Мос огород
Назад

Изготавливают прочного каркаса алюминия

Опубликовано: 18.03.2020
Время на чтение: 8 мин
0
8

О преимуществах металлоконструкций вообще…

Первые строительные металлоконструкции были из чугуна. Используя их, архитекторам и строителям удалось сделать немало больших и малых шагов вперед, а порой совершать настоящие прорывы. Так, в 1851 году в лондонском Гайд-парке к первой всемирной выставке промышленной продукции был построен т. н. «Хрустальный дворец» – огромное здание из металлоконструкций, предвосхитившее тенденции развития архитектуры на много десятилетий вперед.

Более 80 тысяч квадратных метров стеклянных стен и потолков опирались на три с лишним тысячи пустотелых чугунных колонн и более чем две тысячи чугунных и деревянных несущих балок. После окончания выставки был осуществлен демонтаж металлоконструкций, их перевезли на новое место, где Хрустальный дворец собрали заново. Но в середине XX столетия здание, изначально сугубо утилитарное, а затем признанное архитектурным шедевром, уничтожил пожар.

А еще, заслуженный авторитет, которым пользуются у строителей алюминиевые конструкции, во многом опирается на свойства, общие для всех металлоконструкций. (Хотя слово «всех» объединяет не так уж много материалов ─ в строительстве, как известно, главным образом применяются металлоконструкции из стали и алюминия).

Высокая несущая способность металлоконструкций обусловлена их прочностью, позволяющей воспринимать значительные усилия даже при относительно небольших сечениях.

Высокая надежность помимо прочего следует из однородности структуры и упругих свойств металла, что дает возможность выполнить точный расчет металлоконструкций на прочность, устойчивость и колебания. До 1955 г. он производился по допускаемым напряжениям. С 1955-го выполняется по предельным состояниям с учетом коэффициентов надежности и условий работы. Кроме ситуаций, когда коэффициенты перегрузки конструкций установить невозможно.

Изготавливают прочного каркаса алюминия

Расчет алюминиевых конструкций производится согласно СП 128.13330.2012.

Легкость и транспортабельность металлоконструкций не нуждаются в комментариях. Они еще более очевидны, если сравнить металлоконструкции со строительными конструкциями из железобетона или камня.

Благодаря наличию сплошности изготавливаются водо- и газонепроницаемые конструкции (прежде всего, из листовых материалов).

Индустриальность металлоконструкций проявляется в возможности их серийного производства в заводских условиях. Очевидно, что, когда изготовление металлоконструкций происходит в цеху предприятия, а не на продуваемой всеми ветрами стройплощадке, это напрямую способствует росту качества, снижению издержек, высокой степени заводской готовности.

Конструкционные свойства алюминия

Алюминиевые сплавы как конструкционные материалы обладают рядом преимуществ, которые дают им возможность конкурировать со сталью в некоторых видах строительных конструкций. Эти преимущества обеспечиваются физическими свойствами алюминиевых сплавов, а также процессом производства алюминиевых изделий, в первую очередь, экструзией алюминия.

1) Алюминиевые сплавы представляют собой большое семейство конструкционных материалов. Прочностные свойства некоторых из них сравнимы с механическими свойствами малоуглеродистых сталей. Смотрите подробнее Строительные алюминиевые сплавы.

2) Модуль упругости алюминия и его сплавов приблизительно в три раза меньше, чем у сталей (рисунок 1).

3) Сразу за упругим участком кривой растяжения алюминиевые сплавы имеют участок деформационного упрочнения без площадки текучести (в отличие от сталей) (рисунок 1).

4) Относительное удлинение алюминиевых сплавов при растяжении составляет от 8 до 12 %, что ниже, чем у углеродистых сталей (выше 20 %) (рисунок 1).

5) Из-за низкого модуля упругости элементы из алюминиевых сплавов являются менее устойчивыми к сжимающим нагрузкам, чем стальные.

6) Конструкции из алюминиевых сплавов более чувствительны к изменениям температуры, чем стальные, так как коэффициент термического расширения алюминия приблизительно в два раза выше, чем у сталей.

7) Остаточные напряжения, которые возникают в результате термических деформаций на 30 % ниже, чем в стальных конструкциях. Это связано с тем, что эти остаточные напряжения пропорциональны произведению коэффициента термического расширения и модуля упругости (α · Е).

8) Сопротивление коррозии многих алюминиевых сплавов дает возможность применять их без дополнительной защиты от коррозии даже в агрессивных средах. Смотрите подробнее Коррозия строительного алюминия

9) Малый вес алюминиевых сплавов дает преимущества в снижении веса конструкций по сравнению со сталью. Степень этого преимущества частично снижается из-за необходимости компенсации более низкого модуля упругости алюминия.

Предлагаем ознакомиться  Обустройство скважины на воду своими руками – пошаговое руководство, важные нюансы

10) Сам по себе алюминий не склонен к хрупкому разрушению, однако для алюминиевых конструкций в целом этой проблеме нужно уделять особое внимание.

11) Процесс экструзии алюминия дает возможность изготавливать профили с поперечным сечением, которое обеспечивает им максимальную жесткость и функциональность (рисунок 2).

12) Для крепления алюминиевых элементов применяют болтовые и заклепочные соединения, а также сварку.

Рисунок 1 — Сравнение типичных кривых растяжения алюминиевых сплавов и малоуглеродистых сталей [1].

Рисунок 2 — Типичные прессованные алюминиевые профили [1]

…сталь

На смену чугунным пришли стальные металлоконструкции. Начало их широкого применения в строительстве приходится на 80-е гг. XIX столетия, когда промышленные масштабы приобрел мартеновский способ производства стали. В это время появились знаковые, остающиеся актуальными до сих пор, инженерные сооружения, выполненные из стальных конструкций, – Бруклинский мост в Нью-Йорке и Эйфелева башня в Париже.

Используя способность стального каркаса передавать фундаменту нагрузку от десятков этажей, строители смогли возвести первые небоскребы. И сегодня несущие каркасы высотных зданий очень часто выполняют из металлических конструкций (альтернативой им являются каркасы из железобетона).

На протяжении XX столетия производство металлоконструкций строительного назначения увеличивалось, а их повсеместное применение стало одной из примет времени. Особенно широкое распространение они получили в промышленном строительстве: в каркасах промышленных сооружений, доменных печах, различных резервуарах, опорах линий электропередач и т. д.

Металлоконструкции сделали возможным появление большепролетных покрытий зданий, а значит, наполненных воздухом и светом выставочных павильонов, вмещающих тысячи зрителей дворцов спорта и концертных комплексов.

Изготавливают прочного каркаса алюминия

Кроме того, металлоконструкции ─ это ангары любых размеров, радио- и телевизионные вышки, башни маяков, затворы гидротехнических сооружений, ворота шлюзов и еще многое другое. Без металлических конструкций было бы невозможным создание современной транспортной инфраструктуры ─ железнодорожных и автодорожных мостов, эстакад, путепроводов.

Поскольку монтаж металлоконструкций производится достаточно быстро, их использование позволяет существенно сократить сроки строительства. А быстровозводимые здания из металлоконструкций стали настоящим вызовом для привычно неторопливого строительства из «традиционных» материалов: кирпича, камня, бетонных блоков и дерева.

Алюминиевые строительные конструкции

Основными конкурентными преимуществами алюминия по сравнению с другими строительными материалам, в первую очередь, со сталью, являются:

  • Малый вес;

  • Высокая коррозионная стойкость;

  • Повышенная функциональность.

Малый вес

Малый вес алюминиевых профилей дает возможность:

  • упростить этап возведения конструкции;

  • транспортировать на строительную площадку конструкции заводской сборки;

  • снизить нагрузки на фундаменты;

  • снизить расход энергии при возведении здания и его техническом обслуживании;

  • снизить долю физического труда.

Повышенная коррозионная стойкость алюминиевых конструкций дает возможность:

  • снизить расходы на техническое обслуживание;

  • обеспечивать нормальную эксплуатацию строительной конструкции в коррозионных средах.

Функциональность

Повышенная функциональность строительных элементов из алюминиевых профилей дает возможность:

  • улучшать геометрические свойства поперечного сечения строительных элементов путем проектирования формы, которая одновременно дает минимальный вес и самую высокую конструкционную эффективность;

  • получать профили, которые являются стойкими к потере устойчивости при сжатии, без применения встроенных элементов, а также без сварки и болтовых соединений;

  • упрощать систему соединений между различными компонентами конструкции;

  • комбинировать различные функции компонентов конструкции и за счет этого достигать более экономичные и простые профили.

Таким образом, применение алюминия в качестве строительного материала может достигаться в тех конкурентных нишах, где может проявляеться хотя бы один из главных его преимуществ:

  • малый вес;

  • коррозионная стойкость и

  • функциональность.

В области гражданского строительства таким конкурентными нишами для алюминия являются:

  • Сложные крыши с длинными пролетами, в которых динамические нагрузки являются малыми по сравнению со статическими нагрузками. К таким конструкциям относятся сетчатые пространственные конструкции и геодезические купола, накрывающие большие площади, например, над концертными залами и стадионами (рисунок 3);

  • Конструкции, которые расположены в труднодоступных районах, а также далеко от места их изготовления, и для которых стоимость доставки и легкость возведения являются очень важными. Это относится, например, к электрическим опорам, которые могут переноситься к месту установки вертолетом (рисунок 4);

  • Конструкции, которые расположены в коррозионных или влажных средах, такие как крыши плавательных бассейнов, речные мосты, гидравлические сооружения и верхние конструкции на нефтяных платформах в открытом море (рисунок 5);

  • Конструкции, включающие подвижные части, такие как мостовые краны водоочистных станций и подъемные мосты (рисунок 6), когда малый вес означает экономию энергии при их эксплуатации;

  • Специальные конструкции, для которых операции технического обслуживания являются особенно трудными и должны сводиться к минимуму. Это относится к мачтам, осветительным и антенным башням (рисунок 7), порталам с дорожными знаками (рисунок 8).

Предлагаем ознакомиться  Фитоверм: инструкция по применению для комнатных растений, как разводить препарат, когда обрабатывать

Рисунок 3 — Алюминиевая крышная система Межамериканского выставочного центра Сан-Паоло в Бразилии [1]

Рисунок 4 — Транспортирование вертолетом алюминиевой электрической опоры [1]

Рисунок 5 — Алюминиевые надводные конструкции нефтяных платформ [1]

Рисунок 6 — Алюминиевый мобильный пешеходный мост [1]

Рисунок 7 — Алюминиевая башня для параболических антенн [1]

Рисунок 8 — Алюминиевая конструкция для дорожных знаков и сигналов на железнодорожном переезде [2]

Вслед за стальными строители начали применять алюминиевые строительные конструкции. Уже в начале XX века отдельные городские здания украсились алюминиевыми фасадами.

А спустя некоторое время были построены первые алюминиевые мосты. Отдельные случаи использования алюминия постепенно переросли в тенденцию, поддержанную в т. ч. и российскими строителями. Уже в 1950-е годы XX века они использовали конструкции из алюминиевого профиля при строительстве высотных зданий в Москве. Из алюминиевых сплавов были выполнены несущие конструкции главного павильона страны на Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 г.

Изготовление алюминиевых конструкций ─ динамичное, прогрессивное направление технологий. Благодаря достижениям научно-технического прогресса более производительным стало оборудование для производства алюминиевых конструкций, повысилось качество алюминиевых профилей, постоянно совершенствуются процессы механической обработки, резки и сварки алюминия, технологичнее становится сборка алюминиевых конструкций.

Магистральное направление развития этого сегмента алюминиевой отрасли ─ увеличение ассортимента. Разнообразие продукции, которое может предложить современный завод алюминиевых конструкций, ─ одна из предпосылок того важного места, которое занимает сегодня алюминий в строительных технологиях.

Алюминиевые строительные конструкции ─ одна из примет времени. Особую популярность завоевали фасадные алюминиевые конструкции, придающие современным городам внешний вид в стиле «модерн». Ярким отличительным признаком современной архитектуры стали светопрозрачные алюминиевые конструкции.

Алюминий в современных зданиях

Многие современные здания — офисные башни, концертные залы, торговые центры, музеи, терминалы аэропортов, вокзалы, футбольные стадионы и просто жилые здания — обязаны своей привлекательной формой алюминию. Именно алюминиевые профили и панели дают архитекторам неограниченные возможности для творчества и создания самых невероятных форм.

Однако алюминий в зданиях — это не только фасады, светопрозрачные или облицовочные вентилируемые. Во многих зданиях немалое количество строительных элементов наружной оболочки также изготавливают из алюминиевых сплавов (рисунок 9):

  • окна, двери и ставни;

  • балконные ограждения;

  • гаражные ворота;

  • вентиляционные каналы;

  • водостоки;

  • солнечные панели;

  • кровля.

Рисунок 9 — Алюминиевые строительные элементы в современных зданиях [3]

Кроме того, алюминиевые сплавы широко применяют внутри зданий. Это, например:

  • двери;

  • кабины лифтов;

  • полы и потолки;

  • мебель;

  • перегородки;

  • указатели;

  • жалюзи.

…и алюминиевых в частности

Благодаря уникальным свойствам алюминия и его сплавов многие общие для металлоконструкций преимущества, в алюминиевых металлоконструкциях акцентированы в еще большей степени. Ведь алюминиевые сплавы — это высокая механическая прочность при малой плотности, стойкость к коррозии, долговечность, высокая технологичность ─ хорошая обрабатываемость давлением и резанием, пластичность (значит, возможность гибки), способность переносить низкие температуры, возможность вторичной переработки с незначительными энергозатратами и проч.

Проведения параллелей между алюминиевыми и стальными металлоконструкциями избежать трудно, поскольку оба металла находятся в состоянии технологической конкуренции.

Конечно, стоимость металлоконструкций из стали ниже. Они прочнее ─ значение модуля упругости у алюминиевых сплавов в три раза меньше. Зато алюминиевые конструкции значительно легче и оказываются вне конкуренции, если необходимо снизить массу зданий и сооружений. Алюминиевые конструкции лучше справляются с повышенными архитектурными требованиями.

Весомый аргумент в их пользу ─ отсутствие у алюминия магнитных свойств и искрения при ударе. Кроме того, алюминий ─ гигиенически безопасный материал.

Безусловное достоинство алюминиевых конструкций ─ высокая коррозионная стойкость. Ее дополнительно усиливают (анодированием, оксидированием, эмалированием, покраской металлоконструкций), параллельно улучшая и без того привлекательный внешний вид алюминия. Производители алюминиевых конструкций ─ одни из главных потребителей окрашенных и анодированных профилей.

Долговечность конструкций из алюминиевого профиля особенно наглядно проявляется в условиях агрессивной окружающей среды. В крупных мегаполисах, в насыщенном влагой воздухе морских побережий, в наполненной агрессивными химическими веществами атмосфере промышленных предприятий.

Предлагаем ознакомиться  Чем подкормить орешник осенью

Изготавливают прочного каркаса алюминия

Недостатком металлических конструкций является их невысокая огнестойкость ─ до 400° C у стальных и 200° C у изготовленных из алюминиевых сплавов. При более высоких температурах падают значения предела текучести и отмечаются существенные пластические деформации при постоянной нагрузке.

Зато алюминиевые сплавы хорошо работают при значительном «минусе» и отличаются малой склонностью к переходу в хрупкое состояние при пониженных температурах.

Будущее алюминия в строительстве

Нет сомнений в том, что алюминий будет все шире применяться в строительстве. Это диктуется постоянным стремлением к тому, чтобы здания были более функциональными, требовали меньше технического обслуживания, были более дешевыми в эксплуатации и радовали глаза людей.

Не существует идеальных строительных материалов. У алюминия также есть и преимущества, и недостатки. Относительно высокая стоимость алюминиевых строительных конструкций и элементов компенсируется высокой технологичностью алюминия, способностью принимать любые оттенки цветов, высоким соотношением «прочность-вес», неограниченной возможности переработки и повторного использования. Для многих современных архитекторов только алюминий дает возможность воплощать в зданиях самые невероятные и смелые архитектурные формы.

1. F. M. Mazzolani — Design of Aluminium Structures, 2008

2. Aluminum Structures. Guide to Their Specification and Design / J. R. Kissell and R. L. Ferry, 2002

3. Aluminium in Building and Construction, Factsheet, European Aluminium Association

Алюминиевые профили ─ элементы алюминиевых конструкций

Алюминиевые конструкции собирают из алюминиевых полуфабрикатов, которые изготавливают прокаткой, прессованием, гнутьем.

Прокаткой получают листы, полосы и ленты.

Профили различного очертания изготавливают горячим прессованием. Они могут быть стандартными (угловые, зетовые, тавровые, двутавровые, швеллерные и т. д.) и нестандартными. Чтобы увеличить критическое отношение ширины свободного свеса полок к их толщине, уголковые профили изготавливают с т. н. «бульбами» на концах полок. Нестандартные профили имеют рациональные размеры и форму, соответствующие требованиям конкретной конструкции.

Гнутые профили производят преимущественно из листов и лент толщиной до 4 мм.

Профили, используемые в алюминиевых конструкциях, изготавливают из алюминия АД1, а также термически неупрочняемых сплавов алюминия с марганцем ─ АМц; магнием ─ АМг2, АМг3; магнием и кремнием ─ АД31, АД33, АВ, 6060, 6063; цинком и магнием ─ 1915, 1925; цинком, магнием и медью ─ В95, 1950.

По способу соединения элементов между собой различают металлоконструкции ─ сварные, клепаные, с болтовыми соединениями.

Сварные металлоконструкции за счет более полного использования сечения имеют меньшие вес и стоимость.

Клепаные конструкции надежнее в условиях низких температур и более устойчивы к циклическим нагрузкам. Заклепочные соединения ─ альтернатива сварке при использовании разупрочняющихся под воздействием высоких температур высокопрочных термически упрочненных алюминиевых сплавов. В то же время приходится учитывать, что монтаж алюминиевых конструкций с помощью клепки в условиях строительной площадки достаточно трудоемок.

Заклепки ставят в холодном состоянии, чтобы исключить термическое воздействие на основной металл.

В алюминиевых конструкциях также могут применять болты. Как изготовленные из алюминиевых сплавов, так и высокопрочные стальные. Во втором случае приходится предупреждать приводящий к интенсивной электрохимической коррозии непосредственный контакт стали и алюминия (алюминиевых сплавов). Чтобы исключить его стальные болты целиком или частично покрывают кадмием или цинком, обматывают изоляционной лентой, используют кадмированные или оцинкованные шайбы.

Сегодня производство алюминиевых конструкций ─ важный сегмент алюминиевой отрасли, одно из наиболее перспективных направлений обрабатывающей промышленности. Их огромный потенциал до конца не раскрыт, и ни у кого нет сомнений в том, что роль алюминиевых конструкций в строительстве, как, впрочем, и в других областях, будет становиться все более ощутимой.

, , ,
Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Adblock detector