З середини XIX століття і понині конструкції з металу – одна з найголовніших потреб людства. Вони усюди: металоконструкції застосовують в будівництві різноманітних машин і апаратів, від батискафів до міжпланетних ракет, однак найчастіше їх використовують при зведенні різного роду великомасштабних будівель.
Металоконструкції набули такої популярності і широкого застосування завдяки поєднанню високої міцності із легкістю, особливо в порівнянні з залізобетонними виробами. Простота ж їхнього монтажу не тільки дозволяє швидко зводити навіть наймасштабніші споруди, а й при необхідності розбирати їх в одному місці, швидко переміщувати і збирати в іншому як звичайний дитячий конструктор.
Бетонний конструктив безсилий сперечатися в цьому з металоконструкціями: розібрати виготовлені з нього будови майже неможливо – їх простіше підірвати.
Різноманітність металоконструкцій – до пари областям нашого життя, де вони застосовуються. Великі вироби, в основному несучі металоконструкції, звичайні для будівництва, об'єктів архітектури великих форм та монументальної скульптури.
Металоконструкції великих габаритів застосовуються також в машинобудуванні, авіаційній, автомобільній та інших промислових галузях. Що ж до сфер застосування дрібних металоконструкцій, то перерахувати їх і дати скільки-небудь повний опис металоконструкцій такого роду неможливо через колосальність їхньої кількості. З тих же, що найближче нам в побуті, назвемо тут виробництво побутової електротехніки, меблів тощо.
Кожну цінну якість металоконструкцій обумовлює гігантська гамма їхнього застосування. Так, їхня міцність дозволяє не тільки створювати на основі несучих металоконструкцій величезні конструкції типу прольотів мостів або арочних віадуків, а й забезпечувати рівномірний розподіл навантажень на споруди, створені на їхній основі, а також виконувати захисну функцію. Ось чому тільки завдяки цим воістину незамінним виробам створюються величезні виставкові павільйони, приміщення зерно- і овочесховищ, складських комплексів; вони служать несучими елементами куполів стадіонів, басейнів, торговельних комплексів та ринків; їм зобов'язана своєю міцністю військова техніка (танки, бронетранспортери тощо), що рятує життя людей в бойовій обстановці.
Активне застосування різних видів металоконструкцій в сфері будівництва пояснюється безліччю факторів. В першу чергу – скороченням і спрощенням процесу зведення об'єктів в порівнянні з іншими методами будівництва. Міцні та надійні конструкції є частиною несучих каркасів, фасадів і покрівель, вони рівномірно розподіляють навантаження на будівлю, а також виконують захисну функцію.
Варто відзначити, що різні види металоконструкцій в будівництві застосовуються не тільки для монтажу швидкомонтованих споруд, а й для зведення залізничних мостів, систем комунікацій, невеликих архітектурних форм і т.д.
Що ж являють собою металоконструкції?
Металоконструкції, скорочено МК, – різноманітні конструкції з металів і сплавів, які використовуються в різних галузях, здебільшого у машинобудівній і будівельній.
У першій під металоконструкціями розуміють деталі, виготовлені з металевого профілю, на противагу деталям з металу, одержаних литтям і куванням; в другій – несучі елементи будівель, матеріалом яких зазвичай є найміцніший в сімействі металів – сталь.
Металоконструкції за самим своїм визначенням передбачають їхнє застосування в якості конструктивних елементів деяких системно організованих об'єктів, що збираються з них як з конструктора на підставі проекту та креслень, виконаних згідно з ним методом комп'ютерного 3D-моделювання. Таке будівництво – це оптимальний спосіб заощадити кошти без шкоди якості, адже левова частка відповідальності за нього припадає на елементи збірки, а способи їхнього з'єднання, наприклад, болтове, прості і мало залежать від кваліфікації виконавців робіт.
Влаштування металоконструкцій в залежності від їхнього різновиду та завдань може бути простим і складним. Просте влаштування металоконструкцій зазвичай там, де об'єкт будівництва зводиться з безлічі ідентичних дрібних модулів одного або невеликого числа типів. Наприклад, при складанні купола критого ринку або басейну. Складне влаштування металоконструкцій звичайне для випадків, коли перед будівельниками стоїть завдання прискореної збірки об'єкта – в такому випадку він збирається не поелементно, а блочно.
Види металлоконструкцій та їхні особливості
Особливості металоконструкцій визначають їхнє застосування. З числа видів металоконструкцій найбільш затребувані стійки, колони і балки перекриттів. Головна сфера їхнього застосування – зведення будівель і будівництво промислових об'єктів; в машинобудівній сфері вони застосовуються рідше. Головними об'єктами, що створюються за допомогою збірки з металоконструкцій, є металеві каркаси, які відносяться до класу несучих (опорних) конструкцій. Види металоконструкцій тут можуть бути плоскими, вигнутими, купольними, вони застосовуються в найширшому спектрі галузей нашого життя – від промисловості і сільського господарства до спортивних, концертних майданчики. В епоху тотального поширення мобільного зв'язку з них повсюдно збирають її ретранслятори. Перші каркаси, зібрані з металоконструкцій, були застосовані ще в XIX столітті. Сьогодні будови на їхній основі все більш витісняють капітальні будови, побудовані звичайним способом.
Ще одним популярним видом металоконструкцій великих габаритів є опори та естакади мостів і наземних переходів. Сюди ж доречно віднести незамінні в будівництві балки.
Більшість видів металоконструкцій виробляється багатосерійно на основі міжнародної системи стандартів, використання якої гарантує спільне застосування виробів різних підприємств і навіть держав для вирішення єдиного конструктивного завдання. Сировиною для виробництва металоконструкцій служать чавуни, сталі, кольорові метали і їхні сплави. У виробництві металоконструкцій вельми часто використовують алюміній, не настільки міцний як сталь, але набагато легший, що в ряді випадків робить його незамінним. Основою металоконструкцій є металопрокат, обробка якого виробляється холодними методами – згинанням, нарізанням, свердлінням, – до повної готовності деталей до складання.
Міцність металовиробів, одержуваних складанням металоконструкцій, визначається властивостями металу з якого вони виготовлені, та способу / способів їх з'єднання - зварного, штампувального, болтового, кувального або клепкового. Слід зазначити, що кування і клепка відносяться до числа досить специфічних і рідкісних – промислового значення вони позбавлені.
Металоконструкції поділяють на групи за безліччю критеріїв: технологією виготовлення (литі, штамповані та ін.), конфігурацією, габаритами тощо. На практиці величезну роль грає розподіл металоконструкцій за сферами їхнього застосування.
Класифікація за елементним складом поділяє металоконструкції на прості і складні. Прості металоконструкції утворені невеликим числом елементів (в межах одного), а складні, відповідно, багатоелементні та складно організовані. Застосовують складні металоконструкції там, де немає можливості збирати складні структури з простих елементів – тоді на місце завозять багатоелементні блоки і швидко монтують виріб з них.
Класифікація металоконструкцій за використанням розрізняє три їх типи: суцільнолиті, розраховані на стаціонарне застосування; збірно-розбірні – конструкції, що застосовуються для багаторазового збирання-розбирання об'єктів та їхнього перевезення; трансформовані – подібні до попереднього типу, але дозволяють при черговому монтажі створювати споруди інші за формою і розмірами (такими властивостями володіє конструктор в його класичному «дитячому» вигляді).
За призначенням металоконструкції поділяються на дві великі групи: несучі металоконструкції, до числа яких відносяться конструкції каркасні, що формують остов (несучу основу) споруд; і огороджувальні, до яких відносять сендвіч-панелі, панелі, фасадні та різного роду запірні пристрої і огорожі.
За матеріалом металоконструкції поділяють на чавунні (за сукупністю марок чавунів), сталеві (за сукупністю марок сталей, переважно низьколеговані і вуглецеві), а також виготовлені з кольорових металів і сплавів.
Класифікація металоконструкцій за методом виготовлення і збірки розрізняє конструкції: зварні – одержані за технологією зварювання елементів; штамповані – одержувані штампуванням з металевих листів; болтові / гвинтові – виготовляються посередництвом скручування і стяжки болтами або гвинтами; ковані – вироблені шляхом гарячого кування; клепані – виготовляються за допомогою клепання; комбіновані – всі види спільного застосування різних методів з'єднання елементів в одному виробі – зварювально-литі, зварювально-болтові і т. д.
Переваги та недоліки сучасних металоконструкцій
Металоконструкції, вироблені в наші дні, мають велике число достоїнств, але, безперечно, найважливіше з них – висока стійкість до механічних впливів і навантаження, що має значення у всіх без винятку областях застосування. Іншою їхньою перевагою є стійкість до впливів зовнішнього середовища – атмосферного (вологість повітря, температурні перепади) і антропогенного (ряду хімічних агентів, присутності яких в атмосфері здатний протистояти метал).
Обидві ці якості обумовлені структурними особливостями металу, завдяки яким вони довговічні і надійні у використанні. Металоконструкції часом служать людям без ремонту і обслуговування десятки років. Приклад не потрібно довго шукати: досить згадати тут Ейфелеву вежу.
Головний недолік металоконструкцій – їхня схильність до корозії. Найпростішим прикладом є іржавіння сталі – утворення на її поверхні пухкої плівки оксиду заліза під спільною дією кисню повітря і води. Ще сильніший руйнівний вплив на метал мають деякі промислові гази.
Найпростіший спосіб продовжити життя виробів з металу – фарбування, яке знижує деструктивну дію середовища. Не менш ефективні емалювання, цинкування (як рід так званого протекторного захисту: механічний захист + захист електрохімічний) і покриття металоконструкцій полімерними плівками (ПВХ, поліпропілен та ін).
Одним з найпотужніших способів захисту металоконструкцій є порошкове фарбування. Цей метод простий і надійний, чим і пояснюється його висока популярність.
Але головний спосіб придушення корозійних процесів це легування – введення в сплави домішків, які знижують корозію. Найвідомішим продуктом такої обробки є нержавіючі сталі, залізна основа яких захищається присутністю в їхньому складі нікелю і хрому.