ГлавнаяСтатьи

Строительные металлы

Классификация металлов и сплавов, их Свойства. Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971 —1975 гг. предусмотрено увеличить выпуск металлопроката и труб с антикоррозионным покрытием и упрочняющей термической обработкой, а также холодостойких видов металла.

Одновременно должно быть значительно увеличено производство и расширен соргамент выпускаемых груб и строительных профилей из алюминиевых сплавов, что позволит наряду со стальными конструкциями широко применять изделия из легких сплавов, повысить производительность труда при производстве монтажных работ и снизить стоимость строительства.

Металлы в основном разделяются на черные (железо и его сплавы) и цветные (все другие металлы и их сплавы). Черные металлы и сплавы представлены сталью и чугуном, которые содержат, кроме железа, углерод, кремний, марганец, фосфор и серу. Сталь содержит в своем составе до 2%, а чугун — от 2 до 5% углерода. Наибольшее распространение в строительстве получила сталь углеродистая обыкновенного качества, которая является сплавом железа с углеродом. Кроме того, в ней имеется небольшое количество примесей кремния и марганца (0,06—0,02%). Такая сталь обладает достаточной прочностью и пластичностью, хорошо сваривается, подвергается прокату, штамповке, холодной и горячей обработке.

Для улучшения механических, физических или химических свойств в стали добавляют легирующие элементы— хром, никель, молибден, ванадий и т. д. Такие стали называют легированными. Однако следует иметь в виду, что чем выше содержание легированных добавок, тем дороже стоит сталь, поэтому легированные стали применяют только при изготовлении ответственных строительных конструкций.

Сталь низколегированная конструктивная содержит в своем составе до 1,8% легирующих добавок. Эту сталь используют при изготовлении особо ответственных металлоконструкций, которые подвергаются одновременно различным нагрузкам. Сталь легированную конструктивную применяют для конструкций, на которые систематически воздействуют большие динамические нагрузки. Эта сталь содержит до 8,35% легирующих добавок. Сталь высоколегированная, коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная содержит легирующих добавок более 8,35%. Эта сталь применяется в основном для изготовления различных ответственных конструкций (турбинные лопатки, клапана гидравлических прессов).

Чугун обладает высокой прочностью и хрупкостью, поэтому его применяют только в тех конструкциях, которые испытывают сжимающие напряжения (например, тюбинги для облицовки тоннелей метро). В состав чугуна также вводят легирующие добавки, значительно снижающие его хрупкость.

Цветные металлы и сплавы подразделяются по объемной массе на легкие и тяжелые. К легким относят сплавы на основе алюминия и магния, к тяжелым — сплавы на основе меди, никеля,, цинка, олова и свинца. Сплав меди со свинцом называют латунью, сплав олова с медью — бронзой.

Алюминий — легкий серебристо-белый металл, мягкий, пластичный, хорошо отливается, прокатывается, имеет повышенную стойкость к коррозии на воздухе за счет образования защитной пленки, высокую теплопроводность и электропроводность. Алюминий в строительстве применяют для отливки деталей, изготовления алюминиевой краски, фольги, электропроводов и пр. Для строительных изделий алюминий применяют в виде сплавов, в состав которых входят медь, магний, марганец, кремний и железо. Сплавы, состоящие из алюминия, меди, магния и марганца, носят название дюралюминия. Из алюминиевых сплавов изготовляют плоские и волнистые листы, прокатные, гнутые, клепаные и сварные профили и трубы. Область применения алюминиевых сплавов в строительстве с каждым годом возрастает.

Наиболее часто применяются в строительстве прокатные и штампованные изделия: прокат полосовой, прокат листовой (в том числе кровельная черная и оцинкованная сталь волнистого или плоского профиля), прокат круглый, прокат квадратный, сталь угловая — равнобокая и неравнобокая, двутавровые балки, швеллеры нормального и облегченного профиля, трубы стальные цельнометаллические и сварные, штампованные профили, применяемые в качестве балок, стоек и стержней ферм.

Довольно широко используемая в строительстве сталь углеродистая обыкновенного качества имеет сравнительно небольшую прочность, поэтому проектировщики вынуждены принимать меньшие расчетные напряжения. Большое сечение конструкций при этом повышает расход металла, а следовательно, и стоимость изделий из этой стали. При изготовлении элементов зданий и сооружений из легированных сталей проектировщики могут назначать‘большие расчетные напряжения и получать меньшие размеры сечений, что снижает расход металла и стоимость строительных изделий. Поэтому целесообразность применения того или иного вида стали определяют на основании тщательных-технико-экономических расчетов. Если в результате применения легированных сталей взамен стали углеродистой обыкновенного качества экономия в металле составит более 20%, то применение легированных сталей следует считать экономически оправданным.

Сварка металлов. Защита металлов от коррозии. Сварка — это процесс неразъемного соединения металлов путем их местного сплавления (при нагреве) или совместного пластического деформирования без нагрева (холодная сварка — давлением). Наиболее универсальна сварка плавлением: дуговая, электрошлаковая, газовая и газоэлектрическая. При дуговой сварке для расплавления металла используется тепловая энергия электрической дуги с температурой до 6000 °С, образующейся между свариваемым металлом и концом электрода.

Коррозией называется разрушение металлов, вызванное химическим или электрохимическим воздействием на них окружающей среды. Различают следующие виды коррозии: атмосферная, подводная, почвенная, газовая и микрокоррозия, возникающая в результате контакта двух металлов. Предохранение металлов от коррозии осуществляется в основном тремя способами: окраской, легированием и покрытием металлического изделия тонким слоем нержавеющего металла.

Технико-экономические показатели. Металлы широко применяются не только в строительстве, но и в самых различных областях народного хозяйства страны. Большое значение поэтому имеет проблема экономии металлов и замены их другими равноценными по физико-механическим свойствам материалами. В строительстве значительное распространение получили сборные железобетонные конструкции. Однако, по данным НИИЭС, в некоторых случаях стоимость зданий со стальным каркасом и железобетонными плитами перекрытий на 12—15% ниже стоимости зданий с железобетонным каркасом. При этом сроки возведения стальных каркасов в 1,5—2 раза меньше, чем железобетонных, а расход стали выше, чем в железобетонных каркасах, на 30—40%. По сумме приведенных затрат стальные конструкции каркасов оказываются на 8—12% эффективнее железобетонных. Сборные железобетонные колонны, как правило, экономичнее стальных как по расходу металла, так и по стоимости приведенных затрат. Однако при проектировании перекрытий с шагом колонн 12 м и более и с применением металлических ферм использование железобетонных колонн менее эффективно, чем стальных. Это объясняется необходимостью устройства поперечных и продольных температурных швов, установки до-полнительиых колонн, ферм и связей. Таким образом, применение металлических конструкций экономически оправдывается в зданиях с большими пролетами. Эффективность взаимозаменяемости материалов зависит от местных условий, цен и т. п. Расчеты показывают, что когда строительство ведется в труднодоступных районах, стальные конструкции, как правило, оказываются рентабельнее железобетонных. Однако если на здания или сооружения воздействуют агрессивные факторы, то более эффективным становится применение железобетона. Кроме того, при определении технико-экономической целесообразности использования того или иного материала в строительстве необходимо учитывать конструктивную форму сооружении, а также возможность индустриального изготовления деталей и осуществления скоростного монтажа зданий и сооружений.

В строительстве наряду с лесными и каменными материалами широко применяют металлы и изделия из них. Этому способствует ряд положительных технических свойств металлов: высокая прочность, пластичность, сравнительная простота обработки, возможности изготовления изделий разнообразных профилей и соединения их в конструкции сваркой, на болтах и заклепках. Отрицательными свойствами металлов являются их большая объемная масса, подверженность коррозии во влажной и агрессивной средах, значительные деформации при повышенных температурах и высокая стоимость.

Наша страна по объему производства металла занимает первое место в мире. Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 гг. предусмотрено обеспечить в 1980 г. производство стали в количестве 160—170 млн. т и готового проката — 115—120 млн. т. Несмотря на это, важным условием использования металлов в строительстве является его экономное расходование.

Механические свойства металлов характеризуются прочностью, упругостью, пластичностью, хрупкостью и выносливостью. Первые три свойства определяют при испытании образцов металла на разрыв.

На диаграмме по вертикальной оси откладывают величину растягивающей нагрузки, а по горизонтальной оси — соответствующее приращение длины образца. До определенного значения нагрузки Р1 сохраняется прямая пропорциональность между удлинением образца и приложенной нагрузкой. На диаграмме растяжения это условие сохраняется на участке от начала координат до точки 1 (участок 0—/). На этом участке сохраняются упругие деформации или упругость материала.

Упругостью называют свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешней нагрузки.

При незначительном повышении нагрузки до значения Р, образец начинает удлиняться, при постоянной величине нагрузки — сталь «течет», что соответствует на диаграмме горизонтальной площадке 2—3. Материал приобретает свойство пластичности.

Пластичностью (или статической вязкостью) называют свойство материала получать остаточные деформации после снятия внешней нагрузки.

Испытание на растяжение является основным при оценке механических свойств сталей, применяемых в строительстве.

Хрупкость — способность материала мгновенно разрушаться при незначительных деформациях. Так разрушается стекло.

Хрупкому разрушению стали способствуют: низкие температуры, динамический эффект нагрузки, усталость, наклеп и старение металла.

Выносливость металла — это способность сопротивляться разрушению под воздействием переменных величин напряжений при многократной их повторяемости. Пределом выносливости о,, 0 называют наибольшее напряжение; при котором материал выдерживает без разрушения заданное число циклов нагрузки.

Коррозия металлов и меры защиты от нее. Коррозией называют Разрушение металлов, вызванное химическим или электрохимическим воздействием на них окружающей среды. В результате коррозии безвозвратно теряется около 10—12% ежегодного выпуска черных металлов. Поэтому необходимо уделять особое внимание защите металлов от коррозии. Для защиты чаще всего применяют окраску лаками натуральными и синтетическими, нитроэмалью масляными красками. В последнее время для антикоррозионной зашиты металлов используют такие способы, как оцинкование, покрытие пластмассами, а также напыление тонкого слоя алюминия, цинка — металлизация. Наиболее надежный способ защиты металлов от коррозии — легирование, когда в сплавы металлов вводят специальные добавки.

Рис. 1. Диаграмма растяжения стали стадии работы стали:
0—1 — упругая; 2—3 — пластическая (текучесть): 3—4 — самоупрочнение; 5 — точка, соответствующая разрыву образца



Читать далее:
Покрытие полов рулонными, мастичными и плиточными материалами
Малярные и обойные работы
Теплоизоляционные работы
Кровли из рулонных и мастичных материалов
Кровли из асбестоцементных материалов, черепицы и листовой стали
Монтаж стальных конструкций промышленных зданий
Монтаж железобетонных конструкции промышленных зданий
Монтаж конструкции гражданских зданий
Методы и способы монтажных работ
Бетонные работы



Ваш отзыв