металлические конструкции

металлические конструкции

Краткая история развития металлических конструкций в нашей стране- Понятие «металлические конструкции* включает в себя их конструктивную форму, технологию изготовления и способы монтажа. Уровень развития металлических конструкций определяется. с одной стороны, потребностями в них экономики, а с другой — возможностями технической базы: развитием металлургии, металлообработки, строительной науки н техники. Исходя из этих положений история развития металлических конструкций может быть разделена на пять периодов. Первый период (с XII до начала XVII в.) характеризуется применением металла в уникачьных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах и т.п.) в виде затяжек и скрсл дли каменной кладки Затяжки выковывали из кричного железа н скрепляли через проушины на штырях. Одной из первых конструкций такого типа являются затяжки Успенского собора во Владимире (115Х). По зрелости конструктивного решения выделяется металлическая конструкция, поддерживающая каменый потолок и пол чердака над коридором между притворами Покровского собора - храма Василия Блаженного (рис. BI), ^то первая известная нам конструкция, состоящая in стержней, работающих на растяжение, изгиб и сжатие Затяжки, поддерживающие пол и потолок в этой конструкции, укреплены для облегчения работы на изгиб подкосами Поражает, что уже в те времена конструктор знал, «по для затяжек, работающих на изгиб, надо применять полосу, поставленную на ребро, а подкосы, работающие* на сжатие, лучше делать квадратного сечения. Второй лерио начала XVII до конца XVIII в ) связан с примененном наклонных металлических стропил и пространственных купольных конструкций («корзинок-) глав церквей (рис. В2). Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замках и скрепах горновой сваркой. Конструкции такого типа сохранились ло наших дней. Примерами служат перекрытия проле том 18 м над трапезной Троице-Сергисвой лавры в Ссргиевом посаде (1696-1698), перекрытия старого здания Большого Кремлевского Дворца в Москве (1640), каркас купола колокольни Ивана Великого (1603), каркас купола Казанского собора в Петербурге прозе го м 15 м (1805) и лр. Третий период (с начала XVIII до середины XIX в.) связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий гражданских* промышленных зданий. Соединении чугунных элементов осуществляются на замках или болтах. Первой чу|унной конструкцией в России считается перекрытие крыльца Невьянской башни на Урале (1725). В 1784 г. в Петербурге был построен первый чугунный моет Совершенства чугунные кон- Рис. В1 Перекрытие коридора в Покровском соборе (Москва, 1560 г.) Рис. В2. Металлические конструкции XVII в а — наклонные стропила; б — каркас купола а — узел каэкаса струкции в России достигли в середине XIX в Уникальной чугун ной конструкцией 40-х голов Х!Х в. является купол Исая кис некого собора (рис. ВЗ). собранный из отдельных косяков в виде сплошной оболочки. Конструкция купола состоит из верхней конической часта, которая поддерживает каменный барабан, вен-j чающий собор, и нижней, более пологой част. Нд- |) рузктя оболочка ку1юла с помощью легкого желеэ- п ного каркас опирается на чугунную конструкцию. Чугунная арка пролетом 30 м применена в пере крыт и и Александрийского театра в Петербурге (1827—1832). В 50-е 1"оды XIX н. в Петербург был построен Николаевский мост с восемью арочными пролетами от 33 до 47 м. являющийся самым крупным чугунным мостом мира. D тот же период наслонные стропила постепенно трансформируются в смешанные желе jo4 угу иные треугольные фермы (рис. В4). Сначала в ферилх не было раскосов (рис. 4, а), они появились в конце рассматриваемого периода (рис. В4, б). Сжатые етержни ферм часто выполняли из чугуна, а растя нутые — из железа В узлах элементы соединялись через проушины на болтах. Отсутствие ь тот период прокатного и профильного металла ограничивало конструктивную форму железных стержней прямоугольным или крутлым сечением. Однако преимущества фасонного профиля уже были оценены и стержни уголкового или швеллерного сечения изготовляли гнутьем или ковкой нагретых полос. Четвертый период (с 30-х годов XIX в. до 20-х годов XX з.) связан с быстрым техническим прогрессом во всех областях техники того времени, в частности в металлургии и металлообработке. В начале XIX а. кричный процесс получения железа был заменен более совершенным — пудлингованном, а в конце 80-х голов XIX в. — пыплавкой железа из чугуна в мартеновских и конвертерных печах. Наряду с уральской базой была создана в России юж-i ная бюа метал; iypnmсской промышленности. В 30-х юдал ^ XIX в. появились заклепочные соединения, чему спо-Рис. ВЗ. Купол Исэакиевского собствовало изобретение чыропроби иного пресса; в собора в Петербурге 40-х годах XIXб. был освоен процесс получения про фильного металла и прокатного листа. В течение 100 последующих лет все стальные конструкции изготовлялись клепаными. Сталь почти полностью вытеснила из строительных конструкций чугун, будучи материалом более совершенным по своим свойствам (в особенности при работе на растяжение) и лучше поддающимся контролю и механической обработке. Чугунные конструкции во второй половине XIX в. применялись лишь в колоннах многоэтажных зданий, перекрытиях вокзальных дебаркадеров, где могла быть полностью использована хорошая сопротивляемость чугуна сжатию. В России до конца XIX в. промышленные и гражданские здания строились в основном с кирпичными стенами и небольшими пролетами, для перекрытия которых использовались треугольные металлические фермы (рис. В5). Конструктивная форма этих ферм постепенно совершенствовалась: решетка получила завершение с появлением раскосов, узловые соединения вместо болтовых на проушинах стали выполнять заклепочными с помощью фасонок. В конце XFX в. применялись решетчатые каркасы рамно-арочной конструкции для перекрытия зданий значительных пролетов Примерами являются покрытия Сенного рынка в Петербурге (1884) пролетом 25 м, Варшавского рынка пролетом 16 м (1891), Гатчинского вокзала (1890) и др. Наибольшего совершенства рамно-арочлая конструкция достигла в покрытии дебаркадеров Киевского вокзала в Москве рис. В6). построенного по проекту В. Г. Шухова (1913-1914). В конструкциях этих сооружений хорошо проработаны компоновочная схема, опорные закрепления и узловые заклепочные соединения. Во второй половине XIX в. значительное развитие получило металлическое мостостроение в связи с ростом сети железных дорог В процессе строительства мостов разви- » валась конструктивная форма металлических конструкций, совершенствовалась теория компоновки и расчета, технология изготовления и монтажа. Принципы проектирования, разработанные в мостостроении, были перенесены затем на промышленные и гражданские объекты. Основателями русской школы мостостроения являются инженер С В Кербедз и профессора Н.А.Белелюбский и Л.Д.Проскуряков С.В.Кербсдз (1810 — 1899) построил первый и России железный мост с решетчатыми фермами через р.Лугу (1853). Он же является автором самого крупного чугунного моста в Петербурге. Проф. Н.А.Белелюбский (1848—1922). мостостроитель и ученый, впервые применил раскосную решетку для мостовых ферм (рис В7), разработал первый в России метрический сортамент прокатных профилей, усовершенствовал методику испытаний строительных материалов, написал первый систематизированный курс по строительной механике. Рис, Во. Стропильная ферма (70-е годы XIX в.) Проф. Л.Д, Проскуряков (1858—1926) ввел о мсстоные фермы треугольную и шпрек-гслькую решегки и разработал теорию о наивыгоднейшем очертании фермы. За проект моста через р. Енисей на Парижской выставке 1900 г. Л.Д. Проскуряков был удостоен золотой медали. Большой вклад в дальнейшее развитие металлически* конструкций в конце XIX и начале XX в. и распространение опыта, накопленного в мостостроении, на металлические конструкции фаждэнскихи промышленных зданий внесли Ф. С. Ясинский, В Г.Шухов и И. П. Прокофьев. В тот период развитие металлургам, машиностроения и других отраслей промышленности внесло качественное изменение и технологию производства и потребовало оборудования зданий мостовыми кранами. Первое время их устанавливали наэсшкалах (рмс. В8), однако это за/ромождало помещение. С увеличением грузоподъемности мостовых кранов и насыщенности ими производства, а также с увеличен нем высоты и ширины пролетов помещений стало целесообразным строить здании с металл» ческим каркасом, поддерживающим как 01раждаюшюс конструкции, так и пути мостовых кранов. Основным несушим элементом каркаса стола поперечная рама (рмс В9). вкноча-юшая в себя колонны и ригели (стропильные фермы). Проф. Ф.С.Ясинский (1858— 189S) первый запроектировал много» 1ролетное промышленное здание с металлическими колоннами и разработан большепролетные складчатые и консольные конструкции покрытий. Он же внес значительный вклад в расчет сжатых стержней на продольный изгиб, работающих в упругодластической зоне деформирования стали. Исключительно плодотворной и разносторонней была деятельность почетного академика В. Г. Шухова (1853 —1939). Он первым в мировой практике разработал и постро Рис. В6. Перекрытие Киевского вокзала в Москве ил пространственные решетчатые конструкции покрытий (рис. В10) и башен различного назначения, использовав для них линейчатые поверхности (рис. В11). В построенных им сооружениях реализованы идеи предварительного напряжения конструкций и возведения покрытий в виде висячих систем с эффективным использованием работы металла на растяжение (рис. В12). Этими проектами В. Г. Шухов намного опередил своих современников и предугадал будущие направления в развитии металлических конст-' рукций, закрепив тем самым приоритет нашей страны. Особенно значительна его теоретическая и практическая работа в области резервуаростросния и других листовых конструкций В. Г. Шухов разработал новые конструктивные формы резервуаров, их расчет и методы нахождения оптимальных параметров. Профессор И. П Прокофьев (1877-1958), используя накопленный опыт, опубликовал первую монографию по изготовлению и монтажу металлических мостов и спро ектировал ряд уникальных по тому времени большепролетных покрытий (Мурманские и Перовские мастерские Московско-Казанской железной дороги. Московский почтамт, дебакадер Казанского вокзала в Москве). Пятый период (послереволюционный) начинается с 20-х годов XX в.. с первой пятилетки, когиа государство приступило к осуществлению широкой программы индустриализации страны.