Конструкции из металла в архитектуре и строительстве частных, промышленных и стратегических объектов применяются успешно и повсеместно. Швеллера, уголки, трубы, двутавры и сварные балки все чаще включают в проекты несущих объектов при строительстве зданий и сооружений, возведении ограждений и мобильных конструкций. Повсеместное применение металла объясняется его многочисленными преимуществами перед бетоном или древесиной в качестве конструкционного стройматериала.
Сооружения из металлоконструкций
Сооружения из сборных металлических конструкций легче, чем железобетонные, деревянные, кирпичные или каменные строения, даже выполненные на каркасной основе или в виде арок, колонн, пустотелых перекрытий. Небольшой вес металлических конструкций обусловлен высокой степенью прочности материала, несмотря на то, что любой черный металл или нержавеющие стали в три раза тяжелее камня или бетона, в десять раз тяжелее древесины. Удельную прочность низкоуглеродистой стали (м²/с²) можно приравнять к удельной прочности древесины. Этот параметр у металла намного выше, чем у бетонных элементов и сооружений. Еще одно преимущество металлических конструкций – жесткость материала, благодаря которой сечение деталей в металлоконструкции может быть минимальным с сохранением гарантированной прочности объекта.
Сборные конструкции, в которых применяется сварная балка или швеллер, изготавливаются в промышленных условиях – для индивидуального строительства этот единичный процесс будет дорогостоящим. Промышленное изготовление сборных конструкций облегчается внедрением унификации и типизации узлов и деталей, поэтому производство становится крупносерийным и ставится на поток.
Стальные сборные или сварные конструкции применяются для сборки каркасов тяжелых строительных объектов, производственных металлургических цехов, причальных сооружений и конструкций с множеством длинных и широких пролетов, в частности:
- Для сборки каркасов из сварных балок в объектах гражданского (высотки, объемные пролеты ангаров и торговых площадей, крыш стадионов и выставочных площадей, трамплинов мачт теле-и радиовещания, радиотелескопов, водонапорных башен, и т.д.);
- Промышленное строительство РФ автомобильных и ж/д переходов, мостов, тоннелей и виадуков, при прокладке воздушных путепроводов;
- В объектах специального или стратегического назначения (порты, нефтяные вышки, крекинг-установки, резервуары для хранения обычных или агрессивных жидкостей и газов, доменные печи, трубные магистрали высокого давления);
- В подвижных конструкциях (башенные краны, краны для перегрузки контейнеров, крановые мосты, горные или дорожные мосты).
Широкий ассортимент горячекатаных, сварных и холоднокатаных изделий и конструкций из них выпускается на российских предприятиях. Этому способствует унификация и стандартизация в соответствии с принятыми единицами измерения и других технических параметров согласно ГОСТ Р 56470-2015, ГОСТ 23118-2012, ГОСТ 23945.0-80, ГОСТ 24369-86, отраслевых и региональных стандартов и технических условий (ТУ).
- Сварные балки часто применяют при разработке типовых проектов мартеновских цехов, доменных конструкций, вышек, мостовых пролетов мостов, газгольдеров, опор ЛЭП;
- Предприятия по сборке металлоконструкций направлены на изготовление металлических колонн для малоэтажных промышленных объектов, в которых не используются мостовые кранов, или монтируются краны с грузоподъемностью до 50 тонн;
- Сварные балки используют для сборки ферм с длиной пролета 18-36 метров, металлических стоек фахверков, подкрановых балок, подвесных путепроводов, эстакад открытого типа для кранов, транспортных галерей, рам и переплетов для окон и дверей, панелей и перегородок для возведения стен в жилищном и промышленном строительстве, ворот и ограждений, лестниц и лестничных площадок.
Способы резки металла
Выполняется изготовление сварных балок элементов конструкций при помощи сварки, также металл режется механическим способом – мехножницами, пилами, гильотинами.
- Огневая резка – это плавление металла от воздействия тепла электродуги или пламени газовой горелки;
- Химическая резка – это сжигание металла в струе кислорода, перемещаемой по заранее намеченному контуру.
Резка сваркой – это быстрая обработка толстых изделий из металла без нарушения структуры в точке реза. Сварка – единственный надежный и качественный способ резки по кривой линии, но использование разрешено только для низко- и среднеуглеродистых сталей, а также для немногих легированных сортов. Алюминиевые, медные и другие цветные сплавы таким способом резать нельзя из-за высокой степени окисления реза.
Суть соединения сваркой – молекулярная диффузия жидкого металла и электрода (или припоя) с кристаллизацией при остывании места сварки или резки. Плавится сталь от химического тепла (газосварка) или дуги (электрическая сварка). И газо-, и электросварка бывает ручной, автоматической и полуавтоматической.
В современных строительных работах основным методом сборки металлоконструкций считается электросварка – объем работ со сваркой достигает 95% от общего объема сборки промышленных или производственных конструкций. Сварочные операции на 10-15% экономят металл по сравнению с болтовыми и клепаными соединениями, минимизирует трудозатраты и количество метизов, гарантирует надежность соединения в широком диапазоне нагрузок и режимов эксплуатации сооружений.
Монтаж металлоконструкций в общем виде состоит из следующих основных этапов: подготовительные работы; приемка и складирование конструкций, изготовляемых на заводе; укрупнение конструкций в монтажные блоки; собственно монтаж, т. е. установка конструктивных элементов (монтажных блоков) в проектное положение. Методы и способы монтажа весьма разнообразны и определяются монтажными машинами и механизмами, характером и конфигурацией сооружений, размерами и формами монтажных блоков.
сварные конструкции обладают и другими преимуществами по сравнению, например, с балками, при производстве которых использовался метод горячей прокатки.
- Сварные балки имеют меньший вес, причем разница эта может достигать 20%. А это значит, что и нагрузка на всю конструкцию (например, на фундамент здания, если сварные балки используются при строительстве) будет меньше.
- Стенки и полки сварной балки могут изготавливаться из разных марок стали, что невозможно при производстве горячекатаных балок.
- Сварные балки, в отличие от горячекатаных, могут быть и несимметричными.
- При изготовлении сварной балки металл экономится не только за счет отсутствия различных крепежных элементов, но и за счет того, что балка изначально делается нужной длины, что снижает количество отходов.
Если же сравнивать качество, то сварная балка не менее прочна и надежна, чем горячекатаная, так как каждый производитель подвергает 100% своей продукции различным испытаниям на прочность, включающим в себя, например, неразрушающий контроль с помощью ультразвуковой аппаратуры.