1. Краткий исторический обзор развития и применения металлических конструкций

Металл как конструкционный материал в строительстве стал применяться в России в период от XII до начала XVII в. в виде затяжек, скреп при возведении каменных дворцов и церквей. Затяжки выковывали из железа и скрепляли их через проушины при помощи штырей.

Период от начала XVII в. до конца XVIII в. характеризуется применением металлических кованых брусков в качестве элементов наслонных стропил и пространственных купольных конструкций глав церквей. При строительстве храма Василия Блаженного в Москве (1560 г.) была применена первая металлическая конструкция для поддержания каменного потолка над коридором. Эта конструкция состояла из стержней, работающих на растяжение, изгиб и сжатие. Уже в те времена конструктору было известно, что для затяжек, работающих на изгиб, следует применять металлические полосы, поставленные на ребро, а для подкосов, работающих на сжатие, - стержни квадратного сечения.

Период от начала XVIII в. до середины XIX в. связан с освоением процесса литья чугунных изделий. В этот период строились чугунные мосты и конструкции покрытий гражданских и промышленных зданий с применением наслонных стропил. Соединения чугунных элементов осуществлялись при помощи замков или болтов. Крыльцо Невьяновской башни на Урале было перекрыто при помощи чугунных балок длиной 12 м, усиленных снизу железными коваными стержнями (1725 г.).

Первый чугунный мост построен в Петербурге в 1784 г. Уникальной чугунной конструкцией является купол Исаакиевского Собора (1840 г.), собранный из отдельных косяков в виде сплошной оболочки. Наружная оболочка купола, придающая ему заданную архитектурную форму, опирается на чугунную конструкцию при помощи легкого железного каркаса. Чугунная арка пролетом 30 м применена в перекрытии Александрийского театра в Петербурге (1827-1832 гг.). Самым крупным мостом в мире является построенный в 1850 г. мост в Петербурге с восемью арочными пролетами от 33 до 47 м.

На смену наслонным железным стропилам постепенно приходят смешанные железо-чугунные фермы треугольного очертания, у которых сжатые стержни делались из чугуна, а растянутые – из железа. В узлах элементы соединялись через проушины на болтах.

Понимая преимущества фасонного профиля, конструкторы того времени вместо стержней квадратного и круглого сечений начали применять стержни уголкового или швеллерного профилей, которые изготовлялись гнутьем или ковкой нагретых полос.

В 40-х годах XIX в. был освоен процесс получения профильного металла и прокатного листа, а изобретение дыропробивного пресса в значительной степени способствовало применению заклепочных соединений. Сталь, будучи более совершенным материалом, почти полностью вытеснила из строительных конструкций чугун. До конца XIX в. в России промышленные и гражданские здания перекрывались главным образом треугольными фермами. Узловые соединения в металлических фермах вместо болтовых соединений делались заклепочными.

Для перекрытия зданий пролетом более 15 м в конце XIX в. стали применяться решетчатые каркасы рамно-арочной конструкции. Наибольшего совершенства рамно-арочная конструкция достигала в покрытии Киевского вокзала, построенного в 1913 г. а Москве по проекту В.Г. Шухова.

В связи с ростом сети железных дорог и успехами, достигнутыми в производстве стали, во второй половине XIX в. значительное распространение получило строительство металлических мостов с решетчатыми треугольными и шпренгельными фермами и фермами Гау-Журавского.

Использование в строительстве прокатного металла открыло перспективы в развитии деревянных конструкций и способствовало созданию в первой половине XIX в. металло-дере-вянных конструкций, широко применяемых до наших дней. Примером этого могут служить мосты многораскосной системы с железными тяжами Петербурго-Московской (Октябрьской) железной дороги, построенной в 1842-1851 гг.

В.Г. Шухов первый в мировой практике разработал пространственные решетчатые конструкции покрытий и башен различного назначения.

Индустриализация страны и реконструкция промышленности (1928-1939гг.) потребовали осуществления большой программы капитального строительства. В это время многочисленные предприятия строятся с применением железобетона, часто сочетаемые с деревянными конструкциями.

Развитие металлургической и машиностроительной промышленности потребовало строительства большепролетных высоких зданий с мощными мостовыми кранами.

С середины 30 годов XX в. в металлических конструкциях стали применять более прочную низколегированную сталь. К концу 40-х годов клепаные конструкции почти полностью были заменены более экономичными сварными.

Огромный размах строительства после Великой Отечественной войны, связанный с восстановлением народного хозяйства и решением задач по развитию промышленности и сельского хозяйства, потребовал еще большего внедрения индустриальных методов возведения зданий и сооружений с применением сборных элементов заводского изготовления. Была создана новая отрасль народного хозяйства – промышленность сборного железобетона, ставшая основной базой капитального строительства. В этот период металлические конструкции не утратили своего прежнего значения, однако их развитие происходило более низкими темпами.

Развитие металлических конструкций в 50-60-х годах осуществлялось на основе принципов советской школы проектирования, принятых еще в довоенный период – экономия стали, упрощение технологии изготовления, ускорение монтажа. Для этих лет характерным является применение стали в сооружениях больших размеров с тяжелыми технологическими нагрузками, что сохраняется и в настоящее время.

Это направление положило начало индустриальному изготовлению металлических конструкций с широким использованием принципов унификации и стандартизации их элементов.