Строительные металлоконструкции: виды и расчёт¶

Строительные металлоконструкции — это несущие и ограждающие элементы зданий и сооружений, изготовленные из стали или алюминиевых сплавов и собираемые на площадке из заводских заготовок. Они относятся к классу строительных конструкций, работающих преимущественно на изгиб, сжатие и растяжение, и применяются при возведении каркасов, перекрытий, покрытий, мостов, эстакад и технологических площадок. Основные преимущества металлоконструкций — высокая прочность при малой массе, индустриальность изготовления и скорость монтажа; главные ограничения — коррозия, низкая огнестойкость и повышенные требования к расчёту.

¶Классификация по назначению

По функциональному признаку выделяют несколько групп:

• Несущие каркасы — колонны, балки, фермы, рамы, образующие остов здания.
• Ограждающие конструкции — стеновые панели, профилированные листы, кровельные настилы.
• Листовые конструкции — резервуары, бункеры, газгольдеры, мембранные покрытия.
• Инженерные сооружения — мосты, опоры ЛЭП, антенно-мачтовые устройства, эстакады.
• Вспомогательные элементы — связи, прогоны, лестницы, площадки обслуживания.

¶Виды по конструктивной схеме

¶Балки и балочные клетки

Балка работает на поперечный изгиб. Различают прокатные (двутавр, швеллер, уголок) и составные сварные балки, применяемые при больших пролётах и нагрузках. Балочная клетка — система пересекающихся балок, передающая нагрузку на колонны.

¶Фермы

Ферма — решётчатая стержневая система, в которой элементы работают преимущественно на осевые усилия. По очертанию поясов различают треугольные, трапециевидные, полигональные и параллельные фермы. Применяются в покрытиях больших пролётов и мостах.

¶Колонны и рамы

Колонны воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки; бывают центрально- и внецентренно-сжатыми, сплошностенчатыми или сквозными (двухветвевыми). Рамы объединяют колонны и ригели в жёсткую или шарнирную систему.

¶Пространственные конструкции

К ним относят купола, структурные, вантовые и мембранные системы, перекрывающие пролёты без промежуточных опор.

¶Материалы и профили

Основной материал — низкоуглеродистые и низколегированные стали (например, классы С245, С345), реже — алюминиевые сплавы. Используются горячекатаные и гнутые профили, трубы, а также сварные двутавры. Соединения выполняют сварными, болтовыми (в том числе высокопрочными) и заклёпочными.

¶Основы расчёта

Расчёт ведут по методу предельных состояний, различая две группы:

1. Первая группа — по несущей способности: прочность, устойчивость, усталостная долговечность. Условие прочности имеет вид σ = N/A ≤ Ry·γc, где N — усилие, A — площадь сечения, Ry — расчётное сопротивление стали, γc — коэффициент условий работы.
2. Вторая группа — по пригодности к эксплуатации: прогибы и перемещения, ограничиваемые нормами.

Порядок расчёта включает сбор нагрузок (постоянных, временных, снеговых, ветровых), статический расчёт схемы, подбор сечения и проверку устойчивости. Для сжатых элементов критична потеря устойчивости, поэтому учитывают гибкость λ и коэффициент продольного изгиба φ. Сварные и болтовые соединения проверяют на срез, смятие и растяжение.

¶Защита и эксплуатация

Для защиты от коррозии применяют окраску, горячее цинкование, металлизацию. Огнезащита выполняется обетонированием, облицовкой или вспучивающимися покрытиями. Долговечность конструкции определяется условиями среды и периодичностью осмотров.