Краткая история развития металлических конструкций

СОДЕРЖАНИЕ

1 ВВЕДЕНИЕ

Краткая история развития металлических конструкций

Понятие металлические конструкции (МК) включает в себя их конструктивную форму, технологию изготовления и способы монтажа. Уровень развития МК определяется потребностями народного хозяйства и возможностями технической базы (металлургия, металлообработка, строительная наука и техника).

Условно, история развития МК разделена на пять периодов, а также отмечают три характерных этапа в развитии конструктивных форм МК.

Первый этап – дореволюционный включает в себя четыре периода, когда создание конструктивной формы подчинено требованию экономии металла и основывалось на успехах практических достижений строительной механики конца ХIX – начала ХХ веков, обеспечивающих получение оптимальных схем.

1-й период (с ХII до начала ХVII в) характеризуется применением металла в уникальных сооружениях – дворцы, церкви и т.п. в виде затяжек и скреп для каменной кладки. Затяжки выковывали из железа и скрепляли через проушины штырями.

Примеры:

- затяжка Успенского собора во Владимире (1158);

- МК, поддерживающие потолок и пол чердака храма Василия Блаженного (1560). Первая известная конструкция из стержней, работающих на растяжение, изгиб и сжатие. Затяжки укреплены подкосами для облегчения работы на изгиб. Еще тогда конструктор знал, что для затяжек, работающих на изгиб, надо применять полосу поставленную на ребро, а подкосы – делать квадратного сечения.

2-й период (с начала ХVII до начала ХVIII в) связан с применением наклонных стропил и пространственных купольных конструкций глав церквей. Стержни выполнялись из кованных брусков и соединены на замках и скрепах.

Примеры:

- каркас купола колокольни Ивана Великого (1603);

- перекрытие большого Кремлевского дворца (1640);

- перекрытие пролетом 18 м над трапезной Троицко-Сергиевской лавры (1698);

- купол Казанского собора пролетом 15 м (1805).

3-й период (с начала ХVIII до середины XIX в) связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся мосты, перекрытия гражданских и промышленных зданий. Соединения чугунных элементов на замках или болтах.

Примеры:

- первой чугунной конструкцией в России считается перекрытие крыльца Невьянской башни на Урале – 1725г.;

- в Петербурге построен первый чугунный мост (1784);

- уникальная чугунная конструкция купола Исаакиевского собора (40-ые годы XIX в);

- чугунная арка пролетом 30 м Александринского театра в Петербурге (1827-1832);

Николаевский мост в Петербурге с восемью арочными пролетами от 33 до 47 м, являющийся самым крупным чугунным мостом мира (50-е г. XIX в).

Наклонные стропила трансформируются в железочугунные треугольные фермы со стержнями прямоугольного или круглого сечения. Затем, оценили профили и изготовляли гнутьем или ковкой нагретых полос уголки и швеллеры.

4-й период (с 30-х г XIX в до 20-х г ХХ в) связан с быстрым техническим прогрессом во всех областях техники, в том числе металлургии и металлообработке. В конце 80-х годов – выплавка железа из чугуна в мартеновских и конвертерных печах, появились заклепочные соединения. 40-е годы – освоен процесс получения профиля и проката, сталь вытеснила чугун.

Конструктивная форма ферм совершенствуется – раскосные фермы, узлы выполнялись на заклепках, стали применяться решетчатые каркасы промзданий (ПЗ), рамно-арочные перекрытия значительных пролетов.

Примеры:

- покрытие Сенного рынка в Петербурге пролетом 25 м (1884);

- Гатчинский вокзал (1890);

- Варшавский рынок пролетом 16 м (1891);

- дебаркадер Киевского вокзала в Москве (1913-1914) акад. В.Г.Шухов.

Во второй половине XIX в развитие получило мостостроение. Основателями школы являются:

- инженер С.В. Кербедз (1810-1899), построил первый железный мост через реку Лугу (1853), автор самого крупного чугунного моста в Петербурге;

- профессор Н.А. Белелюбский (1848-1922), впервые применил раскосную решетку ферм, разработал первый в России металлический сортамент прокатных профилей, написал первый систематизированный курс по строительной механике;

- профессор Л.Д. Проскуряков (1858-1926) ввел в фермы треугольную и шпренгельную решетки, мост через Енисей и др.;

- профессор Ф.С. Ясинский (1858-1899) первый запроектировал многопролетное промышленное здание, разработал большепролетные складчатые и консольные конструкии покрытий;

- академик В.Г. Шухов (1853-1939) первый в мире разработал и построил пространственные решетчатые конструкции, возведение покрытий в виде висячих систем, резервуаростроение и др. листовые конструкции.

- профессор И.П. Прокофьев (1877-1958) первая монография по изготовлению и монтажу МК. Запроектировал уникальные большепролетные покрытия.

Второй этап – после революционный. Здесь конструктивная форма МК принималась на основе минимального веса. Осуществлялся переход от кустарных способов изготовления и монтажа к механическим и индустриальным методам ведения работ. Рост объемов строительства делали острой проблему существенного увеличения производства МК и снижение трудоемкости их изготовления. Здесь, наряду с экономией металла, предъявляются требования снижения трудозатрат при производстве и возведении, обеспечение необходимой долговечности при существенных ужесточающих условиях и режимах эксплуатации.

Третий этап – послевоенный. (80- начала 90г) конструктивные формы МК испытывали влияние трех воздействий:

- спрос народного хозяйства на МК;

- развитие сборного ЖБ как конкурент;

- ужесточение требований к МК как следствие развития науки и техники, возникновение новых производств и технологий, создание новых материалов.

Указанные (2-й – 3-й) этапы развития конструктивной формы МК происходили в пятом периоде развития МК.

Пятый период – начинается с 20-годов.

Основные характеристики периода:

- широкая программа индустриализации страны;

- клепанные конструкции полностью заменены сварными;

- развитие металлургии позволило применять в МК более прочную низколегированную сталь (кремнистая), номенклатура их значительно расширилась, что снизило вес МК и создавались сооружения больших размеров;

- рост производственной базы МК (заводы и специализированные монтажные организации – «Главстальконструкция»), объем МК с 1930г – по 1980г. увеличился в 20 раз;

- организация проектных, научных и производственных коллективов – Проектстальконстукция, Промстройпроект, ЦНИИПС (преобразован в ЦНИИСК), ЦНИИПСК, ВНИПИП (Промстальконструкция) исследование и проектирование монтажных работ; ВНИКТИСК – технология изготовления МК;

- начало 30-х г оформление советской школы проектирования МК – оптимальные формы, развитие всех видов МК, снижение трудоемкости изготовления и монтажа, экономия стали – это основные задачи школы;

- строительство промзданий, типизация, развитие листовых конструкций, высотных сооружений, развитие методов расчета конструкций.

- 1950 г. – разработан метод расчета МК по предельным состояниям (ПС), использование ЭВМ с системами САПР.

Успехи в развитии МК достигнуты благодаря творческим усилиям коллективов НИИ и ПИ, возглавляемых ведущими учеными:

- профессор Н.С. Стрелецкий (1885-1967), он 50 лет возглавлял советскую конструкторскую школу металлостроения;

- профессор Е.О.Патон (1870-1953) – развитие мостостроения, заслуги в области электродуговой сварки, организовал в Киеве ИЭС;

- профессор Н.П. Мельников – руководил много лет ЦНИИПСК.