Виды металлоконструкций и их применение

Краткий ответ: Металлоконструкции — это несущие и ограждающие конструкции из стали, чугуна или алюминия, соединённые сваркой, болтами или заклёпками. Их делят на строительные, промышленные, декоративные и специальные. Применяются в строительстве, машиностроении, энергетике, городском благоустройстве и архитектуре.

Что такое металлоконструкции и что к ним относится

Металлоконструкция — это изделие или сборная система из металлических элементов, выполняющая несущую, ограждающую или декоративную функцию. Основной материал — сталь различных марок. Реже применяются алюминиевые сплавы и чугун.   К металлоконструкциям относят широкий перечень изделий: от несущих каркасов зданий и мостовых пролётов до кованых ворот, лестниц и декоративных ограждений. Объединяющий признак — металл как основной конструктивный материал и соединение элементов между собой сваркой, болтами или заклёпками.   Металлоконструкции регламентируются национальными и межгосударственными стандартами (ГОСТ, СП), которые устанавливают требования к материалам, расчёту, изготовлению и монтажу.

Классификация металлоконструкций: основные признаки деления

Металлоконструкции классифицируют по нескольким основаниям.   По назначению: строительные, промышленные, транспортные, энергетические, декоративные и специальные.   По виду металла: стальные, алюминиевые, чугунные, из нержавеющей стали.   По способу изготовления: сварные, болтовые (монтажные), клёпаные, литые, кованые. По степени готовности: заводские (изготовленные полностью на предприятии) и монтажные (собираемые на объекте из отдельных элементов). По геометрической форме: плоские (фермы, рамы, балки) и пространственные (башни, купола, оболочки).

Виды металлоконструкций по назначению

Строительные металлоконструкции Это самая обширная группа. К ней относятся несущие каркасы зданий и сооружений, перекрытия, кровельные и фасадные системы, фундаментные опоры. Строительные металлоконструкции делятся на:

• Каркасные — колонны, ригели, прогоны, связи. Образуют несущую пространственную систему здания.
• Балочные — двутавровые, швеллерные и прокатные балки для перекрытий и рабочих площадок.
• Ферменные — решётчатые конструкции для перекрытия больших пролётов: кровли, мостов, эстакад.
• Рамные — жёсткие рамы из стоек и ригелей, применяемые в промышленных и сельскохозяйственных зданиях.

Строительные металлоконструкции используются при возведении производственных цехов, складских комплексов, торговых центров, стадионов и быстровозводимых зданий. Промышленные металлоконструкции Промышленные конструкции предназначены для технологического оборудования, трубопроводов и транспортных систем внутри производственных объектов. В эту группу входят:

• Рабочие площадки и этажерки — многоярусные опорные конструкции под оборудование;
• Технологические эстакады — надземные переходы для трубопроводов и кабельных трасс;
• Бункеры и силосы — ёмкостные конструкции для хранения сыпучих материалов;
• Резервуары — стальные ёмкости для хранения жидкостей, газов, нефтепродуктов;
• Подкрановые балки — воспринимают нагрузки от мостовых кранов.

  Транспортные и инженерные металлоконструкции К этой группе относятся мосты, путепроводы, пролётные строения, опоры ЛЭП, мачты связи, осветительные опоры. Для них характерны высокие требования к усталостной прочности и долговечности, поскольку конструкции работают при переменных динамических нагрузках. Декоративные и архитектурные металлоконструкции Декоративные металлоконструкции сочетают несущую или ограждающую функцию с эстетическими задачами. Их изготавливают методами художественной ковки, литья и сварки — как по стандартным образцам, так и по индивидуальным проектам. К этой группе относятся:

• ворота, калитки и заборы;
• лестницы и лестничные ограждения;
• перила, балясины, козырьки;
• фонари и скамейки;
• декоративные решётки и панели.

Специальные металлоконструкции Изготавливаются под конкретные технические задачи с нестандартными требованиями: конструкции для атомной энергетики, оборонной промышленности, морских платформ, горнодобывающего оборудования. Для них характерны особые требования к материалам, точности изготовления и контролю качества.

Виды соединений металлоконструкций

Тип соединения влияет на прочность, долговечность и технологичность конструкции. Сварные соединения Наиболее распространённый способ. Сварные швы передают нагрузку непосредственно через металл, обеспечивая монолитность конструкции. Применяются при заводском изготовлении и при монтаже на объекте. Для ответственных конструкций используется аргонодуговая сварка — она даёт швы с минимальным количеством дефектов и подходит для нержавеющей стали и алюминия. Болтовые соединения Применяются при монтаже — там, где необходима разборность или невозможна сварка на месте. Делятся на обычные (крепёж общего назначения) и высокопрочные (с предварительным натяжением болта). Болтовые соединения широко используются в каркасах зданий, мостах, башнях. Заклёпочные соединения Исторически предшествовали сварке. Сегодня применяются ограниченно — в авиационных и мостовых конструкциях, где сварка нежелательна из-за остаточных напряжений или усталостных нагрузок. Комбинированные соединения В ряде конструкций сварка и болты применяются совместно: сварка — для заводских стыков, болты — для монтажных. Это сочетает преимущества обоих методов.

Виды металлоконструкций по способу изготовления

Сварные металлоконструкции Изготавливаются путём соединения заготовок (листов, профилей, труб) сваркой. Позволяют создавать изделия любой формы и размера. Сварные металлоконструкции — основная продукция большинства металлообрабатывающих предприятий: от простых рам и кронштейнов до сложных пространственных систем. Кованые металлоконструкции Получают методом горячей или холодной ковки. Ковка придаёт металлу мелкозернистую структуру, повышая прочность и ударную вязкость. В архитектуре и благоустройстве художественная ковка применяется для ворот, ограждений, перил, фонарей и мебели — изделия отличаются уникальным внешним видом и долговечностью. Литые металлоконструкции Изготавливаются заливкой расплавленного металла в форму. Позволяют получать детали сложной геометрии без механической обработки. Чугунное литьё широко используется в архитектурных элементах: решётках, балясинах, столбах, фонарях. Стальное литьё — в машиностроении и тяжёлой промышленности. Прокатные конструкции Изготавливаются из стандартных прокатных профилей — двутавров, швеллеров, уголков, труб. Применяются как самостоятельные конструктивные элементы или как заготовки для сварных изделий.

Материалы для металлоконструкций

1. Углеродистая сталь (Ст3, С245, С345) — основной материал строительных и промышленных конструкций. Хорошо сваривается, доступна по цене, обладает достаточной прочностью для большинства задач.
2. Низколегированная высокопрочная сталь — применяется в конструкциях с повышенными нагрузками. Позволяет снизить массу при сохранении несущей способности.
3. Нержавеющая сталь — используется в конструкциях, работающих в агрессивных средах, при повышенных санитарных требованиях и в видовых архитектурных элементах.
4. Алюминиевые сплавы — лёгкие конструкции для авиации, транспорта, фасадных систем. Коррозионностойкие, но менее прочные, чем сталь.
5. Чугун — применяется в литых декоративных и конструктивных элементах. Обладает высокой твёрдостью и износостойкостью, но хрупок при ударных нагрузках.

Применение металлоконструкций в строительстве

Металлоконструкции занимают центральное место в современном строительстве. Они позволяют перекрывать большие пролёты без промежуточных опор, сокращать сроки монтажа и снижать нагрузку на фундамент по сравнению с железобетоном. Типичные области применения:

• Промышленные здания — производственные цеха, склады, ангары. Металлический каркас монтируется за недели, а не месяцы.
• Торговые и общественные здания — торговые центры, спортивные сооружения, выставочные павильоны.
• Мосты и эстакады — пролётные строения, опоры, пешеходные переходы.
• Энергетика — опоры ЛЭП, конструкции электростанций, ветроэнергетических установок.
• Городское благоустройство — ограждения, скамейки, фонари, навесы, лестницы.

Преимущества металлоконструкций перед другими материалами

1. Высокое соотношение прочности и массы. Сталь несравнимо легче бетона при одинаковой несущей способности.
2. Технологичность изготовления. Большинство элементов производится на заводе с высокой точностью, монтаж сводится к сборке готовых узлов.
3. Долговечность. При правильной антикоррозионной защите стальные конструкции служат 50–100 лет.
4. Ремонтопригодность. Повреждённые элементы можно заменить без разборки всей конструкции.
5. Возможность демонтажа и повторного использования. Болтовые конструкции разбираются и монтируются заново на другом объекте.

Антикоррозионная защита металлоконструкций

Сталь подвержена коррозии, поэтому защита — обязательный этап производства. Основные методы:

• Грунтование — нанесение грунт-эмали, создающей барьерный слой;
• Порошковая покраска — электростатическое нанесение полимерного покрытия с последующей полимеризацией в печи. Даёт твёрдое, устойчивое к механическим воздействиям покрытие;
• Горячее оцинкование — погружение конструкции в расплавленный цинк. Обеспечивает катодную защиту и долговечность до 25–50 лет;
• Гальваническое покрытие — электролитическое нанесение цинка, хрома или никеля;
• Термическая обработка — снимает остаточные напряжения после сварки, повышает усталостную прочность.

Краткие ответы на частые вопросы

Что такое металлоконструкция простыми словами? Это изделие из металла — стали, чугуна или алюминия, — которое выполняет несущую, защитную или декоративную функцию. Примеры: балка перекрытия, кованые ворота, мостовая ферма, лестница.   Чем отличаются строительные и промышленные металлоконструкции? Строительные формируют несущий каркас зданий и сооружений. Промышленные поддерживают технологическое оборудование, трубопроводы и транспортные системы внутри предприятий.   Какие металлоконструкции самые долговечные? Конструкции из нержавеющей стали или с горячим оцинкованием. При правильной эксплуатации они служат 50–100 лет без капитального ремонта.   Можно ли заказать нестандартные металлоконструкции по индивидуальному проекту? Да. Большинство производителей изготавливают конструкции по чертежам заказчика. При отсутствии чертежей применяется обратный инжиниринг — создание цифровой модели по образцу или эскизу.   Как соединяют металлоконструкции на объекте? Чаще всего — болтами (для разборных узлов) или сваркой (для монолитных). Выбор способа зависит от расчётных нагрузок, условий монтажа и требований к конструкции.