Номенклатура и область применения металлических конструкций
Министерство науки и высшего образования РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. С.М. Кирова»
_________________________________________________________
Институт ландшафтной архитектуры, строительства и обработки древесины
Кафедра строительства и планировки населённых пунктов
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по дисциплине «История архитектуры и строительной отрасли»
По теме «История применения металлических конструкций в строительстве»
Выполнил:
Студент направления подготовки 08.03.01
“Строительство”
Курс 1 заочное отделение
Муравьев И.А.
зЛАб-СТР-19-1,
Зачетная книжка № 419615
Санкт-Петербург
2020 г.
Содержание
Введение. 3
1. История развития металлических конструкций в России. 4
2. Номенклатура и область применения металлических конструкций. 8
3. Достоинства и недостатки металлических конструкций. 12
Список используемых источников. 14
Список иллюстраций. 15
Альбом иллюстраций. 16
Введение
Металлические конструкции сегодня являются одним из самых популярных удобных и востребованных материалов. С развитием металлургической промышленности растет объем и номенклатура металлических изделий в строительстве и особенно ассортимент из алюминия.
|
|
|
В наше время возведение инженерного сооружения немыслимо без использования металлоконструкций. Они стали важнейшим строительным элементом. Из стального проката возводят каркасы промышленных и гражданских зданий, мосты, изготовляют арматуру для железобетона, кровельную сталь, трубы, а также различные металлические изделия, заклепки, болты, гвозди, шурупы. Различный профиль алюминия используют для изготовления несущих и ограждающих конструкций. Широкому использованию металлов в строительстве способствует ряд их ценных технических свойств: высокая прочность, пластичность, повышенная теплопроводность, электропроводность и свариваемость. Наряду с этим металлы, и особенно сталь и чугун, при действии различных газов и влаги сильно коррозируют и требуют специальной защиты.
Со временем планируется значительное увеличение несущих способностей металлоконструкций и матоллоэлементов. Для этого ведутся разработки по упрощению их соединения, путем применения без болтовых соединений. В будущем будут использоваться новые материалы для производства металлоконструкций, стойких к коррозии и агрессивному воздействию окружающей среды. Также планируется создание более компактных форм, для удобства транспортабельности металлоконструкций.
|
|
|
История развития металлических конструкций в России
Уровень развития металлических конструкций определяется, с одной стороны, потребностями в них народного хозяйства, а с другой – возможностями технической базы: развитие металлургии, металлообработки, строительной науки и техники. Исходя из этих положений история развития металлических конструкции может быть разделена на пять периодов.
Первый период (с XII века до начала XVII века). Металл применяли давно с ХII века в уникальных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах, и т. д.) в виде затяжек и скреп для каменной кладки. Затяжки выковывали из кричного железа и скрепляли через проушины на штырях. Первой такой конструкцией являются затяжки Успенского собора во Владимире (1158 г.). Покровский собор (1560 г.) в Москве – первая конструкция, состоящая из стержней, работающих на растяжение, изгиб и сжатие. Там затяжки, поддерживающие пол и потолок, укреплены для облегчения работы на изгиб подкосами. Конструктор уже в то время знал, что для затяжки, работающей на изгиб, надо применить полосу, поставленную на ребро, а подкосы, работающие на сжатие, лучше делать квадратного сечения (см.рис.1). Позднее этот процесс был вытеснен пудлингованием[1].
|
|
|
Период второй (от начала ХVII века до конца ХVIII века), связан с
применением наклонных стропил и использованием метала в купольных пространственных конструкций глав церквей. Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замок и скрепы горной сваркой. Конструкция такого типа сохранились до наших дней. Примерами служат: каркас купола колокольни Ивана Великого (1603 г.); перекрытие Большого Кремлевского дворца в Москве (1640 г.); перекрытия пролетом 18 м над трапезой Троицко-Сергиевского монастыря в Загорске (1696-1698 гг.); каркас купола Казанского собора в Санкт-Петербурге пролетом 15 м (1805 г.) и другие.
Третий период (от начала XVIII века до середины XIX века). С начала XVIII стали осваивать процесс литья чугунных стержней и деталей. В этот период строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий. Соединения чугунных элементов осуществляются на замках или болтах. Первой чугунной конструкцией в России считается покрытие крыльца Невьянской башни на Урале (1725 г.). В Санкт-Петербурге в 1784 г. выстроен первый чугунный мост.
|
|
|
Совершенства чугунные конструкции в России достигли в середине XIX столетия. Уникальной чугунной конструкцией 40-х годов XIX века. является купол Исаакиевского собора (см. рис 2), собранный из отдельных косяков (сегментов) в виде сплошной оболочки. Конструкции купола состоит из верхней конической части, поддерживающей каменный барабан, и нижней, более пологой[2] части образующей внутренний свод. Наружная оболочка купола с помощью легкого железного каркаса опирается на чугунную конструкцию.
Чугунная арка пролетом 30 м применена в перекрытии Александрийского театра в Петербурге (1827-1832 гг.).
В 50-х годах XIX в. в Петербурге был построен Николаевский мост
(см. рис 3) с восемью арочными пролетами от 33 до 47 м. (являющийся самым крупным чугунным мостом мира).
Четвёртый период (с 30-х г. ХIХ века до 20-х г. ХХ века). В это время идёт быстрый технический прогресс во всех областях техники того времени и, в частности, в металлургии и металлообработке.
В начале ХIХ века кричный процесс получения железа был заменен более совершенным – пудлингованием.
В 30-х годах ХIХ века появились заклепочные соединения и дыропробивной пресс.
В 40-х годах был освоен процесс получения профильного металла и прокатного листа. В течение ста лет последующих лет все стальные конструкции изготовлялись клепаными. Сталь почти полностью вытеснила из строительной конструкции чугун, будучи материалом, более совершенным по своим свойствам (в особенности при работе на растяжение) и лучше подающимся контролю и механической обработке.
В России до конца ХIХ века промышленные и гражданские здания
в основном строились с кирпичными стенами и небольшими пролетами, для перекрытия которых использовались треугольные металлические фермы
(см. рис. 4)
В конце прошлого столетия применялись решетчатые каркасы рамно-арочных конструкции для перекрытий зданий значительных пролетов. Примерами являются покрытия Сенного рынка в Петербурге (1884 г.) пролетом 25 м, Варшавского рынка пролетом 16 м (1891 г.), покрытие Гатчинского вокзала (1890 г.) и др. Наибольшего совершенства рамно-арочная конструкция достигла покрытия дебаркадеров[3] Киевского вокзала (см. рис. 5) в Москве, построенного по проекту В.Г. Шухова (1913-1914 гг).
Во второй половине XIX в. значительное развитие получило металлическое мостостроение в связи с ростом сети железных дорог. Именно на строительстве мостов развивалась конструктивная форма металлических конструкций, совершенствовалась теория компоновки и расчета, технология изготовления и монтажа. Принципы проектирования, разработанные в мостостроении, были перенесены затем на промышленные и гражданские объекты. Основателями русской школы мостостроения являются известные инженеры и профессора С.В. Кербедз, Н.А. Белелюбский, Л.Д. Проскуряков.
Пятый период (с 20-х годов XX века по настоящее время). В начале ХХ века промышленные здания стали строить с металлическим каркасом, который поддерживал как ограждающие конструкции. Несущим элементом каркаса стала поперечная рама, состоящая из колонн и ригелей (стропильные фермы).
Дальнейшее развитие металлургии, машиностроения и других отраслей промышленности потребовало оборудования зданий мостовыми кранами. Сначала их устанавливали на эстакадах, но с увеличением грузоподъемности стало целесообразно строить здания с металлическим каркасом, поддерживающим пути мостовых кранов. Основным несущим элементом каркаса стала поперечная рама (см. рис.6).
К концу 40-х годов ХХ века клепаные конструкции почти полностью заменили сварными, более экономичными. Появляются низколегированные и высокопрочные стали. Кроме стали, начали использовать алюминиевые сплавы, плотность которых почти втрое меньше.
Создана сеть проектных и научно-исследовательских институтов,
занимающихся исследованием, проектированием и монтажом металлических конструкций (ЦНИИПСК, ЦНИИСК, ВНИПИПСК, ВНИКТИСК и др.).
Большое развитие получили листовые, высотные, вантовые, мембранные конструкции.
Только в период с 1930–1980 гг. объем металлостроительства увеличился в 20 раз.
Успехами в развитии металлических конструкций мы обязаны профессору Н.С.Стрелецкому, который 50 лет возглавлял школу металлостроения
Параллельно с развитием металлических конструкций в России, расширяется его использование и в западных странах. Первый чугунный мост в Англии (см. рис. 7) был построен через реку Северн в 1776-1779 гг., пролетом 30,6 м. А в 1889 г. строится Эйфелева башня (см. рис. 8) в Париже, высотой 300 м и многие другие сооружения.
Номенклатура и область применения металлических конструкций
Металлические конструкции применяются во всех инженерных сооружениях значительных пролетов, высоты и нагрузок. В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции 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.).
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 разделение 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, авиасборочные 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 сталежелезобетонные балки, объединяя 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. Для защиты от молнии над проводами размещают грозозащитные тросы. Высокое напряжение электрического тока, передаваемого по проводам, требует значительного удаления проводов друг от друга и от земли, поэтому высота опор составляет 20 - 40 м, а при переходе линии через препятствия может достигать 150 м и более.
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. Применяют резервуары различной формы и размеров с объемом, достигающим 200 тыс. м3. Среди них вертикальные цилиндрические, горизонтальные цилиндрические и сферические резервуары, резервуары с понтоном, с плавающей крышей и многие другие.
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 конструкциям 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.
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 90; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!