянутых складок, натяжение которых вызывает местный изгиб поясов балки, а также сжатие поперечных ребер жесткости и изгиб опорных ребер в плоскости стенок. Эта стадия завершается достижением напряжениями предела текучести либо в отдельных точках стенки, либо в поясах (или одновременно).

В третьей стадии развиваются пластические деформации в стенке и в поясах. Нарастает прогиб балки; интенсивность роста прогиба к концу этой стадии резко повышается и в отсеках балки образуется пластический механизм — балка приходит в предельное состояние с появлением чрезмерных остаточных деформаций. При дальнейшем, даже незначительном, возрастании нагрузки балка теряет несущую способность либо вследствие потери местной устойчивости полки сжато-изогнутого пояса, либо из-за потери устойчивости пояса в плоскости стенки, как стержня, от действия сжимающей силы и изгибающего момента. Не исключена и общая потеря устойчивости плоской формы изгиба балки, если последняя не раскреплена надлежащим образом от боковых деформаций. Отметим также, что описанные формы потери устойчивости пояса балки могут произойти и не в конце третьей стадии, а даже и на предыдущих стадиях, если размеры элементов пояса выбраны неудачно.

Учет особенностей работы балок с гибкими стенками привел к необходимости разработки адекватных рекомендаций по их конструктивным решениям. Возможно применение балок: с поперечными ребрами, приваренными к стенке — двусторонними и односторонними, или не связанными с нею; без поперечных ребер. Безреберные балки требуют строго центрированного приложения нагрузки в плоскости стенки, ибо пояса их практически не закреплены от закручивания.

Более часто применяют балки с ребрами жесткости, имеющими назначение, как и в обычных балках, для восприятия местных нагрузок от второстепенных балок и для ограничения длины отсека. В работе ребер, подкрепляющих гибкие стенки, есть и свои особенности, определяемые работой стенок в закритической стадии.

Пояса в балках с гибкими стенками работают не только на сжатие, но и на изгиб от натяжения стенки, поэтому целесообразно применять сечения поясов с повышенной жесткостью на изгиб и кручение. По технологичности более предпочтительны сечения с поясами из полосовой стали и широкополочных тавров; при значительных нагрузках возможно применение поясов из прокатных или гнутых швеллеров либо из широкополочных двутавров. Сечения балок с повышенным объемом сварки уступают остальным по трудоемкости изготовления.

1.7 Балки с гофрированной стенкой

Одним из путей снижения металлоемкости балок является гофрирование их стенок. В обычных балках толщина стенок, как правило, определяется не условием прочности, а требованиями местной устойчивости. Постанова поперечных ребер смягчает ситуацию, позволяя уменьшить толщину стенок и одновременно повышая крутильную жесткость балок, так как ребра играют роль диафрагм и обеспечивают неизменяемость контура поперечного сечения. Еще в середине 3-го десятилетия XX в. появилась идея гофрирования стенок балок, которое еще более эффективно обеспечит желаемые результаты. Гибкость таких стенок можно повысить до 300…600, к тому же чем тоньше стенка, тем легче выполнить ее гофрирование.

Толщину гофрированных стенок принимают в пределах 2…8 мм, что обеспечивает им все преимущества, определяемые тонкостенностью. В изготовлении стенок появляется дополнительная технологическая операция — гофрирование — и несколько осложняется сварка поясных швов, но уменьшение толщины стенки и исключение значительного числа ребер жесткости приводят в конечном счете к снижению трудозатрат на изготовление балок на 15…25%. По трудоемкости изготовления и расходу металла балки с гофрированной стенкой выигрывают и у балок с гибкой стенкой благодаря резкому снижению числа ребер жесткости, повышенной крутильной жесткости балок и высокой местной устойчивости стенки.
При выборе конструктивного решения балки с гофрированной стенкой приходится учитывать не только особенности напряженно-деформированного состояния балки под нагрузкой, но и требования технологичности. Наиболее просты и технологичны в изготовлении стенки с треугольными гофрами, но стенки с волнистыми гофрами более устойчивы. Практикуется и применение полос из готового профнастила.

Изготовление балок с гофрированной стенкой целесообразно вести на заводах металлоконструкций, организуя там специальные участки с прессами или иными установками для гофрирования и стендами для сварки швов(поясных). Сварочные автоматы должны быть приспособлены для перемещения по ломаным и волнистым линиям примыкания гофрированной стенки к поясу. Плоский лист подается между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу. На поверхности валков предусмотрены устройства для закрепления съемных пластин, осуществляющих перегибы плоского листа при повороте валков. Использование съемных пластин различных размеров дает возможность варьировать параметры гофров. Для создания криволинейных гофров требуются более сложные съемные элементы. Волнистые гофры можно получить и прессованием пластин между двумя матрицами, но для варьирования параметров гофров в этом случае требуется довольно большой набор матриц.

Особенности работы и конструкции металлических балок с гофрированными стенками. Уже первые испытания балок с гофрированными стенками выявили особенности напряженного состояния стенок и поясов: нормальные напряжения развиваются в стенках лишь у поясов и быстро падают практически до нуля, поскольку жесткость тонкой стенки поперек гофров очень мала; касательные же напряжения распределяются по высоте стенки почти равномерно. Жестко связанные с поясом гофры передают на него усилия, вызывая в поясе переменный по величине и направлению изгиб в его плоскости.

Балки с гофрированной стенкой дольше работают в упругой стадии, чем балки с гибкой стенкой той же толщины, вплоть до потери устойчивости стенки как ортотропной пластинки. Пояса балок с гофрированной стенкой также работают в лучших условиях, поскольку они не испытывают изгиба в плоскости стенки. Деформативность балок с гофрированной стенкой на 15…20 % ниже, чем у балок с гибкой стенкой с теми же параметрами.

Предельное состояние балки с гофрированной стенкой, как правило, наступает с потерей местной устойчивости стенки под действием местных сосредоточенных сил, если не установлены ребра жесткости под ними. В стенках с треугольными гофрами, работающими на сдвиг, сначала теряет устойчивость плоская полоска гофра, затем потеря устойчивости распространяется на несколько гофров, что можно считать потерей устойчивости стенки как ортотропной пластинки. После этого пояс теряет устойчивость в плоскости стенки так же. как и в балке с гибкой стенкой. В балках с достаточно жесткими гофрированными стенками предельное состояние может наступить из-за развития чрезмерных остаточных деформаций (вторая группа предельных состояний). Свойства гофра определяются толщиной стенки и геометрическими параметрами гофрирования — длиной волны и высотой волны. Местная устойчивость гофрированных стенок балок может быть повышена, если вместо вертикального гофрирования применить наклонное с нисходящими гофрами. Оптимальный угол наклона гофров к верхнему поясу равен 45…50°. Однако изготовление таких стенок усложняется и, как следствие, балки с наклонно гофрированными стенками широкого применения не нашли. Но надо иметь в виду, что гофры могут быть не только открытыми (когда сечение гофра выходит на край листа), но и глухими, т.е. выштампованными в стенке, не выходящими на край листа. Не исключена возможность гофрирования тонких стенок в готовом изделии, а следовательно, возможно применение глухих наклонных гофров.

Балки с гофрированными стенками проектируют обычно двутаврового сечения с поясами из листов, причем здесь не требуется повышенная жесткость поясов на изгиб и кручение (в отличие от балок с гибкой стенкой); сечение поясов может быть достаточно развитым по ширине и переменным по длине в соответствии с очертанием эпюры изгибающих моментов, что обеспечивает дополнительную экономию металла.

Область применения балок с гофрированной стенкой шире, чем балок с гибкой стенкой: они применимы в подкрановых конструкциях и во всех других случаях, когда требуется повышенная жесткость балок на кручение.

1.8 Балки с перфорированной стенкой

Стремление повысить эффективность использования металла в работе изгибаемых элементов привела инженеров еще в первых десятилетиях XX в. к оригинальной идее, позволяющей расширить диапазон использования стального проката. Стенка прокатного двутавра (швеллера) разрезается по зигзагообразной ломаной линии с регулярным шагом с помощью газовой резки или на мощных прессах, и затем обе половины разрезанной балки соединяются сваркой в совмещенных между собой выступах стенки. Конечный результат приводит к увеличению высоты балки и позволяет перераспределить материал сечения, концентрируя его ближе к периферийным волокнам (полкам) и существенно повышая такие геометрические характеристики сечения, как момент инерции и момент сопротивления. Образуется своеобразная конструктивная форма — балка с окнами в стенке.

Изменение высоты исходного сечения в полтора раза повышает примерно во столько же его момент сопротивления и почти вдвое -момент инерции. Малоиспользуемая часть сечения стенки в центральной зоне как бы изымается (35…40 % материала стенки), что для большинства балок не представляет какой-либо опасности. Расход металла в таких балках на 20…30 % меньше, чем в обычных прокатных балках, при одновременном снижении стоимости на 10…18%. Дополнительные затраты труда на разрезку и сварку исходного проката невелики: в сравнении со сварными составными двутаврыми балками по трудоемкости изготовления перфорированные балки на 25…35 % эффективнее за счет сокращения объема сварки и значительно меньшей трудоемкости операций обработки.

Особенности работы и конструкции балок. Отверстия в стенке меняют картину напряженного состояния в сечениях балки. Если распределение нормальных напряжений в поясах балки по середине отверстия близко к линейному, то в угловых зонах у отверстий эпюры нормальных напряжений криволинейны, что вызвано концентрацией напряжений. Некоторая криволинейность эпюры нормальных напряжений наблюдается и в зоне перемычки стенки (простенка). В стыковом сечении (4-4) простенка появляются нормальные напряжения. Все это свидетельствует о концентрации напряжений около отверстий. В большинстве случаев резервы пластичности материала достаточны для того, чтобы сгладить влияние концентраторов напряжений, и на несущую способность балки последние не оказывают заметного влияния. Однако следует иметь в виду, что при циклических или ударных воздействиях, особенно в условиях низких температур, когда развитие пластических деформаций сковано, в углах отверстий могут появиться трещины. В работе поясных тавров в пределах отверстия имеются свои особенности — они находятся под действием поперечных сил, создающих дополнительный изгиб. Предельное состояние пояса характеризуется значительным развитием пластических деформаций, пронизывающих у угла отверстия практически все сечение поясного тавра. Простенок балки работает главным образом на сдвиг, и его несущая способность, как правило, определяется устойчивостью. В предельном состоянии может потерять устойчивость и стенка одного из поясных тавров, поскольку она оказывается сжатой или сжато-изогнутой.

Конструктивные решения балок с перфорированной стенкой отличаются большим разнообразием, определяемым вариабельностью схем разрезки стенки.

Наметив осевую линию разрезки наклонно к полкам после разрезки и разворота одной из половин балки относительно ее центральной вертикальной оси, получают в результате соединения обеих половин балку с наклонным поясом. Таким путем, возможно, изготовить балки одно — и двускатные, с уклоном, как в верхнем, так и в нижнем поясе. Для упрощения конструкции иногда в качестве нижнего пояса используется тавр постоянного по длине сечения. Стремление повысить сечение при умеренном ослаблении поясных тавров и простенков привело к использованию пластинчатых вставок между гребнями соединяемых частей. Это решение может также оказаться высокоэффективным при значительных пролетах и относительно небольшой нагрузке, особенно в тех случаях, когда требуется повышенная изгибная жесткость по условию предельного прогиба. Отверстия, снижающие концентрацию напряжений, удается получить при криволинейных наклонных резах. Разрезку выполняют в этом случае с небольшими отходами металла. Известно также много других вариантов разрезки стенок, имеющих те или иные частные преимущества.

Наиболее часто применяют перфорированные балки с регулярной разрезкой и одинаковой высотой поясных тавров (балки симметричного сечения). Для таких балок очень удобно использовать типовую поточную линию, рассчитанную на одновременную синхронную автоматическую разрезку по копиру двух исходных двутавров. Двутавры закрепляют на специальном многооперационном манипуляторе, позволяющем после разрезки с помощью двухрезаковой термической резки соединить одинаковые части расчлененных балок между собой, сохраняя фиксацию формы во время сварки и после нее — до остывания готового изделия. Это дает возможность избежать коробления от воздействия начальных и сварочных напряжений и деформаций. При этом концы балок получаются разными: с одной стороны на конце балки создается простенок, а с другой стороны стенка оказывается открытой. Открытую часть заполняют вставкой из листовой стали. Этот же прием (заполнение отверстия листовой вставкой) применяют иногда и в местах опирания значительных сосредоточенных грузов, когда они расположены над отверстиями. Для усиления стенки под большими сосредоточенными грузами и у опор балки ставят поперечные либо торцевые опорные ребра.

2. Колонны и элементы стержневых конструкций, их характеристики

Колонна является древнейшей строительной конструкцией. Рассмотрим краткую характеристику конструкций, работающих на сжатие.

Колонны, стойки, стрелы кранов и другие продольно сжатые конструкции с точки зрения их расчета имеют общие черты с отдельными элементами, входящими в состав других конструкций или стержневых систем, например со стержнями ферм, элементами связей и т.п. При всем многообразии такие конструкции имеют общие формальные признаки — все они работают на сжатие или на сжатие с изгибом, а их длина в 10…20 раз и более превышает размеры поперечных сечений. Конструкция состоит из собственно стержня и опорных устройств, технические решения которых зависят от назначения конструкции и особенностей, узловых сопряжении.

По форме силуэта конструкции могут быть постоянного сечения, переменного сечения и ступенчатыми. Изменение сечения по длине позволяет снизить металлоемкость, но незначительно, поэтому такие стержни проектируют из архитектурных соображений либо когда снижение массы приводит к дополнительным эффектам, например в подвижных конструкциях типа крановых стрел.

Типичными представителями сжатых стержневых конструкций являются колонны и стойки, состоящие из стержня, оголовка, базы, иногда консоли. Оголовок служит для опирания и крепления вышележащих конструкций. База выполняет две функции — распределяет усилие, передаваемое колонной на фундамент, снижая напряжение до расчетного сопротивления фундамента, и обеспечивает прикрепление к нему колонны с помощью анкерных болтов. На консоли могут опираться подкрановые балки, стеновые панели, технологические коммуникации и т. п.

Мощные стержни типа колонн, стоек, элементов тяжелых ферм выполняют из одиночных широкополочных двутавров или составляют их из нескольких прокатных профилей. Составные стержни могут быть сплошностенчатыми — сплошными — и сквозными.

Последние в свою очередь делят на стержни с безраскосной решеткой, решетчатые и перфорированные. Ветви (пояса) безраскосных стержней объединяют планками из листовой стали, жесткими вставками или перфорированными листами. Перфорированные стержни могут быть выполнены также гнуто сварными из зигзагообразно разрезанных листов или из прокатных профилей, которые после предварительной фигурной резки объединяют в крестообразное сечение. При всей своей привлекательности перфорированные стержни находят ограниченное применение, что связано с дополнительными операциями и необходимостью иметь оборудование для фигурной резки и гибки заготовок в форме гнутых швеллеров или уголков. При изготовлении стоек из перфорированных прокатных профилей необходимы операции правки, так как после резки исходного профиля полученные заготовки изгибаются в разные стороны вследствие наличия в исходном металлопрокате остаточных напряжений.

Элементы стержневых конструкций небольших поперечных размеров проектируют из круглых или прямоугольных труб, одиночных либо спаренных уголков.

По виду напряженного состояния стержни делят на центрально-сжатые, внецентренно сжатые и сжато-изгибаемые. Аналогичную классификацию используют для наименования растянутых элементов.

3. Фермы. Общая характеристика и классификация ферм

Фермой называют систему стержней (обычно прямолинейных), соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию.

Если нагрузка приложена в узлах, а оси элементов фермы пересекаются в одной точке (центре узла), то жесткость узлов несущественно влияет на работу конструкции и в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные. Тогда все стержни фермы испытывают только осевые усилия (растяжение или сжатие). Благодаря этому металл в фермах используется более рационально, чем в балках, и они экономичнее балок по расходу материала, но более трудоемки в изготовлении, поскольку имеют большое число деталей. С увеличением перекрываемых пролетов и уменьшением нагрузки эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками растет.

Стальные фермы получили широкое распространение во многих областях строительства: в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортерных галереях, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т.д.

Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.
Плоские фермы могут воспринимать нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, способный воспринимать нагрузку, действующую в любом направлении. Каждая грань такого бруса представляет собой плоскую ферму. Примером пространственного бруса может служить башенная конструкция.

Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек.

Расстояние между узлами пояса называют панелью, расстояние между опорами — пролетом, расстояние между осями (или наружными гранями) поясов — высотой фермы.

Пояса ферм работают в основном на продольные усилия и момент (аналогично поясам сплошных балок); решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функцию стенки сплошной балки.
Соединения элементов в узлах осуществляют путем непосредственного примыкания одних элементов к другим или с помощью узловых фасонок. Для того чтобы стержни ферм работали в основном на осевые усилия, а влиянием моментов можно было пренебречь, элементы ферм следует центрировать по осям, проходящим через центры тяжести.

В зависимости от назначения, архитектурных требований и схемы приложения нагрузок фермы могут иметь самую разнообразную конструктивную форму. Их можно классифицировать по следующим признакам: статической схеме, очертанию поясов, системе решетки, способу соединения элементов в узлах, величине усилия в элементах.

По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные и вантовые.

В покрытиях зданий, мостах, транспортерных галереях и других подобных сооружениях наибольшее применение нашли балочные разрезные системы. Они просты в изготовлении и монтаже, не требуют устройства сложных опорных узлов, но весьма металлоемки. При больших пролетах (более 40 м), разрезные фермы получаются негабаритными и их приходится собирать из отдельных элементов на монтаже. При числе перекрываемых пролетов два и более применяют неразрезные фермы. Они экономичнее по расходу металла и обладают большей жесткостью, что позволяет уменьшить их высоту. Но как во всяких внешне статически неопределимых системах, в неразрезных фермах при осадке опор возникают дополнительные усилия, поэтому их применение при слабых просадочных основаниях не рекомендуется. Кроме того, необходимость создания неразрезности усложняет монтаж таких конструкций. Консольные фермы используют для навесов, башен, опор воздушных линий электропередач. Рамные системы экономичны по расходу стали, имеют меньшие габариты, однако более сложны при монтаже. Их применение рационально для большепролетных зданий. Применение арочных систем, хотя и дает экономию стали, приводит к увеличению объема помещения и поверхности ограждающих конструкций. Их применение диктуется в основном архитектурными требованиями. В вантовых фермах все стержни работают только на растяжение и могут быть выполнены из гибких элементов, например стальных тросов. Растяжение всех элементов таких ферм достигается выбором очертания поясов и решетки, а также созданием предварительного напряжения. Работа только на растяжение позволяет полностью использовать высокие прочностные свойства стали, поскольку снимаются вопросы устойчивости. Вантовые фермы рациональны для большепролетных перекрытий и в мостах. Промежуточными между фермой и сплошной балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, подкрепленной снизу шпренгелем или раскосами, либо сверху аркой. Подкрепляющие элементы уменьшают изгибающий момент в балке и повышают жесткость системы. Комбинированные системы просты в изготовлении (вследствие меньшего числа элементов) и рациональны в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях с подвижными нагрузками. Весьма эффективно применение комбинированных систем при усилении конструкций, например, подкрепление балки, при недостаточной ее несущей способности, шпренгелем или подкосами.

В зависимости от очертания поясов фермы подразделяют на сегментные, полигональные, трапецеидальные, с параллельными поясами и треугольные.

Очертание поясов ферм в значительной степени определяет их экономичность. Теоретически наиболее экономичной по расходу стали является ферма, очерченная по эпюре моментов. Для однопролетной балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой это будет сегментная ферма с параболическим поясом . Однако криволинейное очертание пояса повышает трудоемкость изготовления, поэтому такие фермы в настоящее время практически не применяют.

Более приемлемым является полигональное очертание с переломом пояса в каждом узле. Оно достаточно близко соответствует параболическому очертанию эпюры моментов, не требует изготовления криволинейных элементов. Такие фермы иногда применяют для перекрытия больших пролетов и в мостах, т.е. в конструкциях, поставляемых на строительную площадку «россыпью» (из отдельных элементов). Для ферм покрытий обычных зданий, поставляемых на монтаж, как правило, в виде укрупненных отправочных элементов из-за усложнения изготовления эти фермы в настоящее время не применяют. Вы их можете встретить только в старых сооружениях, построенных до 50-х годов.

Фермы трапецеидального очертания, хотя и не совсем соответствуют эпюре моментов, имеют конструктивные преимущества, прежде всего за счет упрощения узлов. Кроме того, применение таких ферм в покрытии позволяет устроить жесткий рамный узел, что повышает жесткость каркаса.

Фермы с параллельными поясами по своему очертанию далеки от эпюры моментов и по расходу стали не экономичны. Однако равные длины элементов решетки, одинаковая схема узлов, наибольшая повторяемость элементов и деталей и возможность их унификации способствует индустриализации их изготовления. Благодаря этим преимуществам фермы с параллельными поясами стали основными для покрытия зданий.

Фермы треугольного очертания рациональны для консольных систем, а также для балочных систем при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (подстропильные фермы). При распределенной нагрузке треугольные фермы имеют повышенный расход металла. Кроме того, они имеют ряд конструктивных недостатков. Острый опорный узел сложен и допускает только шарнирное сопряжение с колоннами. Средние раскосы получаются чрезвычайно длинными, и их сечение приходится подбирать по предельной гибкости, что вызывает перерасход металла. Однако в ряде случаев их применение для стропильных конструкций диктуется необходимостью обеспечения большого (свыше 20 %) уклона кровли или требованиями создания одностороннего освещения (шедовые покрытия).

Системы решетки. Выбор типа решетки зависит от схемы приложения нагрузок, очертания поясов и конструктивных требований. Так, во избежание изгиба пояса места приложения сосредоточенных нагрузок следует подкреплять элементами решетки. Для обеспечения компактности узлов угол между раскосами и поясом желательно иметь в пределах 30…50°.

Для снижения трудоемкости изготовления ферма должна быть по возможности простой с наименьшим числом элементов и дополнительных деталей.

Треугольная система решетки имеет наименьшую суммарную длину элементов и наименьшее число узлов. Различают фермы с восходящими и нисходящими опорными раскосами. Если опорный раскос идет от нижнего опорного узла фермы к верхнему поясу, то его называют восходящим. При направлении раскоса от опорного узла верхнего пояса к нижнему — нисходящим. В местах приложения сосредоточенных нагрузок (например, в местах опирания прогонов кровли) можно установить дополнительные стойки или подвески. Эти стойки служат также для уменьшения расчетной длины пояса. Стойки и подвески работают только на местную нагрузку.

Недостатком треугольной решетки является наличие длинных сжатых раскосов, что требует дополнительного расхода стали для обеспечения их устойчивости.

В раскосной системе решетки все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки — другого. Так, в фермах с параллельными поясами при восходящем раскосе стойки растянуты, а раскосы сжаты; при нисходящем — наоборот. Очевидно, при проектировании ферм следует стремиться, чтобы наиболее длинные элементы были растянуты, а сжатие воспринималось короткими элементами. Раскосная решетка более металлоемка и трудоемка по сравнению с треугольной, так как общая длина элементов решетки больше и в ней больше узлов. Применение раскосной решетки целесообразно при малой высоте ферм и больших узловых нагрузках.

Шпренгельную решетку применяют при внеузловом приложении сосредоточенных нагрузок к верхнему поясу, а также при необходимости уменьшения расчетной длины пояса. Она более трудоемка, но в результате исключения работы пояса на изгиб и уменьшения его расчетной длины может обеспечить снижение расхода стали.

Если нагрузка на ферму может действовать как в одном, так и в другом направлении (например, ветровая нагрузка), то целесообразно применение крестовой решетки. Раскосы такой решетки могут быть выполнены из гибких элементов. В этом случае сжатые раскосы вследствие большой гибкости выключаются из работы и решетка работает как раскосная с растянутыми раскосами и сжатыми стойками.

В фермах с поясами из тавров можно применить перекрестную решетку из одиночных уголков с креплением раскосов непосредственно к стенке тавра.

Ромбическая и полураскосная решетки благодаря двум системам раскосов обладают большой жесткостью; эти системы применяют в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней. Они рациональны при большой высоте ферм и работе конструкций на значительные поперечные силы.
Возможна в одной ферме комбинация различных типов решетки.

По способу соединения элементов в узлах фермы подразделяют на сварные и болтовые. В конструкциях, изготовленных до 50-х годов, применялись также клепаные соединения. Основными типами ферм являются сварные фермы. Болтовые соединения, как правило, на высокопрочных болтах применяют в монтажных узлах.

По величине максимальных усилий условно различают легкие фермы с сечениями элементов из простых прокатных или гнутых профилей и тяжелые фермы с элементами составного сечения.

Эффективность ферм может быть повышена при создании в них предварительного напряжения.

4. Технологические площадки. Общие сведения. Классификация

Площадки предназначены для размещения технологического оборудования, организации его обслуживания, ремонта и состоят из несущих балок, настила, лестниц и ограждения. В зависимости от величины полезной нагрузки и назначения площадки подразделяют на три группы.

1. Площадки под тяжелое стационарное оборудование и подвижную нагрузку (рабочая площадка сталелитейных и литейных цехов, главных корпусов ТЭЦ и т.п.) с полезной нагрузкой р > 20 кН/м2.

2. Ремонтные площадки ходовых колес кранов, площадки под транспортеры, трубопроводы, вентиляторы с р =4…20 кН/м2.

3. Посадочные площадки на опорные (мостовые) и подвесные краны, смотровые площадки с полезной нагрузкой р = 2,0…4,0 кН/м2.

Площадки первой группы выполняют в виде самостоятельных встроенных в здание сооружений. Такие площадки опираются на отдельные колонны, сетка которых обычно кратна модулю, принятому в строительстве (М = 6 м или реже 3 м). По колоннам устанавливают систему несущих балок (балочную клетку) и устраивают настил. Геометрическую неизменяемость такого встроенного сооружения и его жесткость обеспечивают системой вертикальных связей.

Площадки второй группы обычно выполняют в виде стального настила из плоской или рифленой стали, подкрепленного снизу ребрами жесткости из стальной полосы или уголков. Балки площадок опирают на кронштейны, которые в свою очередь крепят к стенам, колоннам, ветровым фермам торцевых стен зданий либо в качестве балок площадки используют подкрановые балки, к которым крепят рифленый стальной лист. Иногда балки опирают на отдельные колонны, аналогично площадкам первой группы.

Площадки третьей группы чаще всего собирают из унифицированных стальных элементов (балок, настила, лестниц). Балки этих площадок крепят, как правило, к основным несущим конструкциям здания (колоннам, стенам, подкрановым балкам, стропильным конструкциям) или к конструкциям технологического оборудования.

В качестве настила применяют листы из плоской или рифленой стали с подкреплением их ребрами жесткости, плиты из сборного железобетона, а также железобетонный настил, выполняемый по опалубке из стального гофрированного листа (сталежелезобетонный настил).

Стальной настил в площадках первой группы применяют, если возможно быстрое разрушение бетона от действия высоких температур и больших циклических нагрузок (сталелитейные и литейные цехи).

4.1 Балочные клетки

Схемы балочных клеток определяются расположением оборудования и типом настила. Выбирают их из условия обеспечения наименьших затрат металла, бетона и труда на изготовление и монтаж, для чего схемы балочных клеток применяют с наиболее коротким и простым путем передачи нагрузки на колонны или другие опоры.

Балки настила в плане размещают с постоянным шагом по длине поддерживающих их балок (главных или второстепенных), шаг этих балок определяется несущей способностью и жесткостью настила, Необходимо иметь в виду, что при уменьшении шага балок настила толщина последнего и суммарный расход материалов на настил к поддерживающие его балки будут уменьшаться до определенного предела, после которого сечения балок будут определяться не условиями прочности, а требованиями жесткости, и может оказаться целесообразным увеличить шаг балок.

Главные балки ориентируют в направлении большего шага колонн (продольного или поперечного) и проектируют обычно разрезными. Учитывая значительные пролеты главных балок, составляющие, как правило, 9…12 м и более, их проектируют составного двутаврового сечения с членением при необходимости на отправочные элементы. На монтаже отправочные элементы объединяют в единую конструкцию сваркой либо высокопрочными болтами с накладками.

Балки настила проектируют двутаврового или реже швеллерного сечения. Необходимо иметь в виду, что в площадках с балочной клеткой нормального и усложненного типов прокатные балки рациональны при пролетах до 8…9 м, нагрузках до 10…12 кН/м2 и железобетонном настиле. Если расстояние между главными балками более 9 м. то экономичнее переходить на балочную клетку усложненного типа с 2…3 вспомогательными балками, которые выполняют двутаврового и таврового сечения или из уголков.

Балки настила можно проектировать разрезными и неразрезными. Последняя статическая схема удобнее при этажном сопряжении балок. В плане второстепенные балки размешаются либо с постоянным шагом по длине поддерживающих их балок при равномерно распределенной полезной нагрузке, либо с нерегулярным шагом при установке на площадке стационарного оборудования. Шаг балок настила определяется конструкцией настила и величиной полезной нагрузки.

4.2 Настилы

В конструкциях технологических площадок применяют стальные сплошные настилы из плоского или рифленого листа, железобетонные (из сборных плит или монолитной плиты) и сталежелезобетонные
Выбор материала настила и его конструктивное решение (стационарный или съемный щитовой) выбирают с учетом технологического назначения площадки, характера и величины полезной нагрузки, температурно-влажностного режима эксплуатации, агрессивности среды, экономического фактора.

Поверх несущего настила часто устраивают защитный настил (асфальтовый или бетонный пол толщиной 40…60 мм на несущем железобетонном настиле, деревянный из торцевых брусков — на стальном).

Щиты съемных настилов могут иметь размеры в плане до 3х12 м (для ручного открывания щиты, как правило, имеют меньшие размеры и массу не более 75 кг). Щиты состоят из системы второстепенных и вспомогательных балок, стального настила, подкрепленного ребрами жесткости, и укладываются на поддерживающие главные балки. Применение подобного конструктивного решения повышает степень заводской готовности и снижает трудозатраты при монтаже.

4.3 Лестницы и переходные площадки

Настилы технологических площадок могут располагаться в один или несколько ярусов в зависимости от вида оборудования и его высоты. Для доступа обслуживающего персонала к технологическому оборудованию устраиваются лестницы в виде лестничных маршей или стремянок.

Лестничные марши состоят из косоуров (тетивы), опорных элементов, ступеней, ограждения (перил, стоек) и устанавливаются с углом наклона ? = 45° и 60°, который зависит от частоты обслуживания оборудования и наличия свободных площадей для размещения лестниц. При большой частоте использования лестницы принимается угол наклона ? = 45°. Для последних ширину маршей (расстояние между перилами ограждения) принимают 600, 800 и 1000 мм с шагом ступеней 200 мм. Марши с углом наклона 60° выполняют шириной 600 и 800 мм с шагом ступеней 300 мм. Проектирование лестниц производят в соответствии с указаниями типовой серии 1.459-2 «Стальные лестницы, переходные площадки и ограждения».

Тетиву выполняют из холодногнутого профиля. Расчетную схему тетивы принимают в виде однопролетной наклонной балки при одномаршевой лестнице или многопролетной балки ломаного очертания при двух- и более маршевой прямой лестнице. Косоуры работают на поперечный изгиб от массы металлоконструкций лестниц и полезной нагрузки.

Ступени лестниц изготовляют из стального листа: гнутые из рифленой стали, гнутые из просечно-вытяжного листа с отгибом подступенка из непросеченной части листа, ребристые из полос стали или арматурной стали с подступенком из прокатного уголка и из штампованных профилированных элементов швеллерного сечения. Переходные площадки состоят из стального настила (применяют тот же материал, что и для ступеней маршей), ребер жесткости и балок площадки. Настил приваривают к продольным балкам.

Переходные площадки крепят к стенам и колоннам каркаса здания или несущим элементам технологического оборудования кронштейнами и консольными балками.

Поручни рассчитывают как многопролетную балку, опорами которой служат стойки перил, если же технологическая площадка предназначена для непродолжительного пребывания людей (например, посадочная площадка на мостовой кран), то расчет перил ведут на горизонтальную сосредоточенную нагрузку интенсивностью 0,8 кН. Стойки перил рассчитывают как консольные элементы, загруженные сосредоточенной горизонтальной нагрузкой, равной отпору поручня перил.

Стремянки применяют в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно ставить лестницы из-за их редкого использования (например, подъем одного рабочего один-два раза в смену). Угол наклона стремянок принимают равным 90°, ширину 600 мм и высоту от 2400 до 6000 мм. Стремянки состоят из тетивы, ступеней и ограждения.

Какие бывают металлоконструкции?

Какие металлические конструкции применяются в строительстве?

Металлические конструкции можно классифицировать по размеру, способу изготовления, конфигурации и принципу действия. В зависимости от способа изготовления металлоконструкции могут быть литыми, коваными, точеными, клепаными, штампованными, сварными и комбинированными (клеесварными, штампосварными и т. д.).

Наиболее распространены следующие строительные металлоконструкции:

— арматурные сетки и каркасы;
— балки, колонны;
— панели, витражи, оконные переплеты, ворота и другие ограждающие конструкции;
— обслуживающие конструкции (лестницы, ограждения, площадки), а также резервуары различного типа, диафрагмы и мембраны, опорные конструкции (мачты ЛЭП).

________________________________________

По каким внешним признакам различаются строительные металлоконструкции?

К решетчатым конструкциям относят фермы, связи по поясам ферм, вертикальные связи и т.п. К сплошным конструкциям — колонны и балки Н-образного сечения и т.п.

________________________________________

Каковы достоинства металлических конструкций?

Металлические конструкции обладают рядом достоинств:

— меньшей массой (если сравнить с железобетонными изделиями);
— простотой и серийностью изготовления;
— легкостью монтажа и демонтажа;
— удобством и быстротой возведения;
— возможностью осуществления монтажа крупными блоками;
— транспортабельностью;
— прочностью и долговечностью;
— надежностью в эксплуатации.

Вместе с тем, подверженность металлоконструкций (особенно стальных) коррозии, вызывает необходимость их защиты от внешних воздействий в виде оцинковки, нанесения других защитных эмалевых или полимерных покрытий (окраски).

________________________________________

Какая сталь применяется для изготовления арматурных каркасов?

Круглая, горячекатаная и холодносплющенная сталь периодического профиля. Арматурную сталь и сетки следует предохранять от загрязнений и атмосферных воздействий.

________________________________________

Что означает термин «арматурная сталь периодического профиля»?

Это металлические стержни с равномерно расположенными на их поверхности под углом к продольной оси стержня поперечными выступами (рифлением) для улучшения сцепления с бетоном.

________________________________________

Каковы требования к армированию бетонных конструкций?

От правильной укладки арматурных стержней зависит несущая способность железобетона. В консольных конструкциях, защемленных с одной стороны, арматуру укладывают в верхней части бетонной массы, в конструкциях, защемленных с обеих сторон, — в нижних слоях. В наиболее ответственных конструкциях сталь распределяют равномерно по всей массе бетона, связывая (сваривая) в каркас. Но в любом случае арматура должна находиться в толще бетона, приближаясь к краям на расстояние не менее 5 см. При правильном соотношении вяжущих, заполнителей и арматуры получается мощная конструкция, способная выдержать очень большие нагрузки.

________________________________________

Можно ли изготовить арматурный каркас непосредственно на стройплощадке?

Как правило, эти конструкции производятся на заводах, технологическая оснащенность которых позволяет применять наиболее эффективные способы сварки. При сварке арматурного каркаса на строительном объекте эту работу следует поручать специалистам, имеющим спецподготовку и допуск к данному виду работ. Ручная вязка арматуры может применяться лишь в исключительных случаях при выполнении мелких работ.

________________________________________

Как выполняется крепление штучной арматуры в местах пересечения?

Необходимо соблюдать следующие требования:

— стержни диаметром до 25 мм скрепляются точечной сваркой, вязальной проволокой, пластмассовыми соединительными элементами;
— стержни диаметром более 25 мм соединяют только дуговой сваркой, если проектом не предусмотрены другие скрепления;
— перевязкой или сваркой должно быть соединено не менее 50% пересечений, при этом пересечения в углах обязательно скрепляются;
— перелом осей стержней арматуры классов А-I, А-II, А-III диаметром до 40 мм в сварных стыковых соединениях осуществляются с накладками, выполненными дуговой сваркой протяженными швами.

________________________________________

Где чаще всего применяются стальные конструкции?

Стальные конструкции легче железобетона, но тяжелее алюминиевых изделий. Благодаря высоким механическим характеристикам и однородности структуры сталь применяют там, где конструкции подвергаются высоким напряжениям.

________________________________________

Что является материалом для изготовления стальных строительных конструкций?

Мартеновские углеродистые горячекатаные стали и низколегированные стали. При подсчете собственной массы стальных конструкций учитывается объемный вес (в кг/м3):
— для сталей всех марок 7850
— для чугуна 7200

________________________________________

Как производится соединение стальных конструкций?

В строительной практике применяют три вида соединений: болтовое, заклепочное и сварочное.

________________________________________

Как рассчитываются болтовые и заклепочные соединения?

Такие соединения воспринимают нагрузки на срез, смятие и растяжение.При расчете на центрально-приложенную в отношении соединения силу принимается равномерное распределение ее между всеми заклепками или болтами. В соединениях внахлестку в расчет включают полное число заклепок или болтов, а в соединении с накладками — число заклепок или болтов, расположенных по одну сторону от оси стыка.

Проверка прочности соединения, работающего на силу, приложенную вне центра соединения, производится на усилие, воспринимаемое наиболее напряженным болтом (заклепкой). Соединения, работающие одновременно на срез и растяжение, проверяют отдельно на каждое из этих воздействий. В креплениях одного элемента к другому через прокладки или иные промежуточные элементы, а также в соединениях с односторонними накладками, число заклепок или болтов принимается на 10% больше против необходимого по расчету. При креплении выступающих полок уголков или швеллеров с помощью коротышей число заклепок или болтов, прикрепляющих одну из полок коротыша, должно быть увеличено против расчета на 50%.

________________________________________

Есть ли смысл применять стальные несущие конструкции в одноэтажных зданиях?

Облегченные стальные строительные конструкции с успехом используют для строительства зданий и сооружений с легкими кровлями и стенами с применением легких утеплителей. При этом расход стройматериалов существенно сокращается.

________________________________________

Каковы достоинства алюминиевых конструкций?

Конструкции из алюминиевых сплавов обладают общими для металлических конструкций достоинствами. В то же время отношение расчетного сопротивления к плотности при одинаковой прочности сопоставляемых материалов у алюминиевого сплава примерно в 3 раза выше, чем стали. Поскольку алюминий весит намного меньше, чем сталь, то можно легко добиться снижения собственной массы конструкции, что в свою очередь позволит:

— уменьшить усилия в элементах конструкций, особенно большепролетных, а также подвергающихся сейсмическим воздействиям;
— снизить транспортные расходы, объемы и сроки монтажа;
— сократить расход энергии при эксплуатации подвижных конструкций.

Благодаря значительной антикоррозийной стойкости алюминия, которая к тому же может быть повышена оксидированием, эмалированием и другими способами, снижаются эксплуатационные расходы и возрастает долговечность конструкций, что особенно важно при наличии агрессивной среды.

________________________________________

В чем еще проявляются отличительные особенности алюминиевых конструкций по сравнению со стальными?

Прежде всего, возможность обеспечения особых эксплутационных требований благодаря таким свойствам материала, как высокая отражательная способность поверхности, отсутствие токсичности, а также неспособность к намагничиванию и образованию искр при ударах. Некоторые алюминиевые сплавы, используемые в металлоконструкциях, по сравнению со сталью имеют более высокую атмосферную стойкость (при температуре ниже 0°С их хрупкость практически не снижается).

________________________________________

Каковы недостатки алюминиевых конструкций?

Они имеют ряд недостатков. Стоимость алюминиевых конструкций в несколько раз выше стальных. Модуль упругости алюминиевых сплавов приблизительно в три раза меньше, чем стали. Поэтому угроза прогибов алюминиевых балок и ферм при прочих равных условиях в три раза больше, чем стальных. Поскольку коэффициент линейного расширения почти в два раза больше, то необходимо частое устройство температурных швов. В местах контакта алюминиевых сплавов с другими материалами легко возникает электрохимическая коррозия, поэтому поверхности, соприкасающиеся со сталью или бетоном, нужно изолировать окраской или с помощью прокладок из пластмассы или других материалов.

________________________________________

Где применяются конструкции из алюминиевых сплавов?

Для кровельных панелей зданий, где особенно важно уменьшение собственной массы кровли, а также при устройстве витражей, оконных переплетов и других архитектурных деталей, где наиболее полно используется возможность легкого получения сложных профилей и высокая стойкость алюминия против коррозии.

________________________________________

Каков принцип работы панельно-блочной конструкции?

В конструкциях покрытий и ограждений промышленных зданий применяются панели, состоящие из каркаса и тонких металлических обшивок с двух или одной стороны. В верхней обшивке создается предварительное напряжение — растяжение, что позволяет ей воспринимать сжимающие напряжения при эксплуатационной нагрузке. Обшивка в этом случае совмещает функции ограждающей и несущей конструкции. Между верхней и нижней обшивками размещается утеплитель.

________________________________________

Что нужно учитывать при сборке панельной конструкции?

Предварительно напрягать конструкцию можно присоединением обшивки к изогнутым элементам каркаса с последующим их выпрямлением и соединением по нейтральной оси. Соединять элементы каркаса между собой и прикреплять к ним обшивки можно точечной сваркой, холодной клепкой или самонарезающимися болтами со специальными шайбами, обеспечивающими плотность соединения. Верхние и нижние обшивки по конструктивным соображениям, как правило, принимают одинаковой толщины. Напряжение в конструкции панелей со сплошным каркасом складывается из трех компонентов: предварительного напряжения, основных напряжений от расчетной вертикальной нагрузки и напряжений от распора верхней обшивки, работающей под нагрузкой как мембрана.

________________________________________

Что представляют собой панельно-блочные металлоконструкции?

Такая конструкция, как правило, состоит из двух панелей, соединенных в пространственный блок вертикальной решеткой и поперечными связями. Панели работают как верхние и нижние пояса блока. Нижние панели нужны при наличии подвесного потолка. При небольших пролетах (до 30 м) применение панелей по нижним поясам блоков нерационально. Тогда вместо вертикальной решетки применяется продольная ферма.

________________________________________

В каком виде поступают панельно-блочные металлоконструкции к месту монтажа?

Они поступают на монтаж с полной заводской готовностью. Ширина блоков ограничивается провозными габаритами панелей (до 3,8 м). Возможность заводского изготовления панелей на автоматизированных поточных линиях — основное преимущество такой строительной конструкции.

________________________________________

Как осуществляется монтаж металлоконструкций?

На монтаже из панелей и получаемых россыпью элементов решетки ферм и связей собираются пространственные блок-панели, шириной и длиной равные размерам панели. Затем из блок-панелей собирается полный монтажный блок на весь пролет.

________________________________________

Где применяются панельные и блочно-балочные конструкции?

При строительстве промышленных зданий широко применяются конструкции покрытий зданий в виде пространственного каркаса с обшивками из тонких предварительно натянутых листов. Это панельные и блочно-балочные конструкции. Они могут быть обшиты с одной стороны каркаса (обычно с наружной), но иногда выполняется обшивка с двух сторон.

________________________________________

Каковы преимущества панельных и блочно-балочных конструкций?

Преимуществами таких конструкций являются: совмещение несущих и ограждающих функций, возможность совместной работы на сжимающие усилия тонколистовой обшивки и каркаса, высокая заводская готовность и крупноблочный монтаж, а также сокращение сроков строительства. Конструкции получаются экономичными по расходу металла и технологичными в изготовлении и монтаже.

________________________________________

Чем обусловливается прочность панельных и блочно-балочных конструкции?

Повышенная жесткость панельных и блочно-балочных конструкций обусловливается совместной работой растянутой обшивки со сжатыми продольными элементами каркаса. По статической схеме — это однопролетные балочные системы с предварительно напряженными элементами. В блочных конструкциях предварительно напряженная обшивка совмещает функции кровельного настила и участие в работе поясов ферм при полной загрузке блока. В кровельной конструкции обшивка работает как мембрана, прикрепленная к продольным (пояса ферм) и поперечным элементам каркаса.

________________________________________

Что представляют собой блочные конструкции?

При строительстве промышленных зданий применяются и блочные конструкции. Они представляют собой пространственный каркас, на который обшивка или две обшивки (сверху и снизу) натягиваются на монтажной площадке. Верхняя обшивка образует кровельный настил, работает совместно с верхними поясами каркаса и может совмещать функции гидроизоляционного покрытия. Нижняя обшивка работает совместно с нижними поясами каркаса.

________________________________________

В каких случаях отдается предпочтение блочным конструкциям?

Блочные конструкции применяется при необходимости иметь потолок, отвечающий эксплуатационным или архитектурным требованиям.

________________________________________

Насколько прочна блочная конструкция?

Каркас блочной конструкции состоит из двух вертикальных ферм, соединенных поперечными вертикальными связями и поперечными ребрами (прогонами) по верхним и нижним поясам ферм. Горизонтальную жесткость в плоскости поясов обеспечивают предварительно напряженные обшивки. В торцах каркаса имеются горизонтальные фермы или балки, воспринимающие усилия натяжения обшивки и передающие их на пояса ферм.

________________________________________

Каков принцип работы поясов ферм и как их собирают?

Пояса ферм работают на местный изгиб от вертикальной нагрузки, поэтому их собирают из швеллеров или из неравнополочных уголков с большими полками, поставленными вертикально. Решетка фермы проектируется из одиночных уголков, а поперечные ребра — из швеллеров. Верхние плоскости стержней поясов ферм, поперечных ребер, связей должны образовывать одну поверхность (быть заподлицо) для укладки по ней обшивки.

________________________________________

Каким образом выполняется обшивка каркаса?

После сборки каркаса по нему раскатывают рулоны тонколистовой (1-2,5 мм) обшивки. Толщина обшивки назначается конструктивно с учетом допустимого прогиба, требований долговечности и технологичности. Она крепится к каркасу электросваркой (сплошным швом) или электрозаклепками. Блочный тип каркаса имеет хорошие показатели по расходу металла, однако трудоемкие работы на монтаже по предварительному напряжению и прикреплению к каркасу обшивки снижают его производственные показатели.

________________________________________

Как уменьшить металлоемкости конструкций?

В своем развитии металлоконструкции имеют тенденцию к уменьшению их металлоемкости. В этом контексте сварные балки решают проблему уменьшения массы несущих конструкций. В балке, работающей на изгиб, наиболее напряженная зона — полка. Стенка нагружена в меньшей степени. Следовательно, основная масса металла должна находиться в полках, а в стенках — меньшая доля.

________________________________________

Насколько рационально применение сварки в блочных конструкциях?

Сварка позволяет создавать рациональные профили. Именно благодаря применению сварки удается создавать балки разнообразных размеров — высотой до 3 — 4 м и более, а также любой длины. Кроме того, сварка позволяет наиболее рациональным образом сочетать размеры горизонтальных листов, часто называемых поясами, с вертикальной стенкой. Применяются балки с толстыми широкими поясами в сочетании с высокими тонкими стенками. Пояса часто выполняются не только из листового проката, но и из других профилей, например прокатных швеллеров, а также при необходимости из гнутых профилей. Пояса могут состоять из двух листов и более, при необходимости обладающих разными свойствами.

________________________________________

Как определяется экономичность сечения балки?

Показателем экономичности сечения балки служит параметр W/A, где W — момент сопротивления профиля; A — площадь сечения профиля. Чем выше это отношение, тем меньшая масса металла необходима для увеличения сопротивления профиля на изгиб. Однако создавать чрезмерно тонкие вертикальные стенки невозможно из-за недостатка местной устойчивости. Необходим оптимальный выбор размеров.

________________________________________

Что выгоднее — двутавровый прокат или сварная балка?

Прокат двутавровых профилей производительней сварки. Но возможность создавать сварные конструкции с желаемыми соотношениями размеров снижает расход металла и делает их более экономичными. Большое значение имеет характер производства. При крупносерийном производстве нередко оказывается рентабельнее прокатка, а при мелкосерийном и особенно в индивидуальном производстве — сварка. Широкая автоматизация производственного процесса позволяет значительно расширить сферу применения сварных конструкций.

________________________________________

Как добиться наибольшей прочности конструкций при меньшей затрате материала?

Поперечные сечения балок, в особенности двутаврового профиля, иногда изменяются по длине. Иногда горизонтальные пояса делают составными по толщине, если она больше или равна 25-30 мм, при этом в менее нагруженных местах число листов уменьшают. Балки переменного сечения позволяют лучше использовать несущую способность металла по всей их длине. Они дают экономию металла в сравнении с балками постоянного профиля, значительная часть которых работает при напряжениях, заметно меньших допустимых. В технологическом отношении изготовление балок переменного профиля несколько сложнее. Вопрос выбора конструкций решается не только с экономических позиций, но и с учетом общей компоновки и эстетики.

________________________________________

Как проектируются и где применяются балки переменного сечения?

Балки переменного сечения применяют в качестве несущих конструкций покрытий, перекрытий, площадок под оборудование, лестниц и т.д. Если балки опираются непосредственно на стенки или колонны, то их называют главными. Балки, опирающиеся на главные, называют второстепенными. Изготовление балок проектируют из прокатных двутавров (обычных или широкополочных), имеющих высоту сечения до 1 м. Если большие профили не обеспечивают заданной жесткости, то балки проектируют сварными из трех листов — стенки и двух поясов, укрепляя при необходимости стенку ребрами.

________________________________________

Как выполняются соединения металлоконструкций с помощью сварки?

Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, нахлесточными, тавровыми и торцевыми. Кромки свариваемых деталей стачиваются под углом шлифовальной машиной или напильником. Наилучшее формирование сварочного шва обеспечивает Х-образная разделка кромок, которая позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6-1,7 раза. Такая разделка обеспечивает наименьшую величину деформации после сварки и достаточную прочность сварочного шва. Объемные металлические конструкции перед сваркой собирают согласно чертежу, временно закрепляют сопряжения. Связи собирают на болтах, что позволяет придать конструкции правильное геометрическое положение. Свариваемые детали совмещают между собой и плотно сжимают любым доступным механическим способом. Для этого чаще всего пользуются различными конструкциями тисков, струбцин, систем пазов и т.д.

________________________________________

Какие бывают дефекты сварного шва металлоконструкций?

При сварке металлоконструкций случаются следующие дефекты: наплыв, прожог, непровар, трещина, пористость, перегрев, пережог, подрез, образование кратера, шлакоотложение.

________________________________________

Отчего образуются сварочные наплывы и как их устраняют?

Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на кромки недостаточно прогретого основного металла, чаще всего при сварке горизонтальных швов. Наплывы срубают и проверяют, нет ли в этом месте непровара.

________________________________________

Как устраняются сварочные прожоги?

Прожоги (сквозное проплавление с натеками с обратной стороны свариваемого металла) возникают при большом зазоре между свариваемыми кромками, недостаточном притуплении кромок, завышенной мощности сварочного пламени, недостаточной скорости сварки. Прожоги исправляют вырубкой дефектных мест с последующей их заваркой.

________________________________________

Отчего образуется непровар металла?

Непровар (местное несплавление основного металла с наплавленным, а также несплавление между собой слоев шва при многослойной сварке) образуется из-за неправильной подготовки кромок под сварку, недостаточной мощности сварочного пламени, большой скорости сварки, плохой зачистки кромок перед сваркой от окалины, шлака, ржавчины и других загрязнений. Непровары, особенно по кромкам и между слоями, самые опасные, так как влияют на прочность сварочного шва. Участки с непроваром вырубают до основания металла, зачищают и заваривают.

________________________________________

Каковы причины образования трещин?

Это наиболее опасные дефекты сварных швов. Они могут возникать в сварном шве и в околошовной зоне. По происхождению делятся на холодные и горячие, по расположению — на поперечные и продольные, по размерам — на макро- и микроскопические. Трещины образуются в процессе и после сварки. Образованию трещин способствует повышенное содержание углерода в наплавленном металле, а также серы, фосфора и водорода. Холодные трещины возникают при температурах 100-300°С в легированных сталях и при нормальных температурах в углеродистых сталях. Причины образования трещин следующие: несоблюдение технологии и режимов сварки, неправильное расположение швов в сварной конструкции, что вызывает высокую концентрацию напряжений, приводящих к полному разрушению изделия. Большие напряжения в сварных конструкциях возникают при несоблюдении заданного порядка наложения швов. Поверхностные трещины в сварных швах вырубают полностью и заваривают. Чтобы во время вырубки трещина не распространялась дальше по шву, концы ее засверливают.

________________________________________

Отчего в сварных швах появляется пористость и как ее устранить?

Пористость в сварных швах появляется потому, что газы, растворенные в жидком металле, не успевают выйти наружу до затвердевания поверхности шва. Поры уменьшают механическую прочность шва. Они образуются при плохой зачистке свариваемых кромок и присадочной проволоки от грязи, ржавчины, масла, а также при повышенном содержании углерода в основном металле, большой скорости сварки, неправильном выборе сварочного пламени и марки проволоки. Газовые поры располагаются цепочкой на некотором расстоянии друг от друга или в виде скоплений размером от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Иногда поры выходят на поверхность, образуя свищи. Поры могут быть внутренние, наружные и сквозные. Участки сварных швов с порами вырубают до основного металла и заваривают.

________________________________________

Влияет ли перегрев металла на качество сварки?

Перегрев металла возникает при большой мощности сварочного пламени и малой скорости сварки. При этом увеличиваются размеры зерен в металле шва и в околошовной зоне, что снижает механические свойства сварного соединения, в особенности ударную вязкость. Перегрев металла исправляют последующей термической обработкой.

________________________________________

Насколько опасен пережог металла?

При пережоге в металле шва образуются окисленные зерна, обладающие малым взаимным сцеплением из-за наличия на них пленки окислов. Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению. Пережог возможен при сварке окислительным сварочным пламенем и плохой защите расплавленного металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха. Участки с пережженным металлом вырубают до основания металла и заваривают.

________________________________________

Что такое подрез и как его устраняют?

При газовой сварке подрезы (уменьшение толщины основного металла в месте его перехода к усилению шва) образуются в результате повышения мощности сварочного пламени, а при электродуговой сварке — при повышенном токе и напряжении дуги. Подрезы приводят к ослаблению сечения основного металла и могут стать причиной разрушения сварного соединения, а также вызвать местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок. Подрезы исправляют подваркой ниточного шва. Правильный выбор режимов предотвратит образование подрезов.

________________________________________

Отчего образуется кратер?

Незаваренные кратеры образуются в результате резкого обрыва пламени в конце сварки. Кратеры уменьшают рабочее сечение шва, снижают его прочность и могут стать причиной образования трещин. Кратеры исправляют заваркой с предварительной вырубкой до основного металла.

________________________________________

Отчего образуются шлакоотложения на месте сварочного шва?

Шлаковые включения в сварном шве образуются при плохой зачистке свариваемого металла и присадочной проволоки, а также при неправильном выборе режимов сварки. Шлаковые включения ослабляют сечения шва, снижают прочность и являются зонами концентрации напряжений. Места швов со шлаковыми включениями вырубают и заваривают.

________________________________________

Каков фактический предел огнестойкости стальных конструкций?

Как ни парадоксально это утверждение, но металлы обладают высокой чувствительностью к высоким температурам и к действию огня. Они быстро нагреваются, что заметно снижает их прочностные свойства. Фактический предел огнестойкости стальных конструкций в зависимости от толщины элементов сечения и действующих напряжений составляет от 0,1 до 0,4 часа. В то время как минимальные значения требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе металлических, составляют от 0,25 до 2,5 ч в зависимости от степени огнестойкости зданий и типа конструкций. Для обеспечения данных требований необходимо проведение мероприятий по огнезащите металлических поверхностей.

________________________________________

Как лучше выполнить огнезащиту металлических конструкций?

Надо создать на поверхности конструкций теплоизолирующие экраны, выдерживающие высокие температуры и непосредственное действие огня. Это позволяет замедлить прогревание металла и обеспечить сохранение конструкцией своих функций при пожаре в течение заданного периода времени.

________________________________________

Какими методами осуществляется огнезащита металлических конструкций?

Наиболее доступны традиционные методы (обетонирование, оштукатуривание цементно-песчаными растворами, облицовка кирпичной кладкой, окрашивание вспучивающейся краской). Также можно применить новые современные методы, основанные на механизированном нанесении облегченных материалов и легких заполнителей (асбеста, вспученного перлита и вермикулита, минерального волокна, обладающих высокими теплоизоляционными свойствами) или на использовании плитных и листовых теплоизоляционных материалов (гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, асбестоцементных и перлитофосфогелевых плит и др.).

________________________________________

Какова эффективность современных методов огнезащиты металлических конструкций?

В зависимости от толщины слоя штукатурного состава, конструктивных огнезащитных листов и плит обеспечивается предел огнестойкости стальных конструкций от 0, 25 до 2,5 часов. Действие огнезащитных красок основано на вспучивании нанесенного состава при температурах 170-200°С и образовании пористого теплоизолирующего слоя, толщина которого составляет несколько сантиметров. Вспучивающиеся краски обеспечивают защиту стальных конструкций от огня в течение 1 часа.

Разновидности строительных стальных балок

В строительстве сварная балка имеет огромное значение, которое трудно недооценивать. Балки применяются как несущие конструкции, используются для снижения общей массы несущих конструкций, позволяют увеличить ширину пролетов зданий, вносят заметное архитектурное разнообразие и уменьшают стоимость строения.

Металлопрокат балку в промышленном и гражданском строительстве используют в крупнопанельных, колонных металлоконструкциях, в сооружении мостов, опор и подвесных путей. Балка различается по толщине стенки и полки, а также по расположению граней полок. Также металлопрокат балка отличается по способу производства, по техническим характеристикам и по назначению (для строительства подвесных путей, для армирования шахтных стволов и т.д.) . В большинстве своем такие балки делаются из прокатного двутавра — обычного или широкополочного, с высотой сечения до метра. Балки в основном производят из углеродистой и низколегированной стали.

Двутавры по своим характеристикам, то есть по виду и характеру силового воздействия, назначению и несущей способности, делятся так:

Б — нормальные
Ш — широкополые
К — колонные
Д — дополнительной серии
У — усиленные балки двутавровые с уклоном внутренних граней:

— обычные (уклон внутренних граней полок 6-12%)
— специальных (М и С), где М — балки для подвесных путей, С — балки для армирования шахтных стволов.

Однако в тех случаях, когда металлопрокат балка не обеспечивает необходимая жесткость, используются сварные балки из трех листов — стенки и двух горизонтальных листов, иначе называемых поясами. В случае нужды стенку дополнительно укрепляют ребрами. Сварная балка — это сварная металлоконструкция из листов стали, у которых механические характеристики эквивалентны балке горячекатаной. В строительстве балка сварная гарантирует механические свойства металлоконструкций аналогичные соответствующей балке горячекатаной.

Для производства двутавровых сварных балок постоянного и переменного сечения сегодня чаще всего используют сборочный стан или сборочные линии. Они позволяет собирать тавровые, двутавровые равнополочные и неравнополочные симметричные балки, балки переменного сечения с углом наклона полки до15 градусов.

После того как стальные листы собраны на прихватках стана, заготовку сваривается по швам. Затем происходит правка геометрии полок балки на специальном стане для правки — таким образом, они принимают нужную форму. Далее следует фрезеровка торцов балки и ее распил. После обработки балку окрашивают и в итоге получен готовый продукт.

Сварка металлоконструкций
и другие способы соединения материалов

Проходящая в германском городе Эссене каждые четыре года Международная выставка по сварке в очередной раз подтвердила свой статус Всемирной сварочной Олимпиады — самого представительного в мире отраслевого смотра достижений. Из 1052 фирм-участниц больше половины прибыли из-за границы, что необычайно много даже для выставки такого масштаба. Наиболее заметным было присутствие итальянских (133), а также китайских (71), американских (52), французских (34) и британских (тоже 34) фирм.

Впервые в истории выставки были организованы два китайских и два американских совместных стенда. Олимпийская сварочная сборная России в составе 14 фирм по количеству участников вышла на почетное восьмое место, а не занимала скромную строчку в конце списка, как это обычно бывает на большинстве международных выставок. Наряду с главной темой — сварка различных металлов и неметаллов -выставка охватила широкий круг отраслевых проблем, представив заинтересованному вниманию посетивших ее специалистов новые технологии в области резки, наплавки и нетермические методы соединения материалов. Практически незаметная в экспозициях прошлых лет тема склейки приобрела настолько большое значение, что организаторы выставки впервые выделили для нее целый раздел.

Сварочная отрасль в экономике Германии

Сварка относится к наиболее успешно развивающимся секторам мирового рынка, и Германия как один из крупнейших экспортеров сварочного оборудования сохраняет на нем лидирующее положение. В 2004 г. торговый оборот в мире вырос на 9%, причем главным мотором промышленного развития продолжал оставаться Китай, обеспечивающий 10% устойчивого прироста ВНП.

Высоких темпов промышленного развития достигли страны Восточной Азии и Латинской Америки (по 6%), вышли из кризисной полосы США (около 4%) и только Европа с ее менее чем 2% прироста ВНП тормозит мировую конъюнктуру. В первую очередь это относится к Германии, замыкающей список европейских стран с 1,6% прироста ВНП. На фоне этих бледных показателей успехи немецкого экспорта сварочной техники не могут не впечатлять. Конъюнктура в отрасли в том же 2004 г. выросла на 9%, экспорт сварочного оборудования увеличился на 7% и достиг 1,4 млрд евро, из которых 60% приходятся на сварочные аппараты, 27% — на детали и 13% — на присадки. В географии германского экспорта на первом месте стоят Китай и США (по 9%), за ними следуют Франция, Италия, Великобритания. Седьмое место с объемом поставок в 55 млн евро занимает Россия.

Немецкие специалисты внимательно следят за растущими импортными возможностями России, занявшей в 2004 г. второе место в мире после Китая по приросту ВНП (7%). Однако российский рынок считается менее стабильным, чем китайский, поскольку его возможности очень сильно зависят от колебаний цен на нефть. В немецком импорте сварочного оборудования на первом месте с объемом в 100 млн евро стоит главный конкурент Германии — Швейцария (21%). Это единственная страна, торгуя с которой Германия вывозит меньше сварочного оборудования, чем покупает.

Технологии сварки с использованием компьютера

Один из основных путей совершенствования технологии сварки связан с переходом на компьютерное регулирование сварочного процесса. Там, где раньше для сварки приходилось использовать самые разнообразные методы и аппараты, сегодня достаточно одного аппарата, оснащенного периферийными дополнительными устройствами и компьютерным управлением — электронным регулированием показателей электрического импульса и характера электрической дуги (Waveform Control Technology). Испанская фирма Lincoln Electric Europa является одним из инициаторов этого направления. Ею разработаны восемь методов и 80 вариантов их применения, включающие весь комплекс от программ по управлению дугой до механических устройств, роботизации и аппаратов для полуавтоматической сварки. Метод сварки пульсирующей дугой MIG/MAG-Puls предусматривает работу в трехступенчатом режиме, включающем этап быстрого увеличения тока до предельных значений, этап кратковременного выдерживания сильного тока с образованием капли на электроде и глубоким прогревом зоны шва и заключительный третий этап сброса тока до базового значения, необходимого для поддержания дуги. Дополнительно в процессе варьируется частота тока: увеличение частоты служит для сужения конуса электрической дуги, уменьшение частоты — для расширения конуса дуги. Заключительный оплавляющий импульс заостряет конец электрода и улучшает условия запуска дуги для следующего процесса. Метод пульсирующей дуги служит для сварки стали, алюминия, нержавеющей стали, никелевых сплавов. Особенно выгодно его применять для тонколистовых материалов.

Несколько иная последовательность импульсов положена в основу метода Puls-on-puls, представляющего собой комбинацию высоких и низких импульсов тока. Высокоэнергетический импульс очищает и плавит материал, низкоэнергетический импульс остужает расплав и ведет к образованию плотного волнистого шва. Регулируемый поток тепла дает возможность сваривать даже тонкие алюминиевые листы и получать аккуратный качественный шов при средней квалификации сварщика. Метод быстрой дуги RapidArc представляет собой процесс с более сложным регулированием импульса. Он состоит из четырех этапов. На первом этапе обеспечивается рост тока и напряжения до предельных значений с образованием капли расплава, на втором происходит резкий сброс тока и частичное снижение напряжения с развитием плазменного эффекта, на третьем — резкий сброс напряжения при минимальном токе с обрывом дуги и стеканием капли в шов, на четвертом — подача нового импульса тока и напряжения с восстановлением дуги после паузы. При этом поток плазмы сдвигает расплав, отделяет электрод от расплава и охлаждает его.

Метод RapidArc позволяет при той же скорости подачи электрода увеличить на 30% скорость сварки, уменьшить разбрызгивание и обгорание металла. Это достигается за счет снижения напряжения в дуге и уменьшения теплопередачи благодаря обрыву дуги. Метод RapidArc особенно перспективен для автоматической и полуавтоматической сварки материалов толщиной 1,5-4 мм. Например, при сварке нелегированной стали методом RapidArc при токе 300 А, напряжении 28 В и скорости подачи сварочной проволоки 10 м/мин. была достигнута скорость сварки 62 см/мин. при теплозатратах 0,82 кДж/мм, в то время как в обычном MAG-процессе с постоянным напряжением и скоростью подачи проволоки 13 м/мин. скорость сварки была 44 см/мин., а теплозатраты — 1,13 кДж/мм.

Размеры и вес имеют значение

Совершенствование сварочной техники идет в том числе и по пути создания компактных и легких сварочных аппаратов. Финская фирма Kemрpi показала на выставке оригинальные переносные сварочные аппараты MinarcMig типа MIG/MAG, предназначенные для механизированной дуговой сварки листового и профильного металла в среде инертных и активных защитных газов.

Стандартный режим работы, горелка и механизм подачи у них рассчитаны на сварочную проволоку диаметром 0,6-1 мм, оптимально -диаметром 0,8 мм. Номинальный сварочный ток — 180 А, продолжительность нагрузки — 35%. Аппарат можно использовать для сварки алюминиевой сварочной проволокой или массивной проволокой из нержавеющей стали в защитной атмосфере из чистой углекислоты или из ее смеси с 82% аргона. Возможна также работа открытой дугой с порошковыми самозащищаемыми проволоками. MinarcMig поставляется полностью укомплектованным (включая кабель и горелку). Вес комплекта — 9,8 кг. Аппарат полностью готов к запуску, нужно только вставить в него бобину со сварочной проволокой и подсоединить к газовому баллону соединительный шланг с редуктором.

Для автоматической подачи проволоки фирмой разработан оригинальный механизм, вес которого меньше на 35%, энергетическая эффективность выше на 50%, а динамический резонанс быстрее на 200% по сравнению с ранее применявшимися устройствами. MinarcMig отличается исключительной простотой управления. Работать с ним может не только профессионал, но и начинающий сварщик и даже любитель. На приборном щитке аппарата установлен дисплей и кнопка настройки. Примененная в аппарате система настройки позволяет заранее установить исходные показатели, от которых зависят параметры сварочного процесса: диаметр проволоки, вид защитного газа, скорость сварки. В процессе сварки аппарат анализирует дугу и выбирает оптимальное соотношение между напряжением, силой тока и скоростью подачи проволоки.

Сварочная горелка новой конструкции

Работая над совершенствованием оборудования для газовой сварки, фирма Messer сумела создать высокоэффективную сварочную горелку Konstantherm, которая сохраняет ровный, без хлопков и вспышек, режим факела даже в случае длительной работы при высоких температурах. Таким образом исключаются перерывы в работе, остывание сварки, повторный поджог факела. Стабильность процесса достигается благодаря специальной конструкции горелки, поддерживающей постоянное эквимолярное соотношение ацетилена и кислорода 1:1. Горелка Konstantherm дает возможность проваривать швы неограниченной длины при неблагоприятных условиях сварки, прогревать крупные детали, например, трубы при вытягивании. Хорошие результаты горелка показывает на термически сложных участках, таких как углы, пересечения, внутренние поверхности труб, а также при работе одновременно двумя горелками, при устройстве наплавок, при стыковой сварке рельсов.

Постоянство соотношения кислорода и ацетилена имеет первостепенное значение при сварке таких материалов как медь и ее сплавы или легированные стали включая аустениты, для которых опасен как избыток ацетилена, ведущий к выделению водорода и образованию пор, так и избыток кислорода, вызывающий выгорание составляющих сплава и образование оксидов. Наряду с газовыми горелками фирма Messer предлагает многосопловые комплексные газовые установки для сварки и гнутья металлических труб среднего и большого диаметра. Линейные и круговые комплексные газовые горелки представляют собой ряд, а иногда и несколько рядов сблокированных сопел или отверстий. Горелки выпускаются под определенный вид газа (ацетилен, пропан), с величиной теплоотдачи, соответствующей конкретной цели применения. Например, линейные горелки могут иметь ширину пламени от 50 мм до нескольких метров.

При необходимости горелки дополняются охлаждающими устройствами. В систему циркуляции для охлаждения вводятся датчики скорости и давления, отключающие горелки при недостатке воды. В установках для кратковременного нагрева до температуры не выше 500°С охлаждение не требуется. Гибридная лазерная сварка стальных конструкций В центре внимания посетителей выставки оказался ряд перспективных разработок ведущих немецких исследовательских центров. Дрезденский научно-исследовательский институт IWS провел работу по применению так называемой «гибридной» лазерной сварки тонких стальных конструкций, подвергающихся колебательным воздействиям. Речь идет об очень перспективной работе по созданию облегченных строительных конструкций на основе тонкого стального проката из высокопрочных мелкозернистых строительных сталей типа S1100QL с расчетным сопротивлением 1100 МПа.

С нетерпением ожидаемое строительной практикой внедрение тонкостенного стального профиля столкнулось с необходимостью создания такого сварного шва, прочность которого была бы не меньше прочности соединяемого металла. И поскольку тонкостенные конструкции имеют меньшую жесткость, то в них под действием нагрузки часто возникают значительные собственные колебания, которые тоже должны восприниматься сварным швом. Решение проблемы было найдено в виде гибридной сварки, основанной на синергетическом эффекте комплексного воздействия на шов лазерного луча и плазменной электрической дуги. По сравнению с чисто лазерной гибридная сварка позволяет увеличить ширину шва, повысить вязкость расплава и получить более стабильный процесс, а по сравнению с дуговой плазменной сваркой повышается прочность сварного шва и увеличивается производительность сварки. Способ апробирован в соединениях таких ответственных деталей как стрела мобильного крана и стрела бетононасоса. Сварку вели за один проход без предварительного прогрева кромок. Шов получался качественный, плотный, без трещин. Ширина стыка достигала 1 мм при толщине свариваемого металла от 3 до 8 мм. Дальнейшее развитие гибридный способ получил при устройстве порошковых покрытий на металле. Комбинация двух методов сварки увеличила скорость процесса на 300%, повысила энергетические показатели, улучшила использование порошка. Поверхность покрытия стала менее пористой, более замкнутой и гладкой.

Сварка способом холодного переноса материала

Электронное управление процессом сварки в сочетании с высокодинамичным возвратно-поступательным движением сварочной проволоки лежат в основе способа холодного переноса материала (СМТ), разработанного австрийской фирмой Fronius. На выставке были представлены сварочные комплексы, в которых метод СМТ применялся для термического соединения стали с алюминием, что до недавнего времени считалось невозможным. Отличительная особенность нового метода заключается в том, что в процессе сварки электрод на мгновение подается вперед и после возникновения короткого замыкания вновь возвращается назад — и так до 70 раз в секунду! В результате оптимизируются условия отделения расплавленной капли, исключается разбрызгивание и получается равномерный плотный шов. Процесс идет с гораздо меньшими затратами тепла, и именно это делает возможной электродуговую сварку алюминия и стали.

Однако одним лишь соединением стали с алюминием область применения способа СМТ не ограничивается. Она включает также пайку листового металла с нанесенными на него покрытиями, сварку тонколистового алюминия и магниевых сплавов. Автоматизированная промышленная установка для сварки методом СМТ состоит из инверторного источника тока на 320/400/500 А с электронным управлением и интегрированным пакетом программ для поддержания процесса СМТ, пульта дистанционного управления процессом сварки, блока водяного охлаждения, механизма подачи сварочной проволоки с электронным управлением, роботизированной сварочной горелки, оборудованной высокодинамичным сервомотором с электронным управлением и с точным выдерживанием контактного давления и скорости подачи проволоки. Установка дополняется накопителем проволоки, устанавливаемым на третьей оси робота, и устройствами для обслуживания системы подачи проволоки.

Плазменный резак на жидком горючем

На выставке в Эссене фирма Fronius показала еще одну новинку — переносной аппарат для плазменной резки металла TransCut 300. Аппарат основан на принципе, предусматривающем использование не газообразного, как при кислородной резке, а жидкого горючего. Переход на жидкое топливо позволил создать компактный переносной аппарат, который так же удобен в работе, как ручной электроинструмент. Для работы TransCut 300 не требуется ни стационарная магистраль сжатого воздуха, ни специальный компрессор. Все, что нужно, — это электропитание 220 В. Аппарат имеет встроенный бак на 1,5 л горючего, заправляемый картушами. Жидкое горючее подается в резак, где оно нагревается и в парообразном ионизированном состоянии служит медиумом для получения плазмы. В стволе резака вокруг катода расположен кольцевой нагревательный элемент, отделенный от катода кольцевым каналом, куда поступает горючее.

По мере продвижения по кольцевому каналу жидкость нагревается и испаряется. К соплу горелки подходит уже газ, который ионизируется и в виде плазменного факела используется для резки. По сравнению с резаками, работающими на газе, TransCut 300 обладает двумя важными преимуществами. Во-первых, теплотворная способность жидкого горючего позволяет аппарату с небольшим встроенным баком работать автономно, а во-вторых, при переходе жидкости в газообразное состояние развивается необходимое давление и отпадает потребность в специальных средствах для создания давления. К существенным преимуществам плазменного резака относится снижение концентрации вредных газовых выбросов, за что TransCut 300 получил название «зеленого», т. е. экологически чистого резака. Повышение качества соединения достигается благодаря отсутствию азотирования с сокращением количества пор и уменьшенному оксидированию металла на поверхности реза.

Аппарат TransCut 300 можно применять для резки стали, алюминия, хромоникелевых сплавов толщиной до 12 мм. При весе менее 14 кг он является самым легким плазменным резательным аппаратом в мире, по скорости и чистоте резки может конкурировать с лучшими мировыми образцами резаков. Разработчики считают, что благодаря своей экологичности, производительности и мобильности плазменные резаки на жидком горючем получат широкое применение в строительстве, например, при проведении ремонтных сантехнических работ, монтаже систем вентиляции и кондиционирования.

Точечная сварка листов трением

К принципиально новым разработкам в области сварочного производства относится разработанный и запатентованный немецкой фирмой Riftec способ точечной сварки листов трением (RPS). Этот способ применяют для точечного соединения двух или более листов. Структурно он напоминает соединение клепкой, отличаясь от него тем, что не требует для скрепления никаких дополнительных материалов. Рабочий орган RPS представляет собой зажимной патрон, внутри которого во встречных направлениях вращаются вокруг вертикальной оси цилиндрический стержень и соприкасающаяся с ним гильза. Возникающее при трении стержня о гильзу тепло используется для плавления соединяемых материалов.

Процесс начинается с зажатия листов в патроне в точке сварки с одновременным включением вращения и плавлением материала. Разогретый цилиндр плавит под собой материал и постепенно вдавливается в свариваемый материал первого, а затем и второго слоя. Одновременно с погружением цилиндра под давлением вытесняемого им расплава синхронно поднимается обойма, открывая кольцевую полость, в которую вытесняется расплав. После достижения заданной глубины сварки цилиндр, не прекращая вращения, извлекается, а расплав из кольцевого зазора отжимается синхронно опускающейся обоймой. Цилиндр и обойма возвращаются в исходное положение, вращение отключается и патрон разжимается. Внутри листа остается сформированный столбик из застывшего расплава, при этом свободная поверхность нижнего листа сохраняет первоначальный вид. Предложение уже реализовано на практике.

Создан инструмент для соединения двух и более металлических листов толщиной 1-5 мм. До сих пор сварку RPS применяли для соединения листов алюминия и магнезии, однако диапазон соединяемых материалов может быть расширен. Этот способ позволяет получить прочное сплошное внутреннее скрепление листов без применения каких-либо дополнительных материалов или устройств. Преимущества соединения RPS заключаются в высокой энергетической эффективности метода, сокращении количества операций по сравнению, например, с заклепочным соединением, а также в экологичности технологии, которая не предусматривает никаких излучений, выделений вредных веществ, брызг, искр, шума.

Сварка RPS позволяет получить довольно чистую верхнюю поверхность, требующую лишь незначительной доводки, а нижняя поверхность листа остается без изменений. Выпущенная фирмой рабочая головка для соединения по технологии RPS сваривает листы толщиной до 5 мм в точках диаметром 10 мм со скоростью 1 мм толщины сварки в секунду. Максимальная скорость вращения пары «цилиндр-обойма» — 3000 об/мин., вращающий момент — 21 Н?м, мощность двигателя — 15 кВт. Размер рабочей головки — 320_250_700 мм, вес — 65 кг. Способ RPS прост, надежен, не требует квалифицированного персонала, легко поддается автоматизации, а главное — высокопроизводителен. Он может составить конкуренцию клепанным и болтовым соединениям в тех областях техники, где соединяются листы из легкого металла, например, в автомобиле-, самолето- и вагоностроении.

Склейка вместо сварки

Активную поддержку организаторов выставки получила тенденция к расширению применения для соединения материалов склейки, в т. ч. вместо сварки. Перед сваркой и механическими способами соединения материалов склейка имеет целый ряд преимуществ. Она не связана с нагревом, не изменяет структуру и не нарушает сплошность материала в соединяемых кромках, позволяет получить более мягкий и виброустойчивый шов. Таким образом, шов перестает быть слабым местом конструкции, поскольку для склейки можно применить материал даже более прочный и устойчивый, чем соединяемая пара. Оптические, электрические и реологические свойства склейки могут быть выражены более ярко, а получаемый комплексный материал нередко даже качественно отличается от соединяемых сваркой или механически. Под руководством немецкого института IFAM, который считается главным в Европе исследовательским центром по клеевым соединениям, 11 фирм — изготовителей клеящих материалов и устройств для склеивания показали на коллективном стенде Structural Bonding International (SBI) образцы применения клеевых соединений в электронике, автомобилестроении, судостроении, самолетостроении и других областях. Выделение раздела SBI было инициировано главным объединением предприятий отрасли — Германским союзом по сварке и сопутствующим материалам. Поводом для выделения раздела послужил проведенный по поручению Союза сбор данных об объемах рынка структурного склеивания.

Анализ показал, что объем производства аппаратов и машин для склейки составляет 152 млн евро, а выпуск клеящих материалов достигает 226 млн евро. Таким образом, уже сейчас связанные со склейкой объемы продукции превысили 10% суммарного объема всех соединительных технологий и могут быть выделены в отдельный сегмент. Специалисты предсказывают сектору склейки устойчивый долгосрочный рост с темпом не менее 3% в год. Болтовые соединения Традиционные болтовые соединения тоже сохранили потенциал для совершенствования. Фирма Arnold&Shinjo (Германия) разработала и запатентовала оригинальный способ предварительной запрессовки гаек или болтов в детали, изготовленные из металлического листа, позволяющий намного ускорить и удешевить болтовое соединение.

Для запрессовки используются специальные квадратные гайки под резьбу М5-М12, имеющие на нижней поверхности кольцевую канавку трапецеидального сечения. Перед началом операции гайка вставляется в захват пуансона раззенковкой и канавкой вниз, а металлический лист укладывается на матрицу, в которой имеется соответствующее гайке отверстие и кольцевой бортик. При движении пуансона вниз гайка пробивает в листе отверстие под болт, находящееся над отверстием в матрице. Одновременно материал листа вдавливается бортиком матрицы снизу в кольцевую канавку гайки, заполняет ее и удерживает гайку при возвращении пуансона в исходное положение. Запрессовка выполняется за один цикл, гайка прочно фиксируется в листе и готова к завинчиванию болта. Класс прочности соединения — от 8 до 10. Прочность соединения контролируется специальным устройством.

Гайки можно запрессовывать в лист толщиной от 0,6 до 2,5 мм. Возможна установка в захвате пуансона сразу несколько гаек. Модульная конструкция захвата позволяет быстро изменять количество и расположение гаек в зависимости от вида обрабатываемой детали. Скорость штамповки — до 100 циклов в минуту. Для подачи гаек разработан специальный мультираспределительный механизм, подающий одновременно до восьми гаек. Та же идея запрессовки положена в основу установки невыпадающих болтов в детали из металлического листа. Болты снабжены кольцевой канавкой в верхней части и имеют особую форму нижней поверхности головки. Отверстия под болты делаются в листе заранее. Болт закрепляется в зажиме пуансона и вводится в отверстие листа с запрессовкой головки. При запрессовке лист обжимается головкой болта и матрицей пресса. Металл заполняет кольцевую канавку болта и неровности на его головке.

Кольцевая канавка фиксирует болт от выдергивания, а неровности на головке исключают прокручивание болта. Класс прочности соединения — 8-10. Для запрессовки служат болты М4-М10, толщина листа — 0,7-5 мм. За один цикл работы пресса можно запрессовывать сразу несколько болтов. Скорость работы пресса — до 40 циклов в минуту. Мультираспределительный механизм в состоянии одновременно подавать до четырех болтов. Операции по запрессовке гаек и болтов легко поддаются автоматизации и могут выполняться роботизированными комплексами.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА:
ЗДАНИЯ ИЗ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

В последнее время широко распространилось в строительстве направление «здания из легких металлоконструкций». Благодаря современным технологиям эти оригинальные сборно-разборные сооружения практически не имеют соперников с точки зрения надежности и простоты монтажа. А главными их достоинствами остаются невысокая стоимость и быстрая окупаемость.

В США после Второй мировой войны здания из легких металлоконструкций оказались наиболее экономически оправданным вариантом при строительстве промышленных объектов. В России их начали возводить в начале 60-х гг. Использование современных технологий и высококачественных материалов способствует значительному расширению области их применения: складские помещения, производственные цеха, торговые и выставочные комплексы, административно-бытовые, спортивные сооружения, ангары всевозможного назначения, гаражи и многое другое. При этом экологически безвредные и пожаро-стойкие материалы позволяют строить объекты любого назначения в различных климатических условиях в соответствии с самыми высокими требованиями надежности, безопасности и долговечности. Итак, по сравнению с аналогичными зданиями из кирпича и железобетона строения из легких металлоконструкций обладают рядом бесспорных преимуществ: невысокая стоимость и быстрая окупаемость, сжатые сроки монтажа независимо от сезона, а также возможность быстрого демонтажа сооружения и оперативного возведения на другой территории. В зависимости от конструктивных особенностей строительных объектов металлоконструкции имеют различное исполнение. Например, форма зданий может быть не только типовой (то есть прямоугольной), но и арочной, а также многоярусной. Попробуем разобраться, что представляет собой строение из легких металлоконструкций при ближайшем рассмотрении.

Любое сооружение начинается с фундамента. При возведении объекта из легких металлоконструкций, как правило, выбирают один из трех возможных вариантов: столбчатый, свайный или ленточный железобетонный фундамент. Это зависит от типа строения и ряда объективных условий. Скажем, столбчатые фундаменты применяют при достаточной несущей способности оснований. Их конструкция представляет собой монолитные железобетонные подошву и подколонник, заглубленные ниже отметки сезонного промерзания грунта. Крепление колонн к фундаменту осуществляют с помощью анкеров или закладных деталей. Если же грунт имеет незначительную несущую способность, оптимальным вариантом будет свайный фундамент: конструкция, посредством которой нагрузки от опорных частей металлокаркаса сооружения передаются на грунты, расположенные ниже заострений свай. Крепление колонн также анкерное. Наконец, ленточные незаглубленные фундаменты используют в небольших строениях, а также при относительно слабых грунтах. При этом монолитные железобетонные ленты заглубляют на небольшую глубину и устанавливают на массивную щебеночную подготовку. Арматурный каркас таких фундаментов достаточно прочен.

Каркас объектов из легких металлоконструкций представляет собой плоские металлические рамы, установленные на железобетонный фундамент и расположенные в параллельных плоскостях. Между собой они объединены металлическими распорками, а также прогонами и второстепенными балками межэтажных перекрытий. Деревянные или металлические прогоны служат для крепления к металлокаркасу стеновых или кровельных конструкций, а также для восприятия передаваемых ими ветровых и снеговых нагрузок. Шаг расстановки рам обычно составляет 3, 4, 6 или 9 м. Этажность здания определена количеством пролетов, ярусов рам. Так, пролеты одноэтажных объектов достигают 50 м (при высоте строения до 15 м), а пролеты сооружений в несколько этажей — 9 м (высота этажа — до 6 м). Каркасы зданий из легких металлоконструкций различаются с точки зрения типа их соединений, которые могут быть сварными либо болтовыми. Тот и другой имеют свои достоинства. Сварные используют при изготовлении конструкций на заводе. Легкие сварные конструкции незаменимы в тех случаях, когда свои условия диктуют нестандартный промышленный дизайн объекта и чрезмерные затраты на доставку строительных материалов в труднодоступные районы. Изготовленные из них здания и строения имеют высокую степень заводской готовности и низкую металлоемкость.

Болтовые монтажные соединения позволяют собирать каркас сооружения непосредственно на строительной площадке с минимальными трудозатратами. Их неоспоримые преимущества — быстрота и точность сборки. Межэтажные перекрытия объектов из легких металлоконструкций, как правило, выполняют по второстепенным балкам перекрытия и изготавливают из ребристых и пустотных железобетонных плит, монолитных железобетонных плит по несъемной опалубке из стального оцинкованного профилированного листа и так далее. Выбор того или иного материала зависит от назначения и степени капитальности здания.

Далее логично перейти к стенам. В данном случае их уместнее назвать ограждающими конструкциями строения. Здесь также возможны варианты: поэлементная (полистовая) сборка или сэндвич-панели. Первый вариант предполагает последовательную установку следующих элементов: внутренняя ограждающая конструкция (обычно это оцинкованная профилированная тонколистовая сталь с цветным полимерным покрытием), утеплитель, наружная ограждающая конструкция. Впрочем, без использования утеплителя удастся существенно снизить ее общую стоимость. В качестве утеплителя, как правило, применяют минераловатную плиту, пенополистирол, пенопласт, пеноизол и прочие материалы с низкой теплопроводностью. Полистовая сборка обходится дешевле сэндвич-панелей, не требует высокой точности сборки металлокаркаса, однако весьма трудоемка при монтаже, а это весьма существенный недостаток. Сэндвич-панели производят на заводе, крепят их непосредственно к прогонам с помощью самонарезающих болтов. При этом принципиально важны точность изготовления металлокаркаса и правильность разрезки панелей перед их монтажом. Панели крепят к каркасу, образуя стену с проемами для окон и дверей. Внутренняя отделка помещений зависит от их назначения. Окна делают на основе деревянных, металлических и металлопластиковых переплетов. Ворота и двери выполняют из любого материала. Размеры, материал, расположение окон и дверей определяют индивидуально. Надо сказать, что кровля строения также может иметь проемы, включающие вентиляционные, технические выходы, световые фонари, глухие светопрозрачные вставки, а также элементы снегозадержания и ограждений. При необходимости на объект проводят соответствующие коммуникации: отопление, освещение, электроснабжение, канализацию. Использование современных инженерных систем и применение высоко-качественных материалов при внешней и внутренней отделке сооружений позволяет строить здания, отвечающие повышенным требованиям, предъявляемым к функциональности, комфортности и эстетике.

Мы уже говорили о том, что строения из легких металлоконструкций могут иметь разную форму, отвечающую тем или иным требованиям эксплуатации. Вот несколько возможных вариантов: ангары арочного или шатрового типов, здание с вертикальными стенами или полигонального типа. Ангары арочного типа традиционно используют в качестве помещений для складов (хотя там вполне удастся разместить и небольшое производство).

Основообразующим элементом является арка, вписанная в полуокружность. Ее пролет составляет от 8 до 24 м, при этом шаг равен от 3 до 4 м. Арки устанавливают на незаглубленный ленточный фундамент и скрепляют между собой системой крестовых и продольных связей. Арка каркаса ангара шатрового типа имеет несколько иную конструкцию, соответственно, иной будет и форма свода здания. Обычно арку каркаса выполняют из прокатных балок, состыкованных на фланцах при монтаже. Пролет ангара от 8 до 24 м при высоте от 4 до 12 м.

Преимуществом шатровых ангаров является расширенный полезный объем, который увеличивается за счет использования более компактных и устойчивых несущих конструкций арок. Наиболее универсальные в эксплуатации, пожалуй, объекты с вертикальными стенами. В отличие от арочных сооружений они более капитальны, практически не имеют ограничений по ширине, высоте и длине. Основообразующим элементом таких строений служат одно- или многопролетные, одно- или многоярусные рамы каркаса, устанавливаемые с шагом от 3 до 9 м на железобетонные монолитные фундаменты. Размер пролета одноэтажного здания может достигать 40 м (в сооружении в несколько этажей — 9 м). Стены и кровлю выполняют в виде полистовой сборки либо с применением сэндвич-панелей. Изготовление проемов в стеновых конструкциях не вызывает каких-либо проблем.

Наконец, объекты полигонального типа используют для перекрытия больших пролетов, достигающих 50 м при высоте до 15 м. По форме они напоминают строения шатрового типа, отличия заключаются лишь в конструкциях формообразующих арок каркаса (в данном случае это вписанные в эллипс плоские решетчатые фермы или балки двутаврового сечения, имеющие фланцевые монтажные стыки на высокопрочных болтах), а также в применяемых ограждающих конструкциях. Устраивать проемы предпочтительнее в торцевых частях здания.

Технология возведения сооружений из легких металлоконструкций переживает в данный момент бурное развитие, что вполне оправданно. Легкость и высокая скорость монтажа, относительная дешевизна конструкции и минимальные трудозатраты при строительстве как нельзя лучше соответствуют современным тенденциям в производстве и сфере услуг.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

Красные кирпичные здания старых питерских заводов, серые железобетонные корпуса промышленных гигантов советской эпохи. Сегодня они выглядят одинаково уныло и старомодно. Помимо внешней непривлекательности, эти постройки прошлых столетий имеют и более существенные недостатки. В частности, из-за внутренней тесноты и удручающего состояния коммуникаций в них невозможно организовать современное конкурентоспособное производство. Неслучайно большинство компаний предпочитают строить для своих производств новые здания, используя самые перспективные материалы и технологии, в том числе легких металлоконструкции (ЛМК).

Основой быстровозводимых зданий из ЛМК является металлический каркас. Металлические вертикальные стойки и горизонтальные ригеля с помощью болтовых соединений собираются в поперечные рамы, которые крепятся к фундаменту, располагаясь на равном расстоянии друг от друга. К поперечным рамам крепится система растяжек или связей, придающая конструкции расчетную прочность. Затем устанавливаются кровельные и стеновые прогоны, а также задаются обрамления под окна и двери. Несущий каркас готов. Далее можно использовать любую облицовку. Это могут быть и железобетон, и кирпичная кладка, и специальные панели типа «сэндвич», а также любые комбинации указанных конструкций.

Несколько слов необходимо сказать о панелях типа «сэндвич». Панель состоит из двух листов оцинкованного железа, между которыми помещен специальный утеплитель. Конструкция не имеет внутреннего каркаса, ее прочность достигается за счет определенной ориентации волокон утеплителя и использования специального клея.

Очень важной отличительной чертой быстровозводимых металлоконструкций является чрезвычайно высокая степень заводской готовности строительного комплекта. На практике это осуществляется следующим образом. Все детали, которые доставляются на строительную площадку, производятся на заводе с обязательным испытанием их прочностных характеристик. Детали обязательно имеют габаритные размеры, обеспечивающие возможность их транспортировки любыми традиционными видами транспорта. На строительной площадке все элементы конструкции собираются исключительно при помощи болтовых соединений. С целью исключения возможных проблем в ходе монтажа, на заводе-изготовителе производится контрольная сборка каждой конструкции, в ходе которой все детали подгоняются друг к другу. Все указанные выше мероприятия направлены в первую очередь на достижение высокого качества и надежности строительной конструкции.

Область применения быстровозводимых металлоконструкций очень широка. Проще сказать в каких областях применение таких конструкций нецелесообразно. Например, металлоконструкции не используются при строительстве зданий, в которых будут размещаться ядерные реакторы, либо банковские хранилища, то есть там, где стеновые и кровельные конструкции должны обладать повышенными изолирующими свойствами. Не принято их использовать и при строительстве жилья. С большим успехом быстровозводимые металлоконструкции используются уже несколько десятков лет при строительстве практически любых промышленных объектов, складских помещений, спортивных комплексов.

В последнее время на рынке быстровозводимых конструкций активно расширяется ассортимент отделочных материалов. Этот процесс делает металлоконструкции привлекательными в области строительства торговых сооружений.

Преимущества быстровозводимых металлоконструкций очевидны. Финансовые затраты на возведение здания из металлоконструкций в среднем на 30-40% меньше, чем на строительство аналогичного здания с использованием традиционных материалов. Естественно, данное высказывание корректно только при условии определенной идентичности качества внешней и внутренней отделки. Например, здание, построенное из самого дешевого кирпича без дополнительной внешней отделки, будет дешевле сооружения из быстровозводимых металлоконструкций с фасадом, отделанным тонированным стеклом. Существенная экономия при строительстве зданий на базе металлоконструкций достигается и за счет снижения затрат нулевого цикла примерно на 50%.

Быстровозводимые металлоконструкции являются бесспорными лидерами среди всех строительных конструкций не только благодаря низкой цене, но и кратчайшими сроками возведения. Если на строительство торгового павильона площадью около 100 м2 необходимо затратить минимум три месяца (при условии работы не в режиме аврала), то аналогичное здание из металлоконструкций будет построено максимум за два месяца. При строительстве более глобальных сооружений экономия времени может стать очень значительной и принципиально важной для Заказчика.

Помимо цены и сроков сборки, быстровозводимые металлоконструкции имеют еще одно очень важное преимущество, на которое не всегда обращают внимание. Дело в том, что металлоконструкции не только быстро собираются, но и могут быть быстро и без особых финансовых затрат разобраны. Использование данного принципа в строительстве дает возможность владельцу земли максимально выгодно ее использовать с учетом постоянного изменения конъюнктуры рынка.

Естественно, сравнение металлоконструкций с детским конструктором, из которого можно без ограничений и потерь собирать и разбирать различные конструкции, не совсем корректно. Если вести речь о переносе быстровозводимого здания из одного места в другое, то без потерь перенесутся основные несущие элементы конструкции. Некоторое количество элементов потребует замены, например, кровельная Система. У Заказчика возникнет проблема изготовления под заказ тех деталей, которые необходимо заменить. Именно поэтому перенос таких зданий осуществляется в крайних случаях, но главное, что это, в принципе, возможно и дает денежную экономию относительно затрат на постройку нового здания около 40%. В случаях, когда речь идет о замене существующего здания на новое, что может быть необходимо в силу самых разных причин, использование быстровозводимых металлоконструкций принесет немалую выгоду. Разборка быстровозводимой конструкции обходится в несколько раз дешевле и занимает существенно меньше времени, чем демонтаж здания, выполненного с использованием традиционных материалов.

Итак, можно назвать основные преимущества систем из легких металлоконструкций:

  • минимальные сроки монтажа (демонтажа) и отделки
  • высокая заводская степень готовности конструкций
  • более низкая себестоимость объектов из легких металлоконструкций по сравнению с аналогичными сооружениями из кирпича и железобетона

Основным недостатком зданий из металлоконструкций часто называется их меньшая долговечность по сравнению с аналогами из железобетона и монолита. Однако вопрос этот отчасти спорный. Дело в том, что все цифры по срокам эксплуатации зданий из ЛМК являются расчетными, и сколько в действительности простоит объект, никто сказать пока точно не может. Первые здания из металлоконструкций были построены еще до войны и до сих пор спокойно продолжают стоять. Многое зависит и от того, насколько качественно смонтировано здание, каковы условия эксплуатации, как часто его подкрашивают, реставрируют, каково его целевое назначение, взаимодействует ли оно с агрессивными средами. Известно, что долговечность облицовочных панелей существенно ниже металлического каркаса.

Однако, учитывая, что облицовку можно и нужно периодически менять, возникает вопрос, можно ли говорить корректно о сроке эксплуатации всего здания в целом. Как это ни странно, но долговечность здания — это не всегда очевидный плюс. Например, есть законодательные положения, по которым здания, относящиеся к временным, значительно проще утвердить и согласовать. К тому же при строительстве торговых центров, магазинов или складов погоня за долговечностью не столь необходима.

Сварная балка. Балка переменного сечения

В своем развитии металлоконструкции имеют тенденцию к уменьшению их металлоемкости. В этом контексте сварные балки решают проблему уменьшения массы несущих конструкций. В балке, работающей на изгиб, наиболее напряженная зона — полка. Стенка нагружена в меньшей степени. Следовательно, основная масса металла должна находиться в полках, а в стенках — меньшая доля.

Сварка позволяет создавать рациональные профили. Именно благодаря применению сварки удается создавать балки разнообразных размеров — высотой до 3…4 м и более, а также любой длины. Кроме того сварка позволяет наиболее рациональным образом сочетать размеры горизонтальных листов, часто называемых поясами, с вертикальной стенкой. Применяются балки с толстыми широкими поясами в сочетании с высокими тонкими стенками. Пояса часто выполняются не только из листового проката, но и из других профилей, например прокатных швеллеров, а также при необходимости из гнутых профилей. Пояса могут состоять из двух листов и более, при необходимости обладать разными свойствами.

Показателем экономичности сечения балки служит параметр W/A, где W — момент сопротивления профиля, см; A — площадь сечения профиля, кв.см. Чем выше это отношение, тем меньшая масса металла необходима для увеличения сопротивления профиля на изгиб. Однако создавать чрезмерно тонкие вертикальные стенки невозможно из-за недостатка местной устойчивости. Необходим оптимальный выбор размеров.

Прокат двутавровых профилей производительней сварки. Но возможность создавать сварные конструкции с желаемыми соотношениями размеров, снижает расхода металла и делает их более экономичными и более рентабельными по стоимости.

Большое значение имеет характер производства. При крупносерийном производстве нередко оказывается рентабельнее прокатка, а при мелкосерийном и особенно в индивидуальном производстве — сварка. Широкая автоматизация производственного процесса позволит значительно расширить сферу применения сварных конструкций.

Поперечные сечения балок, в особенности двутаврового профиля, иногда изменяются по длине. В некоторых случаях изменяют толщину или ширину горизонтальных листов. Это более целесообразно, нежели изменять толщину вертикальных листов. Иногда горизонтальные пояса делают составными по толщине, если толщина пояса больше или равна 25…30 мм, при этом в менее нагруженных листах число листов уменьшают.

Балки переменного сечения позволяют лучше использовать несущую способность металла по всей их длине. Они дают экономию металла в сравнении с балками постоянного профиля, значительная часть которых работает при напряжениях, значительно меньших допускаемых. В технологическом отношении изготовление балок переменного профиля несколько сложнее. Вопрос выбора конструкций решается с экономических позиций, а иногда и с учетом общей компоновки и эстетики. Большинство типовых балок имеет профиль, постоянный по длине.

Балки применяют в качестве несущих конструкций покрытий, перекрытий, площадок под оборудование, лестниц и т.д. Если балка опираются непосредственно на стенки или колонны, то их называют главными. Балки, опирающиеся на главные балки, называют второстепенными. По балками обычно устраивают настил из железобетонных плит или из стальных листов. Балки проектируют в основном из прокатных (обычных или широкополочных) двутавров, имеющих высоту сечения до 1 м. Если самые большие профили не обеспечивают заданной жесткости, то балки проектируют сварными из трех листов — стенки и двух поясов, укрепляя в необходимых случаях стенку ребрами.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

Красные кирпичные здания старых питерских заводов, серые железобетонные корпуса промышленных гигантов советской эпохи. Сегодня они выглядят одинаково уныло и старомодно. Помимо внешней непривлекательности, эти постройки прошлых столетий имеют и более существенные недостатки. В частности, из-за внутренней тесноты и удручающего состояния коммуникаций в них невозможно организовать современное конкурентоспособное производство. Неслучайно большинство компаний предпочитают строить для своих производств новые здания, используя самые перспективные материалы и технологии, в том числе легких металлоконструкции (ЛМК).

Основой быстровозводимых зданий из ЛМК является металлический каркас. Металлические вертикальные стойки и горизонтальные ригеля с помощью болтовых соединений собираются в поперечные рамы, которые крепятся к фундаменту, располагаясь на равном расстоянии друг от друга. К поперечным рамам крепится система растяжек или связей, придающая конструкции расчетную прочность. Затем устанавливаются кровельные и стеновые прогоны, а также задаются обрамления под окна и двери. Несущий каркас готов. Далее можно использовать любую облицовку. Это могут быть и железобетон, и кирпичная кладка, и специальные панели типа «сэндвич», а также любые комбинации указанных конструкций.

Несколько слов необходимо сказать о панелях типа «сэндвич». Панель состоит из двух листов оцинкованного железа, между которыми помещен специальный утеплитель. Конструкция не имеет внутреннего каркаса, ее прочность достигается за счет определенной ориентации волокон утеплителя и использования специального клея.

Очень важной отличительной чертой быстровозводимых металлоконструкций является чрезвычайно высокая степень заводской готовности строительного комплекта. На практике это осуществляется следующим образом. Все детали, которые доставляются на строительную площадку, производятся на заводе с обязательным испытанием их прочностных характеристик. Детали обязательно имеют габаритные размеры, обеспечивающие возможность их транспортировки любыми традиционными видами транспорта. На строительной площадке все элементы конструкции собираются исключительно при помощи болтовых соединений. С целью исключения возможных проблем в ходе монтажа, на заводе-изготовителе производится контрольная сборка каждой конструкции, в ходе которой все детали подгоняются друг к другу. Все указанные выше мероприятия направлены в первую очередь на достижение высокого качества и надежности строительной конструкции.

Область применения быстровозводимых металлоконструкций очень широка. Проще сказать в каких областях применение таких конструкций нецелесообразно. Например, металлоконструкции не используются при строительстве зданий, в которых будут размещаться ядерные реакторы, либо банковские хранилища, то есть там, где стеновые и кровельные конструкции должны обладать повышенными изолирующими свойствами. Не принято их использовать и при строительстве жилья. С большим успехом быстровозводимые металлоконструкции используются уже несколько десятков лет при строительстве практически любых промышленных объектов, складских помещений, спортивных комплексов.

В последнее время на рынке быстровозводимых конструкций активно расширяется ассортимент отделочных материалов. Этот процесс делает металлоконструкции привлекательными в области строительства торговых сооружений.

Преимущества быстровозводимых металлоконструкций очевидны. Финансовые затраты на возведение здания из металлоконструкций в среднем на 30-40% меньше, чем на строительство аналогичного здания с использованием традиционных материалов. Естественно, данное высказывание корректно только при условии определенной идентичности качества внешней и внутренней отделки. Например, здание, построенное из самого дешевого кирпича без дополнительной внешней отделки, будет дешевле сооружения из быстровозводимых металлоконструкций с фасадом, отделанным тонированным стеклом. Существенная экономия при строительстве зданий на базе металлоконструкций достигается и за счет снижения затрат нулевого цикла примерно на 50%.

Быстровозводимые металлоконструкции являются бесспорными лидерами среди всех строительных конструкций не только благодаря низкой цене, но и кратчайшими сроками возведения. Если на строительство торгового павильона площадью около 100 м2 необходимо затратить минимум три месяца (при условии работы не в режиме аврала), то аналогичное здание из металлоконструкций будет построено максимум за два месяца. При строительстве более глобальных сооружений экономия времени может стать очень значительной и принципиально важной для Заказчика.

Помимо цены и сроков сборки, быстровозводимые металлоконструкции имеют еще одно очень важное преимущество, на которое не всегда обращают внимание. Дело в том, что металлоконструкции не только быстро собираются, но и могут быть быстро и без особых финансовых затрат разобраны. Использование данного принципа в строительстве дает возможность владельцу земли максимально выгодно ее использовать с учетом постоянного изменения конъюнктуры рынка.

Естественно, сравнение металлоконструкций с детским конструктором, из которого можно без ограничений и потерь собирать и разбирать различные конструкции, не совсем корректно. Если вести речь о переносе быстровозводимого здания из одного места в другое, то без потерь перенесутся основные несущие элементы конструкции. Некоторое количество элементов потребует замены, например, кровельная Система. У Заказчика возникнет проблема изготовления под заказ тех деталей, которые необходимо заменить. Именно поэтому перенос таких зданий осуществляется в крайних случаях, но главное, что это, в принципе, возможно и дает денежную экономию относительно затрат на постройку нового здания около 40%. В случаях, когда речь идет о замене существующего здания на новое, что может быть необходимо в силу самых разных причин, использование быстровозводимых металлоконструкций принесет немалую выгоду. Разборка быстровозводимой конструкции обходится в несколько раз дешевле и занимает существенно меньше времени, чем демонтаж здания, выполненного с использованием традиционных материалов.

Итак, можно назвать основные преимущества систем из легких металлоконструкций:

  • минимальные сроки монтажа (демонтажа) и отделки
  • высокая заводская степень готовности конструкций
  • более низкая себестоимость объектов из легких металлоконструкций по сравнению с аналогичными сооружениями из кирпича и железобетона

Основным недостатком зданий из металлоконструкций часто называется их меньшая долговечность по сравнению с аналогами из железобетона и монолита. Однако вопрос этот отчасти спорный. Дело в том, что все цифры по срокам эксплуатации зданий из ЛМК являются расчетными, и сколько в действительности простоит объект, никто сказать пока точно не может. Первые здания из металлоконструкций были построены еще до войны и до сих пор спокойно продолжают стоять. Многое зависит и от того, насколько качественно смонтировано здание, каковы условия эксплуатации, как часто его подкрашивают, реставрируют, каково его целевое назначение, взаимодействует ли оно с агрессивными средами. Известно, что долговечность облицовочных панелей существенно ниже металлического каркаса.

Однако, учитывая, что облицовку можно и нужно периодически менять, возникает вопрос, можно ли говорить корректно о сроке эксплуатации всего здания в целом. Как это ни странно, но долговечность здания — это не всегда очевидный плюс. Например, есть законодательные положения, по которым здания, относящиеся к временным, значительно проще утвердить и согласовать. К тому же при строительстве торговых центров, магазинов или складов погоня за долговечностью не столь необходима.

Основные станочные термин

Автоматические циклы — совокупность автоматически выполняемых движений узлов станка, выполняемых в определенной последовательности.

АСИ — автоматическая смена инструмента.

АСУП — автоматизированная система управления предприятием.

Бесступенчатое регулирование подачи — обеспечивает в данном диапазоне подач любую скорость перемещения рабочих органов, позволяет точно устанавливать требуемые режимы обработки.

Быстрые перемещения узлов — установочные перемещения узлов со скоростью, значительно превышающей скорость рабочей подачи.

Валец — рабочий орган вальцового станка, предназначенный для измельчения зерна и промежуточных продуктов размола зерна.

Вальцовый станок — станок для размола зерна и промежуточных продуктов.

Вертикально-фрезерный станок — фрезерный станок с вертикальным расположением шпинделя.

Вертикальный шпиндель — шпиндель, ось которого расположена вертикально.

Гидроразгрузка консоли — уменьшение реакций в направляющих консоли при ее перемещении путем применения гидравлических устройств.

Гидросистема — гидростанция, набор трубопроводов и рабочий орган.

Гидростанция (гидронасосная установка) — устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в энергию жидкости, движущейся под давлением.

Гидрофицированное зажимное приспособление — приспособление для зажима, использующее гидрофицированный привод.

Горизонтально-фрезерный станок — фрезерный станок с горизонтально расположенным шпинделем.

Горизонтальный шпиндель — шпиндель, ось которого расположена горизонтально.

Делительная головка — приспособление у металлорежущих станков для поворота обрабатываемой заготовки на определенный угол.

Дискретность — перемещение узла станка в мм за единицу информации управления.

Долбежная головка — приспособление у металлорежущих станков, предназначенное для выполнения операций долбления.

Допуск — разность между наибольшими и наименьшими предельными размерами или абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.

Жесткость — способность конструкции сопротивляться деформации.

Зазор — расстояние между неплотно сопрягаемыми поверхностями.

Зенкерование — технологическая операция при получистовой обработке отверстий.

Зеркало станины — основная плоскость направляющих станины.

Зубодолбление — строгание зубьев инструментом в виде зубчатого колеса, контур торца зубчатого венца которого служит режущей кромкой.

Зубозакругление — закругление торцов зубьев.

Зубофрезерные станки — фрезерные станки для обработки зубьев зубчатых колес.

Зубчатое колесо — колесо с выступами (зубьями) для передачи движения посредством взаимодействия с зубьями другого звена (колеса, рейки и т.д.)

Класс точности станка — Н — нормальная точность, П — повышенная точность, В — высокая точность, А — особо высокая точность, С — особая точность.

Консоль — консольно расположенный, вертикально перемещаемый узел станка, несущий на себе рабочий стол. В технике так принято называть балку, закрепленную одним концом.

Консольный фрезерный станок — фрезерный станок, рабочий стол которого расположен на консоли.

Контурно-позиционная система — система, имеющая возможность работы как по контуру, так и в режиме позиционирования.

Конус Морзе — коническая поверхность с малым углом конуса для сопряжения инструмента и шпинделя.

Конус шпинделя — коническое отверстие в торце шпинделя, служащее для установки инструментов.

Концевая фреза — фреза для одновременной обработки двух взаимно перпендикулярных поверхностей.

Копировальный станок — станок для обработки криволинейных поверхностей с применением копировального устройства.

Коробка скоростей — многозвенный механизм, предназначенный для изменения частоты вращения выходного вала при постоянной частоте вращения входного вала путем изменения передаточного отношения.

Круглый поворотный стол — стол, предназначенный для позиционирования или подачи путем вращения вокруг своей оси.

Круговая подача — подача, осуществляемая путем вращательного движения вокруг оси стола.

Линия центров — воображаемая линия, проходящая через центры станка или контрольно-измерительного приспособления.

Люнет — дополнительная опора для избежания прогиба заготовки.

Магазин с инструментами — приспособление для размещения инструментов.

Механизм замедления — механизм уменьшения рабочей подачи до определенной величины.

Механизм подач — многозвенный механизм металлорежущего станка, предназначенный для изменения скорости и направления подачи.

Механизм пропорционального замедления подач — механизм уменьшения рабочей подачи пропорционально ее величине.

Многооперационная обработка — реализация многих операций при одной установке детали.

Многооперационный станок — станок, имеющий один шпиндель и оснащенный системой ЧПУ и магазином для хранения и смены инструмента.

Многошпиндельный станок — станок с несколькими шпинделями.

Муфта — устройство для соединения двух валов, передающее крутящий момент без изменения его направления.

Накладная фрезерная (шпиндельная) головка — приспособление, имеющее свой шпиндель, который получает вращение от шпинделя станка.

Направляющие — поверхности, служащие для перемещения одного узла станка относительно другого в определенном направлении.

Обрабатываемая поверхь — образованный при резании поверхностный слой обрабатываемого материала.

Обрабатывающий центр — станок с ЧПУ и АСИ, предназначенный для последовательного выполнения нескольких технологических операций различными инструментами по заданной программе.

Одношпиндельные станки — станки с одним шпинделем.

Оправка — приспособление, используемое для крепления на нем заготовок или инструментов при обработке на металлорежущих станках.

Осевая подача — подача, осуществляемая путем перемещения вдоль оси инструмента или заготовки.

Оснастка — набор приспособлений для выполнения различных технологических операций.

Отклонение — алгебраическая разность между фактическим размером и номинальным размерами.

Патрон — приспособление для закрепления заготовок или инструмента на металлорежущих станках.

Планшайба — приспособление в виде фланца, установленного на шпинделе токарного, расточного и других станков для закрепления обрабатываемой заготовки или инструмента и передачи им вращения.

Плоскость стола — рабочая поверхность стола для закрепления заготовок или приспособлений.

Поворотная фрезерная (шпиндельная) головка — приспособление, имеющее свой шпиндель, который получает вращение от шпинделя станка и имеющее возможность поворота.

Подача стола — перемещение стола при выполнении технологических операций.

Ползун — узел станка, образующий поступательную пару с другим узлом.

Поперечный ход — движение, перпендикулярное продольной оси стола.

Привод главного движения — привод, обеспечивающий скорость резания (относительную скорость резца относительно заготовки).

Привод — система взаимосвязанных устройств для приведения в движение одного или нескольких твердых тел, входящих в состав машины или механизма, включающий источник энергии, механизм для передачи движения и аппаратуру управления.

Принадлежность — чаще всего такое приспособление, как вертикальная накладная головка, долбежная накладная головка, делительная головка и делительный стол.

Приспособление — технологическое устройство, присоединяемое к машине или используемое самостоятельно для базирования и закрепления заготовки при выполнении технологических операций.

Продольно-фрезерные станки — фрезерные станки с перемещением стола только в продольном направлении.

Рабочая поверхность стола — поверхность стола для установки и закрепления на ней детали или приспособления.

Развертывание — процесс получистовой и чистовой обработки конических и цилиндрических отверстий специальным инструментом — развертками.

Разметочные работы — работы, связанные с нанесением на заготовки точек и линий, указывающих контуры подлежащих механической обработке поверхностей, а также осевых и вспомогательных линий и центровых знаков для выверки заготовок при установке на станках.

Рассверливание — обработка сверлением предварительно просверленного или полученного в отливке отверстия.

Растачивание — (получистовая обработка) применяется при обработке отверстий коротких, ступенчатых и точных по размерам и форме.

Редуктор — устройство для изменения угловых скоростей и вращающих моментов.

Резание — обработка металлов снятием стружки.

Резец — обычно стальной брусок прямоугольного, квадратного или круглого сечения, режущая часть которого имеет определенную геометрическую форму и углы. Состоит из головки (несущей режущую часть) и тела (державки).

Резьбонарезные работы — нарезание резьбы на наружной или внутренней поверхности заготовок со снятием стружки.

Рейка — планка или стержень с зубьями, элемент зубчатой передачи для преобразования вращательного движения в поступательное.

Рифли — острые бороздки на какой-либо поверхности.

Сверлильно-фрезерный станок — металлорежущий станок для сверления и фрезерования заготовок.

Следяще-регулируемый привод подач — привод подач с устройством контроля скорости перемещающегося узла, его положения в режиме реального времени.

СниП — строительные нормы и правила.

Станина — основная часть машины, на которой монтируются рабочие узлы и механизмы.

Стол — узел металлорежущего станка (обычно подвижный) для закрепления на нем приспособления или заготовки.

Твердосплавный инструмент — инструмент, режущий элемент которого выполнен из твердого сплава (карбид вольфрама, карбид титана и др.)

Тиски станочные — приспособление для закрепления заготовки при обработке.

Торцевая фреза — фреза для обработки плоских поверхностей, ось которых перпендикулярна обрабатываемой поверхности.

Т-образный паз — паз в виде перевернутой буквы «Т», служащий для закрепления и базирования заготовки или приспособления.

Универсальный фрезерный станок — фрезерный станок для выполнения разнообразных фрезерных операций на различных заготовках.

Управляемые координаты — координаты перемещения узлов станка, по которым осуществляется управление движением.

Управляющая программа — упорядоченная последовательность команд, обеспечивающая выполнение технологического процесса.

Устройство цифровой индикации — устройство, отображающее значения контролируемых параметров в цифровом виде.

Фасонное отверстие — отверстие с формой, отличной от круглой.

Фасонная фреза — фреза для обработки поверхностей, повторяющих по форме ее саму.

Фрезерная (шпиндельная) головка — часть фрезерного станка, несущая шпиндель. Бывают горизонтальные, вертикальные и наклонные, в том числе поворотные.

Фрезерование — обработка со снятием стружки многолезвийным вращающимся инструментом — фрезой.

Хобот фрезерный — узел станка, выполненный в виде консольной балки, применяемый обычно для поддержки оправки с рабочим инструментом.

Цапфа — часть вала или оси, опирающаяся на опоры качения или скольжения.

Центр — стальной конус, применяемый для установки изделия при обработке на станке или в контрольно-измерительных приборах.

Цилиндрическая фреза — фреза для обработки плоских поверхностей, ось которых параллельна обрабатываемой поверхности.

Червяк — ведущее звено червячной или глобоидной передачи, представляющее собой винт, сцепляющийся с червячным колесом.

ЧПУ — числовое программное управление.

Шероховатость поверхности — микронеровности обрабатываемой поверхности.

Широкоуниверсальный фрезерный станок — фрезерный станок с расширенными технологическими возможностями.

Шпиндель станка — выходной вал коробки скоростей станка, предназначенный для закрепления заготовок или режущих инструментов.

Шпиндельная оправка — приспособление, используемое для крепления и базирования инструмента и заготовок в шпинделе металлорежущих станков.

Шпонка — деталь шпоночного соединения, устанавливаемая в пазах двух соприкасаемых деталей и предотвращающая их относительный проворот или сдвиг.

Шпоночно-фрезерный станок — станок для обработки шпоночных пазов.

Шпоночный паз — паз для установки шпонки.

Штоссель — держатель резца, совершающий возвратно-поступательные движения.

Эквидистанта — траектория движения центра фрезы относительно контура обрабатываемой поверхности.

Электромагнитная муфта — муфта, управляемая электромагнитом.

Электропривод — система управления электродвигателем