Металлоконструкции являются основой современного строительства. От промышленных гигантов и небоскребов до легких складов и эстакад — металл обеспечивает прочность, долговечность и скорость возведения. В этой статье мы подробно разберем, что такое металлоконструкции, какими они бывают, где применяются и как проектируются.
Что такое металлоконструкции?
Металлические конструкции (металлоконструкции, МК) — это общее название изделий и конструкций из металлов и различных сплавов, которые используются во всех сферах хозяйственной деятельности человека: в строительстве зданий и сооружений, в машиностроении, при создании механизмов и аппаратов .
В строительстве термин «строительные металлоконструкции» описывает несущие стальные элементы здания, которые формируют его каркас . В машиностроении под металлоконструкциями чаще понимают детали, изготовленные из профилированного металла, в отличие от литых деталей и поковок .
Виды металлоконструкций по материалу изготовления
Современные металлоконструкции подразделяются на две основные группы :
1. Стальные конструкции
Сталь — самый распространенный материал для несущих конструкций. Исходным материалом служат прокатные и гнутые профили, трубы и листы из строительных сталей .
Достоинства стальных конструкций:
-
Высокая прочность и эксплуатационная надежность
-
Способность эффективно работать на сжатие, растяжение и изгиб
-
Относительно небольшой вес по сравнению с железобетоном
Недостатки:
-
Подверженность коррозии (требуется защита)
-
Хладноломкость — ограничение использования в северных регионах без специальных легированных сталей
2. Конструкции из легких сплавов
Наибольшее распространение получили алюминиевые конструкции, реже используются титановые сплавы .
Достоинства:
-
Малый вес (алюминий в 3 раза легче стали)
-
Высокая коррозионная стойкость (часто не нуждаются в защитных покрытиях)
-
Долговечность и высокие декоративные свойства
Недостатки:
-
Высокая стоимость
-
Низкий модуль упругости (в 3 раза меньше, чем у стали)
-
Высокий коэффициент температурного расширения
Типы металлоконструкций по назначению
Металлоконструкции зданий и сооружений можно разделить на две большие категории :
Строительные конструкции
Это несущие элементы зданий и сооружений, которые воспринимают основные нагрузки. К ним относятся:
-
Каркасы зданий (колонны, балки, фермы)
-
Пролетные строения мостов
-
Опоры линий электропередач
-
Мачты и башни
Технологические конструкции
Это конструкции, обслуживающие производственные процессы :
-
Опоры под оборудование и трубопроводы
-
Бункеры и отстойники
-
Эстакады и рабочие площадки
-
Лестницы, стойки, ограждения
Конструктивные формы стальных конструкций
По расчетным моделям и конструктивному исполнению металлоконструкции делятся на :
Плоскостные конструкции
-
Балки — работают на изгиб, перекрывают пролеты
-
Колонны и стойки — вертикальные несущие элементы
-
Фермы — решетчатые конструкции для перекрытия больших пролетов с минимальным расходом материала
-
Рамы и арки — обеспечивают жесткость и устойчивость
Пространственные конструкции
-
Стержневые системы — объемные решетчатые конструкции (например, структурные покрытия)
-
Висячие системы — с гибкими или жесткими нитями (вантовые мосты, покрытия стадионов)
-
Листовые конструкции — резервуары, газгольдеры, трубопроводы, оболочки покрытий
Наиболее эффективны металлические конструкции для покрытий зданий и сооружений, так как металл отлично сопротивляется растяжению и изгибу . Покрытия могут выполняться из ферм, арок, оболочек и мембран.
Примеры уникальных объектов из металлоконструкций
Исторические шедевры
-
Эйфелева башня (Париж) — 300-метровая стальная башня, символ Франции
-
Шуховская башня (Москва) — телебашня в виде несущей стальной сетчатой оболочки
-
Купол Исаакиевского собора (Санкт-Петербург) — диаметром 22 метра, выполнен из металла
Современные российские объекты
-
Стадион «Фишт» (Сочи) — уникальная крыша сложной формы для Олимпиады-2014
-
«Лахта Центр» (Санкт-Петербург) — самый высокий небоскреб Европы, колонны из высокопрочной стали С440
-
Терминал D аэропорта Шереметьево — купол в форме трилистника диаметром 61 метр
-
Ледовая арена «Трактор» (Челябинск) — двухшарнирные арки пролетом 74,5 метра
-
Штаб-квартира Яндекса (Москва) — 14 тысяч тонн металлоконструкций
Проектирование и изготовление металлоконструкций
Проектирование стальных конструкций производится в два этапа :
-
Стадия КМ (конструкции металлические) — разрабатываются основные чертежи, выполняются расчеты по СП 16 (СНиП II-23-81*)
-
Стадия КМД (конструкции металлические деталировочные) — завод-изготовитель разрабатывает деталировочные чертежи, по которым производятся отправочные элементы
Изготовление стальных конструкций осуществляется строго по чертежам КМД с учетом технологических возможностей завода .
Способы соединения элементов
По характеру соединения элементов различают :
-
Сварные соединения — обеспечивают монолитность и герметичность
-
Болтовые соединения — позволяют собирать и разбирать конструкцию
-
Клепаные соединения — исторический тип, сейчас применяется редко
Преимущества металлоконструкций
Металлоконструкции обладают рядом неоспоримых достоинств :
-
Легкость — по сравнению с железобетоном вес значительно ниже, что экономит фундаменты
-
Высокая прочность и жесткость — способность выдерживать большие нагрузки
-
Быстрота монтажа — сборка из готовых заводских элементов в 1,5-2 раза быстрее монолитного строительства
-
Технологичность — точность изготовления на современном оборудовании
-
Всесезонность монтажа — можно строить при низких температурах
-
Гибкость архитектурных решений — возможность перекрывать большие пролеты без внутренних опор
Сфера применения
Металлоконструкции используются практически во всех сферах строительства и промышленности :
| Область применения | Типичные объекты |
|---|---|
| Промышленное строительство | Цеха, заводы, ангары, склады |
| Гражданское строительство | Торговые центры, офисные здания, стадионы |
| Транспортная инфраструктура | Мосты, эстакады, тоннели, вокзалы, аэропорты |
| Энергетика | Опоры ЛЭП, подстанции, мачты |
| Сельское хозяйство | Зернохранилища, теплицы, навесы |
| Нефтегазовая отрасль | Трубопроводы, резервуары, буровые платформы |
В жилищном строительстве активно развиваются технологии ЛСТК (легкие стальные тонкостенные конструкции) для быстровозводимых домов, коттеджей и малоэтажных зданий .
Заключение
Металлоконструкции — это универсальное решение для современного строительства. Они обеспечивают прочность, долговечность, скорость возведения и свободу архитектурных форм. От небольших складов до гигантских небоскребов и уникальных олимпийских объектов — металл позволяет воплощать самые смелые инженерные и дизайнерские идеи.
Благодаря развитию технологий производства, появлению новых марок сталей и алюминиевых сплавов, совершенствованию методов защиты от коррозии, доля металла в строительстве будет только расти. Как отмечают эксперты, в России этот потенциал еще далеко не исчерпан: если в развитых странах доля стального строительства превышает 50%, то у нас пока около 13-15% . А это значит, что нас ждет еще много интересных проектов из металла.