Алюминиевые конструкции

Началом применения алюминия' в строительстве можно считать установку алюминиевого карниза на зданйи Life Building в Монреале в 1896 г. и алюминиевой кровли на двух культовых зданиях в Риме в 1897-1903 гг.. При реконструкции городского моста в Питсбурге (США) в 1933 г. впервые несущие элементы проезжей части моста были выполнены из алюминиевых швеллеров и листа, которые ус­пешно эксплуатировались 34 года. В отечественном строительстве алюминиевые конструкции впервые были применены в начале пяти­десятых годов в оборудовании исследовательской станции " Северный полюс" и здания альпинистов на Кавказе.

Более широкое применение алюминий получил за рубежом, при­чем в сфере строительства используется до 27% общего потребления алюминия в этих странах. Производство алюминиевых строительных конструкций в них сосредоточено на крупных специализированных заводах мощностью 30-40 тыс. т в год, обеспечивающих выпуск раз­нообразной продукции высокого качества.

Наиболее эффективными из них являются: панели наружных стен и покрытий бескаркасного типа, подвесные потолки, сборно- разборные и листовые конструкции. Значительная часть экономиче­ского эффекта достигается за счет сокращения транспортных и экс­плуатационных расходов в связи с повышенной коррозионной стой­костью и легкостью алюминиевых конструкций по сравнению с ана­логичными конструкциями из стали и железобетона.

В несущих конструкциях применение алюминия экономически нецелесообразно, за исключением большепролетных покрытий и слу­чаев повышенной агрессивности среды. Это связано с низким моду­лем упругости алюминия, вследствие чего приходится увеличивать размеры сечений элементов и самих конструкций, чтобы обеспечить их необходимую жесткость и устойчивость. При этом недоиспользу­ется прочность алюминия. Кроме того, алюминий имеет пониженную цикловую выносливость и температурную стойкость по сравнению со сталью.

Эти недостатки могут быть преодолены (учитывая высокие пла­стические свойства алюминия) путем создания пространственных, в том числе стержневых и висячих конструкций, применения гнутых элементов, штамповок и гофрированных листов, выполняющих одно­временно с ограждающими и силовые функции. На рис. 19.3 и рис.

Краткая форма термина «алюминиевые сплавы».

19.4 представлены основные типы гнутых и прессованных алюми­ниевых профилей, используемых в различных листовых, панельно- каркасных и других конструкциях.

а)

V/ bwb

vaG

J\d jt^

vy U С

Рис. 19.3. Алюминиевые гнутые профили из листового проката: а) открытые простыб стержни; б) открытые сложные стержни; в) гоф­рированные листы с различной формой гофра (/ - желобчатый; 2 - мембранный; 3 - волнистый; 4 - ребристый; 5 - корытный; г), д) замкнутые многополостные профили

б),

* " V т

ПП

ИхтК

Рис. 19.4. Типы прессованных профилей а) сплошные; б) открытые; в) полуоткрытые; г) полые (замкнутые); д) прессованные панели; е) замковые соединения парных профилей; ж) соединения профилей на защелках

Алюминиевые оконные блоки и витражи по сравнению с деревянными существенного экономического эффекта, в том числе в условиях Крайнего Севера, не дают. Несмотря на это они имеют лучшие функциональные свойства, внешний вид и высокую

долговечность, предопределяющие целесообразность их широкого применения во всех видах строительства.

Ограждающие алюминиевые конструкции стен и покрытий могут выполняться двумя способами: из панелей полной заводской готовности или из профилированных или гладких листов, утепляемых или не утепляемых в процессе строительства. Последние относятся к неотапливаемым производственным зданиям и складам. Оба способа имеют свои преимущества и недостатки. Простота и скорость монтажа панелей заводской готовности проти­вопоставляются отсутствию заводского передела в случае ис­пользования плоских или профилированных лент. Зато усложняется монтаж утеплителя. При сборном строительстве возникает проблема надежности стыков, особенно профилированных листов; при ленточ­ном - монтажа и натяжения лент при больших пролетах.

В отечественном строительстве наибольшее применение пока по­лучил первый панельный способ. Стеновые и кровельные панели обычно состоят из двух тонких гладких или профилированных лис­тов алюминия, между которыми находится утеплитель. По контуру панели в большинстве случаев устанавливаются ребра, создающие каркас. Один из листов алюминия (обычно внутренний) может быть заменен на клееную фанеру, асбоцементные или пластмассовые лис­ты, ДСП и ДВП. В качестве утеплителя используются минераловат­ные плиты, пенопласт ПСБ, ПВХ, ПСБ-С и пенополиуретан, вспени­ваемый между обшивками в ходе технологического процесса. Утеп­литель приклеивается к алюминиевым листам эпоксидным или кау­чуковым клеем и включается в работу панели. Размеры панели 6х1, 5х(0, 05-0, 15)м, 6, 6хЗх(0, 05-0, 2) м и более. Толщина алюминие­вых листов обшивки-1-2, 5 мм. Рекомендуемые марки алюминиевых сплавов для их изготовления - АМг2М, АМг2Н2, АД31Т1(4-5), 1915.

За рубежом клееные трехслойные каркасные и бескаркасные пане­ли типа " Сэндвич" готовят на потоке в индивидуальных формах или непрерывным способом в виде сплошной ленты, разрезаемой в конце автоматической линии на изделия заданных размеров. Для повышения атмосферостойкости и улучшения внешнего вида листы алюминия анодируют или окрашивают полимерными составами в разные цвета. Для повышения жесткости и качества панелей алюминиевым листам задается предварительное напряжение, осуществляемое механическим способом. Это позволяет включить обшивку в работу каркаса панели, увеличить расстояние между ребрами, устранить волнистость листов и обеспечить лучший клеевой контакт с утеплителем.

Рис. 19.6. Утепление стенового ограждения из гофрированных листов плитным утеплителем: 1 - гофрированные листы; 2 - vтeплитeль

В промышленном строительстве для стен и покрытий широко применяются алюминиевые листы с продольной и попереч­ной профилировкой. Длина листов 10-30 м и более, ширина - 0, 58-1, 6 м, толщина - 0, 3-1, 62 мм. Листы с поперечной профилиров­кой, типа «Фуррал», Snap-rib, Zip-rib для кровельных покрытий, применяются в строительной практике США, Англии, ФРГ, Швей­царии и других странах. Для этой кровли применяется мягкий алю­миниевый сплав АМц. Листы транспортируются в рулонах. На строительстве их раскатывают и крепят к деревянной обрешетке (рис. 19.5, рис. 19.6).

Рис. 19.5. Крепление листов типа " Фуррал" к деревянной обрешетке: 1 - деревянная обрешетка; 2- листы " Фуррал"; 3 - крепежная полоса

Отечественный опыт изготовления листов с поперечной профи­лировкой отличается от зарубежного полной заводской готовностью рулонного ограждения, включая утепление (рис. 19.7). Особенно эффективны ограждения производственных зданий из гладких пред- напряженных алюминиевых листов. Стоимость их на 20-30% мень­ше профилированных, а полезная площадь на 25-35% больше. Утеп­литель типа поролона с фактурным слоем, выполняющим роль па- роизоляцки, наклеивается на листы в заводских условиях или нано­сится на поверхность листов в процессе их монтажа, как, например, в Италии и Японии, где для этого используется вспениваемый пено­полиуретан или вспененный состав на основе битума толщиной 6-8 мм.

Сборно-разборные алюминиевые конструкции при­меняют для строительства про­изводственных, жилых и общест­венных зданий и поселков город­ского типа в труднодоступных районах и на Крайнем Севере, куда доставляются авиатранспор­том. По сравнению с традицион­ными материалами и конструк­циями масса зданий уменьшается почти в 20 раз, срок строительства в 4 раза, а сметная стоимость 1 м" полезной площади - на 15-20%. При увеличении оборачиваемости сборно-разборных конструкций экономический эффект существенно возрастает.

Подвесные потолки из алюминия по технико-эко­номическим показателям и множеству выполняемых функций (де­коративно-акустической, архитектурно-планировочной, вентиля­ционной, осветительной, санитарно-гигиенической и др.) выгодно отличаются от подвесных потолков из гипса, асбестоцемента, мине- раповатных плит типа «Агмигран» и других материалов. Они легче, не коробятся, не пылят, не требуют ремонта, поддаются любому формообразованию и цветному анодированию, выполняющему роль антикоррозионной защиты.

Резервуары из алюминия изготовляют двух типов: для хра­нения жидких агрессивных веществ (сернистой неф ж и нефте­продуктов, уксусной, концентрированной азотной и других кислот); для хранения сжиженных газов. Резервуары, построенные в разное время в разных странах, имеют объемы от 500 м³ до 3500 м³ и нахо­дятся в хорошем состоянии.

Рис. 19.7. Конструкция трех­слойной рулонной панели: / - гофрированный лист (несущий); 2 - эластичный утеплитель; 3 - де­коративный лист (внутренний); а - длина гофрированного листа; 6- ширина панели; R- радиус изги­ба панели

Трубопроводы напорные и безнапорные из алюминия ма­рок АМг2М, АД31Т, 1915, 1915Т используются для транспортировки нефти и газа, полупродуктов пищевой и химической промышленно­сти, перекачки строительных растворов и бетонов. Дуралюминиевые трубы диаметром 38-50 мм используют для устройства сборно- разборных лесов и подмостей. Применяют обычно трубы бесшовные и электросварные диаметром до 200 мм. При прокладке в грунтах трубы защищают от коррозии битумно-резиновой мастикой и поли­мерными материалами.

Практика строительства имеет положительные примеры использо­вания алюминия также в вентиляционных и дымовых трубах для от­ведения сернистых газов, агрессивных при конденсации по отноше­нию к стали.

Соединения элементов алюминиевых конструкций осу­ществляются:

- аргонодуговой электросваркой с применением неплавящегося (вольфрамового) и плавящегося электродов;

- электроконтактной сваркой (для тонких листов);

- на заклепках для элементов из упрочненного алюминия и деталей разной толщины. Клепка производится в холодном состоянии во из­бежание зазоров и интеркристаллитной коррозии, наблюдающихся при горячей клепке;

- на оцинкованных и кадмированных болтах, винтах и прокладках;

- на клею в болтовых соединениях, замках и защелках.

Вопросы для самоконтроля

1. В каких случаях целесообразно применять металлические кон­струкции в зданиях и сооружениях?

2. Перечислите сравнительные характеристики стали, чугуна и алюминия.

3. Назовите основные виды стальных конструкций и их первичных элементов.

4. Как подразделяются стали по направлениям их использования в различных климатических районах?

5. Перечислите основные конструктивные формы применения алюминия в строительстве; в чем специфика по сравнению с анало­гичными по назначению стальными конструкциями?

Дополнительная литература

1. Белеия Е.И. и др. Металлические конструкции. - М.: Стройиздат, 1986.

2. Трофимов В.И. и др. Алюминиевые конструкции в про­мышленном строительстве. - М.: Стройиздат, 1972.

3. Грибов В.И. и др. Экономическая эффективность и перспективы применения в строительстве конструкций из алюминиевых сплавов. - М.: Стройиздат, 1976.

Глава XX. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ § 1. Общие сведения

Железобетон - это композиционный строительный материал, в

котором соединены в единое целое бетон (матрица) и стальная арма­тура.

Бетон обладает способностью, присущей большинству искусст­венных и природных каменных материалов: хорошо работать на сжатие, но плохо сопротивляться растяжению. Так, прочность бето­на при растяжении составляет всего лишь около 1/10-1/17 его проч­ности на сжатие. Поэтому растянутую зону конструкций армируют стальной арматурой, которая воспринимает растягивающие напря­жения. Совместной работе бетона и стальной арматуры способствует хорошее сцепление между ними и близость коэффициентов темпера­турного расширения; бетон к тому же защищает арматуру от коррозии.

Железобетонные конструкции изготовляют с обычной и пред­варительно напрю/сенной арматурой. Основная идея предваритель­ного напряжения железобетонных конструкций заключается в том, что при изготовлении бетон искусственно обжимается. Благодаря этому бетон растягивается только тогда, когда будут преодолены созданные обжатием сжимающие напряжения. Если они превосходят растягивающие напряжения от нагрузки, то можно избежать образо­вания трещин в бетоне.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции бо­лее эффективны, чем обычные. В них полнее используется несущая способность арматуры и бетона, поэтому уменьшается масса изде­лия. Вместе с тем предварительное обжатие препятствует образова­нию трещин в растянутой зоне.

Железобетонные конструкции подразделяют на сборные и моно­литные. Сборные железобетонные конструкции монтируют на строительной площадке из отдельных элементов, изготовленных на заводах и полигонах. Монолитные железобетонные конструкции бе­тонируют на месте строительства.

Железобетон был изобретен во Франции в середине прошлого века и начали его применять в сборном варианте - небольшие изделия про­стого сечения: перемычки оконных проемов, балки, плиты пере­крытий. Но затем широко железобетонные конструкции стали приме­няться в монолите. Впервые железобетон в России применили в 1891 г. на строительстве торговых рядов в Москве (переходные мостики в здании ГУМа). С конца 20-х годов у нас на стройках использовали как монолитный, так и сборный железобетон. С конца 50-х годов преимущественное развитие получил сборный железобетон, по всей стране были построены специальные заводы по производству раз­личных бетонных и железобетонных изделий и конструкций, иногда в ущерб развития монолитных конструкций. В западных странах предпочтение всегда отдавалось монолитному строительству. В по­следние годы в России применение монолитного железобетона зна­чительно расширилось.

Каменные конструкции - это один из наиболее древних видов конструкций, чему подтверждение многочисленные архитектурные памятники во многих странах мира. Каменные конструкции долго­вечны, огнестойки, изготавливаются из местного сырья. К недостат­кам надо отнести: большую собственную массу и высокую тепло­проводность (плотные материалы), ручной труд для кладки.

Для увеличения несущей способности каменной кладки ее усили­вают арматурой. Такую кладку называют армокаменной. Это дает возможность значительно расширить область применения каменных материалов в строительных конструкциях.