Лекции по метални конструкции, Рангелов 2023

ВЪВЕДЕНИЕ В СТОМАНЕНИТЕ КОНСТРУКЦИИ

1. Основни понятия

Строителната конструкция е цялостният пространствен носещ скелет на сградата или съоръжението, който осигурява реализирането на произтичащите от функцията форма и обем на сградата, и същевременно поема с достатъчна сигурност очакваните (предписаните) натоварвания и въздействия. Следователно строителната конструкция е преди всичко носеща.

Стоманените (не стоманени !!!) конструкции следват общите принципи на конструктивното инженерство, но имат и специфични особености, свързани с тяхната композиция (от какви елементи и как са съставени, т.е. „композирани“), конструктивна форма, детайлиране, производство, монтаж, контрол и т.н.

Много важен е началният етап на концептуално проектиране, при който се решава конструктивната композиция - начинът и принципите, по които цялостната конструкция е изградена от конструктивни елементи, така че да е в състояние да поема всякакви въздействия във всички направления. По-голямата част от стоманените конструкции са композирани от подходящо комбинирани равнинни системи. По-рядко се срещат изцяло пространствени конструкции (кули, резервоари).

Стоманените конструкции са сглобяеми. Те са съставени от конструктивни елементи -основните структурни единици, изграждащи конструкцията. Такива са пръти, греди, колони, укрепващи елементи и т.н. Ще ги идентифицираме по вид в зависимост от напрегнатото им състояние, а не според функцията или положението им в пространството. Следователно трябва да познаваме поведението им в зависимост от напрегнатото им състояние, за да можем да ги проектираме.

Елементите изграждат цялостната конструкция като се свързват помежду си в конструктивни възли чрез съединения. Затова трябва да познаваме работата на различните съединения -заварени и болтови, и да можем да ги изчисляваме при различни конфигурации и напрегнато състояние. За разлика от теоретичните възли в механиката, конструктивните възли са реални, поради което трябва да бъдат адекватно конструирани. Конфигурацията на възела трябва да осигурява пълен път на действащите усилия с достатъчна носимоспособност.

Най-често цялостната конструкция може да се декомпозира на отделни конструктивни системи, например системата на пространственото укрепяване на една сграда, подова конструкция като гредова система и т.н. В крайния етап на лекционния курс ще обърнем основно внимание на конструкциите на едноетажни сгради - конструктивната композиция и съответните съставящи я конструктивни системи, като анализираме различни варианти. Това е една характерна и конкурентна област на приложение на стоманените конструкции.

Всъщност, в исторически план металните конструкции са доста стари, желязото е материал, познат от древността. В строителството метални конструкции се появяват през XVIII век, първоначално за мостове. Например, показаният на снимката Iron Bridge над река Severn в Англия е с отвор около 30 m и е построен през 1777-79 от чугун. Чугунът е желязовъглеродна сплав с относително високо въглеродно съдържание, поради което има висока якост и твърдост, но е крехък и трудно обработваем. Например Iron Bridge е построен от местна леярна, като отделните елементи са специално отляти с необходимата форма.