Область применения металлических конструкций

Материалом для строительных конструкций могут служить сталь, железобетон, алюминиевые сплавы, дерево и пластмассы. Рациональное разграничение областей применения этих материалов является одним из путей снижения стоимости строительства.

Основными критериями для выбора материала являются: приведенные затраты, вес, соответствие требованиям эксплуатации, экономия дефицитных материалов.

Требования экономии стали в течение длительного времени являлись определяющими для установления области применения стальных конструкций, при этом часто недостаточно учитывались весовые и стоимостные показатели. Весьма важным требованием является снижение веса конструкций. Для подвижных конструкций это условие является главным.

Характеристикой влияния веса на несущую способность конструкции является отношение расчетного сопротивления материала к его объемному весу R/γ. Этот показатель, имеющий размерность м, равен для стали 2 680 м, для высокопрочной стали {С75} 7650 м, для алюминиевого сплава {Д-16} 9000 м, в то время как для дерева он равен 2200 м и бетона 420 м. Таким образом, металл является одним из наиболее рациональных строительных материалов с точки зрения использования веса для восприятия силовых воздействий.

При установлении области применения конструкций из различных материалов должны учитываться специфические свойства каждого материала. Так, железобетонные конструкции наиболее выгодны при преимущественной работе на сжатие и поэтому могут быть наиболее рационально использованы в колоннах или пространственных конструкциях покрытий. Применение железобетона в фермах и балках менее рационально, особенно при больших пролетах, где нагрузка от собственного веса может быть весьма значительной.

В течение последних лет институтами НИИЭС, ДНИИСК, ЦНИИПромзданий и Проектстальконструкция были проведены обстоятельные работы по технико-экономическому анализу применения железобетона и стали для конструкций промышленных зданий. В результате этих работ составлены рекомендации по определению рациональных границ применения стальных и железобетонных конструкций в каркасах промышленных зданий. Область применения стальных конструкций за последнее время значительно расширена действующими «Техническими правилами по экономному расходованию стали, леса и цемента в строительстве» {ТП 101—65}.

Стальные фермы разрешается применять для здания трапециевидного очертания пролетом более 24 м. Указанное ограничение не распространяется на горячие цехи, здания с большими динамическими нагрузками, на неотапливаемые здания с кровлей из асбестоцементных листов, а также на каркасы и несущие конструкции многоэтажных производственных зданий.

Применение легких кровель из алюминия, стальных штампованных настилов и асбестоцементных материалов в сочетании с эффективными утеплителями, как показали последние исследования, приводит к рациональному использованию стальных ферм для пролетов 24 м не только по стоимости, но и по расходу стали. К значительному {до 30—40%} снижению расхода металла приводит применение высокопрочных сталей, что также расширяет область применения стальных конструкций. С другой стороны, внедрение пространственных тонкостенных железобетонных конструкций может привести к резкому уменьшению их веса и стоимости. Область малых пролетов, очевидно, останется за железобетонными балочными конструкциями.

Применение стали, железобетона и дерева в других типах сооружений «Техническими правилами» не регламентируется и должно оправдываться условиями соответствия эксплуатации и экономическими соображениями. В большепролетных сооружениях выбор материала для несущих конструкций должен сопровождаться обязательным сравнением вариантов. Для этих сооружений применение железобетона в арочных или купольных конструкциях может быть оправдано экономическими соображениями. Применение в таких сооружениях стали и алюминия также может быть эффективным, особенно при использовании вантовых конструкций.

Доменные комплексы, резервуары, трубопроводы представляют собой в основном область стальных листовых конструкций. Железобетон применяется в резервуарах для хранения воды и некоторых {не светлых} продуктов нефтепереработки. Расширяется область применения железобетона в ненапорных и напорных водоводах.