Разнообразие металлоконструкций — под стать областям нашей жизни, где они применяются. Крупные изделия, в основном несущие металлоконструкции, обычны для строительства и объектов архитектуры больших форм: примером его является монумент «Родина-мать» в Киеве, высотой превосходящая знаменитую статую Свободы в Нью-Йорке (102 метра против 93-х); создание последней также обязано своим успехом применению металлоизделий. Металлоконструкции больших габаритов применяются также в машиностроении, авиационной, автомобильной и других промышленных отраслях. Что же до сфер применения мелких металлоконструкций, то перечислить их и дать сколь-нибудь полное описание металлоконструкций такого рода невозможно из-за колоссальности их числа. Из тех же, что ближе всего нам в быту, назовем здесь производство бытовой электротехники, мебели и т. д.
Каждое ценное качество металлоконструкций обуславливает гигантскую гамму их применений. Так, их прочность позволяет не только создавать на основе несущих металлоконструкций гигантские конструкции типа пролетов мостов или арочных виадуков, но и обеспечивать равномерное распределение нагрузок на сооружения, созданные на их основе, а также выполнять защитную функцию. Вот почему только благодаря этим поистине незаменимым изделиям создаются огромные выставочные павильоны, помещения зерно- и овощехранилищ, складских комплексов; они служат несущими элементами куполов стадионов, бассейнов, торговых комплексов и рынков; им обязана своей легендарной прочностью военная техника (танки, бронетранспортеры и мн. др.), спасающая жизни людей в боевой обстановке.
Активное применение различных видов металлоконструкций в сфере строительства объясняется множеством факторов. В первую очередь — сокращением и упрощением процесса возведения объектов в сравнении с другими методами строительства. Прочные и надежные конструкции являются частью несущих каркасов, фасадов и кровель, равномерно распределяя нагрузки на здание, а также выполняя защитную функцию. Стоит отметить, что различные виды металлоконструкций в строительстве применяются не только для монтажа быстровозводимых сооружений, но и для возведения железнодорожных мостов, систем коммуникаций, небольших архитектурных форм и т.д.
Что же представляют собой металлоконструкции?
Под металлоконструкциями, сокращенно МК, принято понимать разнообразные конструкции из металлов и сплавов, используемые в различных отраслях человеческой деятельности, главными из которых по праву считаются машиностроительная и строительная. В первой под металлоконструкциями понимают детали, изготовленные из металлического профиля, в противовес деталям из металла, получаемым литьем и ковкой; во второй — несущие элементы строений, материалом которых является в основном наиболее прочный в семействе металлов — сталь.
Металлоконструкции по самому своему определению предполагают их применение в качестве конструктивных элементов неких системно организованных объектов, собираемых из них как из конструктора на основании проекта и чертежей, исполненных согласно ему, в большинстве своем сегодня — методом компьютерного 3D-моделирования. Такое строительство — это оптимальный способ сэкономить денежные средства без ущерба качеству итога: ведь львиная доля ответственности за него приходится на элементы сборки, а способы их соединения (например, болтовое) — просты и мало обусловлены уровнем квалификации исполнителей работ.
Устройство металлоконструкций в зависимости от их разновидности и задач может быть простым и сложным. Простое устройство металлоконструкций обычно там, где объект строительства возводится из множества идентичных мелких модулей одного или, по крайней мере, небольшого числа типов — к примеру, при сборке купола крытого рынка или бассейна. Сложное устройство металлоконструкций обычно для случаев, когда перед строителями стоит задача ускоренной сборки объекта — он в таком случае собирается не поэлементно, а блочно.
Виды металлоконструкций и их особенности
Особенности металлоконструкций определяют их применимость. Из числа видов металлоконструкций наиболее востребованы стойки, колонны и балки перекрытий. Главная сфера их применения — строительство зданий и промышленных объектов; в машиностроительной сфере они применяются реже. Главными объектами, создаваемыми посредством сборки из металлоконструкций, являются металлические каркасы, относимые к классу несущих (опорных) конструкций. Виды металлоконструкций здесь могут иметь различную форму — плоскую, выгнутую, купольную, и применяются в широчайшем спектре отраслей нашей жизни — от промышленности и сельского хозяйства до сферы массовых зрелищ — спортивных, концертных и т. д. В эпоху тотального распространения мобильной связи из них повсеместно собирают ее ретрансляторы. Первые каркасы, собранные из металлоконструкций, были применены еще в XIX веке. Сегодня строения на их основе все более вытесняют капитальные строения, построенные обычным способом.
Еще одним популярнейшим видом металлоконструкций крупных габаритов являются опоры и эстакады мостов и наземных переходов. Сюда же уместно отнести незаменимые в строительстве балки.
Большинство видов металлоконструкций производится крупносерийно на основе международной системы стандартов, использование которой гарантирует совместное применение изделий различных предприятий и даже государств для решения единой конструктивной задачи. Сырьем для производства металлоконструкций служат чугуны, стали, цветные металлы и их сплавы. В производстве металлоконструкций весьма част алюминий, не столь прочный как сталь, но обладающий гораздо меньшим весом, что в ряде случаев делает его незаменимым. Основой металлоконструкций является металлопрокат, обработка которого производится холодными методами — гибкой, резкой, сверлением, — до полной готовности деталей к сборке.
Прочность металлоизделий, получаемых сборкой металлоконструкций, определяется, свойствами металла, из которого они изготовлены, и способа /способов их соединения — сварного, штамповочного, болтового, ковочного или клепочного. Следует отметить, что ковка и клепка относятся к числу весьма специфических и редких — промышленного значения они лишены.
Классифицируя металлоконструкции, их делят на группы по множеству критериев: технологии изготовления (литые, штампованные и т.д.), конфигурации, габаритам и т. д. В практическом плане огромную роль играет деление металлоконструкций по сферам их применения.
Классификация конструкций по элементному составу подразделяет их на простые и сложные металлоконструкции. Простые — это конструкции образованные небольшим числом элементов (в пределе — одним), а сложные металлоконструкции — это конструкции многоэлементные, а также и сложно организованные. Применение сложных металлоконструкций нередко там, где собирать сложные структуры из простых элементов нет возможности — тогда на место завозят многоэлементные блоки и быстро монтируют изделие из них.
Классификация металлоконструкций по типу использования различает три их типа: цельнолитые, рассчитанные на стационарное применение; сборно-разборные – конструкции, применяемые для многократной сборки-разборки объектов с целью их переноса в иные места эксплуатации; трансформируемые – подобные предыдущему типу, но позволяющие при всяком очередном монтаже создавать сооружения иные по форме и размерам (такими свойствами обладает конструктор в его классическом, «детском» виде).
Классификация металлоконструкций по назначению различает две их огромные группы: несущие металлоконструкции, к числу которых относятся конструкции каркасные, формирующие остов (несущую основу) сооружений; и ограждающие, к которым относят сэндвич-панели, панели, фасадные и разного рода запорные устройства и ограждения.
Классификация металлоконструкций по роду материала делит их на чугунные (по свовокупности марок чугунов), стальные (по совокупности марок сталей, в своем преимуществе низколегированных и углеродистых), а также изготовленные из цветных металлов и сплавов таковых.
Классификация металлоконструкций по методу изготовления и сборки различает конструкции: сварные — получаемые по технологии сварки элементов; штампованные — получаемые штамповкой из металлических листов всплошную; болтовые/винтовые — изготавливаемые посредство скрутки и стяжки болтами или винтами; кованые — производимые путем горячей ковки; клепаные — изготавливаемые посредством клепки; комбинированные — все виды совместного применения разных методов соединения элементов в одном изделии — сварно-литые, сварно-болтовые и т. д.
Достоинства и недостатки современных металлоконструкций
Металлоконструкции, производимые в наши дни, обладают большим числом достоинств, но, бесспорно, важнейшее из них — высокая стойкость к механическим воздействиям и нагрузке, имеющая значение во всех без исключения областях применения. Другим их достоинством является стойкость к воздействиям внешней среды — атмосферным (влага воздуха, температурные перепады) и антропогенным (ряд химических агентов, присутствию которых в атмосфере способен противостоять металл). Оба эти качества — прямые следствия структурных особенностей металла, сообщающих ему не только надежность в использовании, но и долговечность: металлоконструкции порою служат людям без ремонта и обслуживания десятки лет. Описания металлоконструкций, являющих пример такого служения, не нужно долго искать: достаточно вспомнить здесь Эйфелеву башню.
Из числа недостатков металлоконструкций главный — их подверженность действию корродирующих агентов. Простейшим его примером является ржавление стали — образование на ее поверхности рыхлой пленки оксида железа под соединенным действием кислорода воздуха и воды. Еще более сильным разрушающим действием на металл обладают некоторые промышленные газы.
Простейший способ продлить жизнь изделий из металла — их покраска, снижающая деструктивное действие среды; не меньшую эффективность имеют в этом плане эмалирование, цинкование (как род так называемой протекторной защиты: механическая защита + защита электрохимическая) и покрытие металлоконструкций полимерными пленками (ПВХ, полипропилен и т. д.).
Одним из наиболее мощных способов защиты металлоконструкций является их порошковая покраска — способ нанесения на поверхность металлоизделий красителя в виде порошка. Окраска изделий этим методом проста и надежна, чем и объясняется ее высокая популярность.
И, разумеется, главным способом подавления коррозионных процессов в металле металлоконструкций является легирование — введение в сплавы добавок, снижающих коррозию. Самым известным продуктом такой обработки являются нержавеющие стали, железная основа которых защищается присутствием в составе их никеля и хрома.