Достоинства:

- Надежность – близкое соответствие характеристик стали нашим представлениям об идеальном упругом и упругопластическом изотропном материале, при некотором значении напряжений может быть реализована идеальная пластичность в виде площадки текучести;

- лёгкость (Р=7,85 тс/м^3);

- непроницаемость для газов и жидкостей – высокая плотность (плотность стали и ее соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления резервуаров, газгольдеров, трубопроводов, различных сосудов и аппаратов);

- индустриальность (заводское изготовление 90-95%, оснащенных специальным оборудованием, а монтаж производят с использованием высокопроизводительной техники) – исключает или до минимума сокращает тяжелый ручной труд;

- ремонтопригодность (простота технического перевооружения, ремонта и реконструкции) – просто решаются вопросы усиления, технического перевооружения и реконструкции;

- прочность;

- сохранность металлического фонда – в результате физического и морального износа изымаются из эксплуатации, переплавляются и снова используются в народном хозяйстве;

- транспортабельность;

- эстетичность.

Недостатки:

Подверженность коррозии, малая огнестойкость (сталь начинает терять свою устойчивость при 200^оС, полностью теряет и начинает течь при 625^оС), дефицитность, и высокая стоимость.

Область применения

Использование металлических конструкций по назначению и виду конструктивной формы разделяются на восемь пунктов.

1. Листовые конструкции в виде бункеров, трубопроводов большого диаметра, резервуаров, различных сооружений доменного комплекса и газгольдеров (рис. I.22), нефтепереработки и химического производства имеют значительный объем в связи с развитием в нашей стране металлургии, газовой, нефтяной и химической промышленности. Листовые конструкции это тонкостенные оболочки различной формы и они должны быть не только прочными, но и непроницаемыми. Так как листовые конструкции часто используются в условиях высоких или низких температур, то сталь как нельзя лучше подходит к этим условиям работы.

2. Мосты, эстакады. Мостовые металлические конструкции на автомобильных и железнодорожных магистралях применяются при необходимости скоростного возведения, при больших пролетах, а в некоторых областях и при средних пролетах. Мосты, как и большепролетные покрытия, имеют различные системы: арочную (рис. I.21, б), висячую (рис. I.21, в), балочную (рис. I.21, а), комбинированную.

3. Промышленные здания. Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняются в виде смешанных каркасов или цельнометаллических (рис. I.19), в которых по железобетонным колоннам устанавливаются металлические конструкции покрытия зданий («шатер») и подкрановые пути. Цельнометаллические каркасы в основном используются в зданиях с высотами, большими пролетами и оборудованных мостовыми кранами большой грузоподъемности. Каркасы промышленных зданий являются сложными и металлоемкими конструктивными комплексами.

4. Большепролетные покрытия зданий. Здания общественного назначения [спортивные сооружения, рынки, выставочные павильоны], театры и здания производственного характера (авиасборочные цехи, лаборатории, ангары) имеют большие пролеты (до 100-150 м), перекрывать которые наиболее целесообразно металлическими конструкциями. Системы и конструктивные формы большепролетных покрытий очень многообразны. Например, арочные, рамные, балочные, комбинированные, висячие, как плоские, так и пространственные системы. К конструкциям зданий общественного назначения предъявляются высокие эстетические требования. Чтобы снизить расход металла и постоянную нагрузку, в большепролетных конструкциях целесообразно применять высокопрочные стали и алюминиевые сплавы.

5. Крановые и другие подвижные конструкции. Подвижные конструкции изготовляются из металла, разрешающего во много уменьшить их массу. Сюда относятся всевозможные металлические конструкции башенных, мостовых , козловых кранов и кранов-перегружателей, конструкций крупных экскаваторов и разнообразных строительных машин, затворы и ворота гидротехнических сооружений, конструкции отвальных мостов.

6. Каркасы многоэтажных зданий. Многоэтажные здания с металлическим каркасом применяются главным образом в строительстве, в обстановке плотной застройки больших городов и для некоторых видов промышленных зданий.

7. Башни и мачты применяются для радиосвязи и телевидения, в геодезической службе, в опорах линий электропередачи. Сюда же можно отнести дымовые и вентиляционные трубы, нефтяные вышки, промышленные этажерки и надшахтные копры. Применение стали обеспечивает этим конструкциям необходимую легкость, удобство транспортирования на место строительства и быстроту монтажа.

8. Прочие конструкции, которым в первую очередь можно отнести конструкции промышленности по применению атомной энергии во благо человечества, разнообразные конструкции радиотелескопов, лыжные трамплины и многие другие.

5. Материалы для металлических конструкций. Основные свойства сталей.

Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий легирующие добавки, улучшающие качество металла, и вредные примеси, которые попадают в металл из руды или образуются в процессе выплавки. Углерод увеличивает прочность сплава, но понижает свариваемость. В строительных сталях содержание углерода не более 0,22%.

Достоинства – сочетание прочности и пластичности, хорошая свариваемость, однородность механических свойств. Недостатки – относительно низкая коррозионная стойкость и необходимость специальной защиты стальных конструкций от коррозии, снижение пластических свойств при низких температурах, малая огнестойкость.

Алюминиевые сплавы. Достоинства – малая плотность (почти 3 раза меньше стали) при относительно высокой прочности, повышенная стойкость против коррозии и сохранение упругопластических свойств при низких температурах. Недостаток – повышенная деформативность, а падение прочностных свойств алюминиевых сплавов при температуре 300С снижает огнестойкость.

Чугун хорошо работает на сжатие и обладает высокой коррозионной стойкостью, однако малая прочность при растяжении, хрупкость материала и плохая свариваемость привели к тому, что в настоящее время чугун практически не применяется для строительства конструкций.

Основные легирующие добавки – кремний (С), марганец (Г), медь (Д), хром (Х), никель (Н), ванадий (Ф), молибден (М), алюминий (Ю), азот (А). Вредные примеси – фосфор, сера.

По прочностным свойствам стали условно подразделяются на три группы: обычной прочности (Ϭ_у<29 кН/см²), повышенной прочности (Ϭ_у=29…40 кН/см²) и высокой прочности (Ϭ_у>40 кН/см²).

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. Углеродистые стали обыкновенного качества состоят из железа и углерода с некоторой добавкой кремния и марганца.

Низколегированные стали с суммарным содержанием легирующих добавок не более 5%. Основные легирующие добавки – кремний (С), марганец (Г), медь (Д), хром (Х), никель (Н), ванадий (Ф), молибден (М), алюминий (Ю), азот (А). Вредные примеси – фосфор, сера.

По степени раскисления стали могут быть:

- кипящими, которые оказываются более загрязненными газами и менее однородными, поэтому от слитка отрезают дефектную часть, составляющую примерно 5% от массы слитка (имеют достаточно хорошие показатели по пределу текучести и временному сопротивлению, но хуже сопротивляются хрупкому разрушению и старению);

- полуспокойными, занимающие промежуточное положение. От головной части отрезается меньшая часть – 8% от массы слитка;

- спокойными, у которых от головной части отрезается примерно 15%. Она более однородна, лучше сваривается, лучше сопротивляется динамическим воздействиям и хрупкому разрушению. Однако они дороже кипящих примерно на 12%.