Технологии изготовления и виды металлоконструкций

Без металлоконструкций немыслимо современное строительство, мостостроение, оборудование производственных цехов, возведение путепроводов и эстакад. Они используются во многих сферах, и для каждой из них характерны свои модели, которые отличаются особенностями производства и сборки. Сейчас мы рассмотрим, по каким признакам классифицируют металлоконструкции и как их виды соотносятся с технологиями изготовления. Ведь в зависимости от способа производства различные изделия, выполненные из одного и того же материала, могут отличаться по прочности, стойкости к вибрационным нагрузкам и т. д.

Основные виды металлоконструкций

Как правило, для изготовления строительных, дорожных и промышленных конструкций используются разные марки алюминия и стали. Другие металлы применяются редко — лишь для узкого ряда специальных изделий.

Алюминиевые конструкции отличаются легким весом, долговечностью (срок службы — более 80 лет), стойкостью к коррозии и другим внешним воздействиям. Но, по сравнению со стальными, они имеют меньшую несущую способность. Поэтому каркасные сооружения чаще изготавливаются из стали.

Стальные конструкции более прочны, отличаются высокой плотностью, сравнительно малой теплопроводностью. Их минусом является подверженность коррозии (без специальных покрытий) и больший вес.

Классификация по назначению:

• несущие;
• декоративные;
• ограждающие.

Несущие металлоконструкции используются для монтажа каркасов зданий, промышленных сооружений, мостов, эстакад и т. д. Ограждающие сооружения в основном предназначены для создания замкнутых периметров. У них меньше требований к прочности, однако они более подвержены воздействиям внешней среды — повышенной влажности, перепадам температур и т. д. У декоративных же изделий на первый план выходит эстетика, способность длительно сохранять привлекательный внешний вид.

Классификация по принципу изготовления:

• цельнолитые и штампованные;
• разборные.

Как правило, цельнолитые конструкции, благодаря отсутствию соединений и швов, выигрывают в прочности, стойкости к разного рода нагрузкам. Но их изготовление связано с определенными сложностями — для каждого вида нужны отдельные формы.

Разборные металлоконструкции состоят из отдельных деталей: балок, труб, уголков, швеллеров — за счет чего они проще в производстве и транспортировке. Кроме того, разборные сооружения могут быть изготовлены с возможностью трансформации. Это значит, что одно и то же изделие, в зависимости от способа сборки, будет выполнять разные функции.

Классификация по технологии изготовления:

• сварные;
• винтовые и болтовые;
• клепаные;
• комбинированные.

Разборные конструкции могут монтироваться разными способами. Конкретный вид соединения выбирают в зависимости от назначения и условий будущей эксплуатации, поскольку он влияет на свойства изделия. Например, для несущих металлоконструкций (опор, балок, ферм) важна прочность и стойкость к ветровым нагрузкам, а для оболочечных (контейнеров, газгольдеров) важнее герметичность швов.

Технологии сборки металлоконструкций

Соединения элементов конструкции бывают подвижными (когда один элемент перемещается относительно другого) и неподвижными, а также разъемными и неразъемными. Примерами неподвижных и неразъемных соединений являются сварные и клепаные, в то время как болтовые и винтовые имеют разъемный характер.

Сварные соединения

Для металлов одной из самых популярных технологий монтажа является сварка, которая обеспечивает прочность и герметичность швов. Существуют разные виды сварных металлоконструкций — балки, корпуса, обрешетки, фермы, резервуары и т. д. Все они имеют такие преимущества, как высокая жесткость, стойкость к вибрационным и ударным нагрузкам, за счет чего часто используются в строительной сфере, в машиностроении, на производстве.

Сварка может быть односторонней и двусторонней, однослойной и многослойной, с непрерывным или точечным швом. Также швы разливают по форме: плоские, выпуклые и вогнутые. Каждый вид имеет свои особенности, например, для статических нагрузок предпочтительнее выпуклые швы, а для динамических — плоские либо вогнутые.

Винтовые и болтовые соединения

У винтовых и болтовых металлоконструкций главным плюсом является быстрота монтажа и возможность многократной сборки-разборки. Этим они выгодно отличаются от сварных и клепаных. Такая технология изготовления полезна в тех случаях, когда изделие часто перевозят с места на место. Однако минус этого варианта — невысокая стойкость к вибрациям.

Выделяют болты грубой и повышенной точности, последние отличаются лучшей работой на срез, меньшей деформативностью. В связи с более низкими характеристиками болты грубой точности используют, как правило, в тех монтажных узлах, где один элемент опирается на другой.

Клепаные соединения

В отличие от болтовых, клепаные соединения устойчивы к динамическим вибрационным нагрузкам, обладают более высокой жесткостью, не ослабевают со временем. Но работа по засверливанию отверстий и установке заклепок занимает немало времени. Кроме того, наличие отверстий может снизить прочность изделия в целом. Если эта характеристика очень важна, предпочтительнее использовать сварку.

Вместе с тем, у заклепок есть уникальные плюсы. Во-первых, они помогают скрепить трудно свариваемые металлы, а во-вторых, подходят для изделий, которые нежелательно нагревать. С помощью заклепочных соединений изготавливают даже герметичные резервуары и емкости для эксплуатации под давлением.

Ни одну из технологий монтажа нельзя назвать универсальной. В зависимости от назначения конструкции каждая из них может стать оптимальным решением. Нередко в изделиях часть узлов имеет болтовые соединения, часть — заклепочные либо сварные. Используются и комбинированные варианты — например, когда клеевой шов дополнительно укрепляют винтами, заклепками, точечной сваркой.