Перейти к содержанию

БСЭ1/Металлические конструкции

Материал из Wikilivres.ru

Металлические конструкции
Большая советская энциклопедия (1-е издание)
Словник: Мерави — Момоты. Источник: т. XXXIX (1938): Мерави — Момоты, стлб. 67—71


МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ, несущий остов инженерных сооружений и их элементов, изготовляемый из металла, преимущественно из стали. М. к. имеют очень широкое применение. Прекрасные механич. характеристики стали делают М. к. наиболее надежными, позволяют развивать в них весьма высокие напряжения, благодаря чему М. к. получаются наиболее БСЭ1. Металлические конструкции 1.jpgРис. 1. Схема конструкции промышленного цеха: 1 — несущие колонны, 2 — стропильная ферма, 3 — прогоны, 4 — подстропильная ферма, 5 — средняя подстропильная ферма, 6 — связи в уровне нижнего пояса стропильных ферм, 7 — подкрановая балка, 8 — фонарь, 9 — кровля.легкими и наиболее габаритными (обладающими наименьшим объемом) по сравнению с конструкциями из прочих материалов (железобетона и дерева). Большим преимуществом является заводское, индустриальное изготовление М. к., простота их монтажа, возможность сооружения в любое время года, широкая приспособляемость к местным условиям в отношении перекрытия пролетов, строительных высот и пр. Недостатками М. к. являются повреждения от ржавления и недостаточная огнестойкость, что заставляет защищать их окраской и, в случае необходимости, малотеплопроводными материалами. Однако преимущества М. к. значительно покрывают их недостатки.

М. к. применяются: в промышленном строительстве, в промышленных зданиях, доменных цехах, газголдерах и резервуарах, мачтах и башнях для нужд радиосвязи, для передачи электроэнергии, размещения шахтных копров, приспособлений глубокого бурения и т. п.; в гражданском строительстве в каркасных зданиях и при перекрытии больших пролетов в общественных зданиях, стадионах, театрах, рынках, вокзальных перекрытиях, эллингах, ангарах и т. д.; в гидротехнич. строительстве, где оборудование подвижных и разборчатых плотин делается из металла; в транспортном строительстве в мостах, эстакадах (см.) и т. д. Несмотря на все свое разнообразие, М. к. представляют единую конструктивную общность, составляя по существу различные комбинации немногих конструктивных элементов, которыми являются: сплошной элемент, работающий на изгиб, — балка (см.), сквозной элемент, работающий в целом преимущественно на изгиб, — ферма (см. Фермы), и элемент, работающий на осевую силу, преимущественно на сжатие и на изгиб, называемый колонной, стойкой или рамным элементом. Самостоятельный стержень, работающий на растяжение (не входящий в состав фермы), в М. к. применяется редко в виду его малой жесткости и конструируется обычно из каната или тяжа. Весьма ограниченно, только в резервуарах и других т. н. листовых М. к., применяется в качестве несущей конструкции пластина, лист, что объясняется малой толщиной, а потому малой жесткостью и устойчивостью металлич. листов. По этой же причине в металле почти не развиты сплошные пространственные оболочки, столь распространенные в железо-бетоне и дереве. Однако в М. к. фермы и балки могут принимать самые разнообразные пространственные сочленения, устойчивые и неизменяемые только в своем пространственном комплексе.

Сопряжения М. к. изготовляются на заклепках и сваркой. В таких конструкциях, как мосты, тяжелые балки, гидротехнические конструкции, более распространена клепка. В более легких конструкциях (промышленные и гражданские здания, башни, мачты и т. д.), а также в листовых резервуарных конструкциях больше распространена сварка. Оптимальность компановки М. к. определяется соответствием их формы и размещения условиям эксплоатации сооружения, возможно меньшей затратой материала, наименьшей трудоемкостью, а потому наименьшей стоимостью и временем изготовления, возможно большей быстротой и простотой возведения, наилучшей перевозимостью, четкой и красивой внешностью. При комплексном разрешении этих вопросов в тесной связи с архитектурными и технологии, требованиями сооружения особенно должен быть выдвинут принцип концентрации материала, сводящийся к разрешению конструктивной проблемы минимальным числом элементов. Принцип этот, приводящий к укрупнению элементов, оказывается выгодным в отношении экономии материала, благодаря БСЭ1. Металлические конструкции 2.jpgРис. 2. Подкрановая эстакада мартеновского цеха.уменьшению конструктивного коэффициента (отношение фактически затраченного материала к теоретически нужному), в отношении трудоемкости и быстроты монтажа. Предел концентрации ставится: 1) транспортными условиями (перевозимостью элементов), 2) схемой организации работ и 3) оптимальными весовыми соотношениями элементов. Типизация и стандартизация в первую очередь распространяются на очертания и схемы отдельных элементов, приводя их к наиболее простым и отвечающим условиям изготовления типам, затем на детали и соединения, особенно на те стыковые места, где соприкасается продукция различных производств, напр., прогоны и кровля, крановые мосты и подкрановые балки, базы колонн и фундаменты, фахверк (см.) и заполнение стен и т. д. Принципы концентрации материала, типизации и стандартизации являются особенно важными в эпоху индустриализации строительства и потому сейчас наиболее действенными.

М. к. промышленных зданий состоят из ряда поперечных рам (рам цеха), располагаемых на БСЭ1. Металлические конструкции 3.jpgРис. 3. Большепролетный ангар.расстояниях, к-рые определяются технологическими и весовыми условиями (рис. 1). Рамы конструируются с ригелем, жестко связанным с колоннами, что значительно уменьшает поперечные деформации рам. Колонны при наличии крановой нагрузки (что является типовым случаем) конструируются обычно сплошными, чаще всего различного сечения в своей верхней и нижней части. Очень широкие колонны при тяжелой крановой нагрузке конструируются сквозными. В продольном направлении рамы цеха связываются подкрановыми балками (рис. 2), продольными связями и фахверком стен. Ригели и стропильные фермы поддерживают кровлю, располагаемую на прогонах, и конструкции фонарей (см. Фабрично-заводское строительство). Основой М. к. гражданских каркасных зданий (см. Каркасные постройки) являются колонны, поддерживающие балочную клетку перекрытия. Для восприятия ветровой, горизонтальной нагрузки служат ветровые связи, располагаемые в плоскостях стен, по возможности не имеющих проемов, и связывающие соседние колонны. Удобно размещение связей в центре башни небоскреба у шахт лифтов или по углам здания. Все прочие колонны остаются свободными.БСЭ1. Металлические конструкции 4.jpgРис. 4. Башня электропередачи. Свободные сопряжения с балочной клеткой перекрытия состоят в простом опирании балок, что ведет к исключительной простоте монтажа. В европейской практике весьма распространены составные колонны из двух швеллеров, значительно более трудоемкие; сопряжение балок с такими колоннами состоит в просовывании балок и в заклинивании в случае рамного сопряжения.

М. к. для большепролетных гражданских зданий весьма различны в зависимости от очертания здания в плане и его назначения, передачи. Рынки, вокзальные перекрытия, эллинги, выставочные прямоугольные здания, требующие большой высотности, перекрываются обычно арками, дающими эффектный интерьер (см.), весьма необходимый для этих зданий. Арки конструируются трех- или двухшарнирные, с размещением шарниров на уровне пола или несколько выше, что часто дает более удачный габарит внутреннего помещения и выгодно для конструкции. Многопролетные сооружения часто проектируются в виде аркад (см.). Не имея крановых путей, и при своей большой высоте арки, с точки зрения наивыгоднейшего веса конструкции, должны располагаться достаточно далеко друг от друга, что для сохранения должной устойчивости во время монтажа приводит к спаренным аркам. Общественные здания часто перекрываются куполами (см.). Ангары и гаражи являются большепролетными сооружениями малой высоты. Основная схема М. к. для ангара — рамная портальная ферма, на к-рую опираются фермы перекрытия (рис. 3). Портальная ферма связана с мощной горизонтальной фермой, воспринимающей лобовое давление ветра на ворота. В гаражах прямоугольность внутреннего габарита является менее обязательной, и там, кроме рамных решений, имеющих достаточно большие температурные напряжения, применяются низкие трехшарнирные арочные фермы. БСЭ1. Металлические конструкции 5.jpgРис. 5. Радиомачта на среднем воротнике.

Мачты и башни представляют по затрате металла очень большую долю М. к. Мачты электропередач конструируются в СССР башенного или дискового типа и разделяются на промежуточные, плоские и угловые и опорные, воспринимающие горизонтальные нагрузки. Они являются серийным изделием, поэтому вопросы трудоемкости их изготовления являются очень существенными, что сказывается на новейших типах мачт (рисунок 4), имеющих простые прямолинейные очертания. Радиомачты по своей большой высоте (200—300 м и выше) являются весьма ответственными сооружениями. Наиболее распространены мачты на оттяжках, самые простые по конструкции, но требующие очень много места на размещение оттяжек. Более совершенным типом является мачта с центральным воротником; она весьма компактна по конструкции и удобна в технологич. отношении (рис. 5). Реже применяются жесткие башни, представительницей к-рых является Шаболовская башня; по затрате металла она является наименее выгодной, но требует для своего размещения наименьшего места. Башни буровых вышек имеют весьма стандартную и серийную конструкцию пирамидального типа, с простейшим в американских конструкциях крестовым (из тяжей) заполнением; в Советском Союзе приняты более совершенные типы, составленные из дисков. — Башни шахтных копров работают на значительные горизонтальные усилия от натяжения канатов, что приводит к устройству специальных укосин. Водопроводные башни под резервуары работают преимущественно под вертикальную нагрузку и состоят из ряда солидных стоек, связанных легкой решоткой. Здесь с успехом применяются башни Шухова гиперболич. типа, состоящие из перекрестной решотки, расположенной по образующим гиперболоида. Конструкция эта весьма проста в изготовлении, но достаточно трудоемка. М. к. в других областях техники см. Доменное производство, Металлические мосты.