Производство, изготовление и монтаж металлоконструкций

В современном промышленном и коммерческом строительстве широко используются металлоконструкции. С их помощью сооружаются различные здания – павильоны, склады, крупные торговые центры, цеха и т. д. Применение конструкций из стали постоянно расширяется, а технологии их возведения непрерывно совершенствуются.

Металлические конструкции во многих зданиях выполняют опорные функции. В этом направлении они показывают большую эффективность и лучшие эксплуатационные свойства, чем железобетон или кирпичная кладка. Применяемые металлоконструкции можно разделить на такие типы:

• Стационарные;
• Сборно-разборные;
• Трансформируемые.

У сооружений, выполненных с активным использованием металлоконструкций, выделяют такие достоинства:

• Экономичность и технологичность;
• Возможность применения высокоэффективных современных стройматериалов для создания кровли и стен;
• Минимальные сроки проектирования, производства и монтажа;
• Возможность ведения монтажных работ практически при любой погоде;
• Высокая прочность;
• Долговечность при своевременном нанесении защитных растворов;
• Возможность транспортировки на значительные расстояния;
• Простота эксплуатации;
• Широкие возможности по созданию зданий с большими пролетами или нетипичной конструкцией;
• Возможность демонтажа и дальнейшего применения на другом объекте.

Разновидности металлоконструкций

Благодаря своей высокой эффективности стальные конструкционные изделия используются в таких областях:

• Каркасы торговых и промышленных зданий, особенно строений с высокой нагрузкой;
• Каркасы зданий общественного сооружения, конструкция которых требует широких пролетов, стадионов и других спортивных объектов;
• Элементы транспортной инфраструктуры, опоры мостов;
• Каркасы высотных зданий и небоскребов;
• Стальные сооружения большой высоты, такие как башни, опоры ЛЭП и мачты;
• Конструкции для хранения и транспортировки жидких веществ, в первую очередь воды, нефтепродуктов и химикатов;
• Вентиляционные системы и воздуховоды;
• Конструкции для обслуживания и наблюдения;
• Краны и аналогичные конструкции, подъемно-транспортного назначения;
• Элементы речной и портовой инфраструктуры, а также морские платформы для добычи нефти и газа;
• Конструкции специального назначения – реакторы, военные строения.

Выделяют такие элементы металлоконструкций:

• Колонны. Представляют собой вертикальные линейные элементы со значительной высотой, намного превышающей два остальных размера. Предназначение – восприятие вертикальных нагрузок, горизонтальные нагрузки выдерживает гораздо хуже. Производятся из колонных двутавров, при небольших нагрузках используются уголки. По конструкции выделяют решетчатые и сплошные, а также постоянного и переменного сечения.
• Фермы. Являются решетчатыми несущими конструкциями, которыми перекрываются пролеты. Для изготовления используются в основном горячекатаные уголки. Они могут быть одиночными или парными.
• Балки. Предназначаются для восприятия изгибающих нагрузок, производятся из двутавров. Для этой цели могут использоваться различные двутавры, в зависимости от нагрузки. При значительных нагрузках применяются широкополочные горячекатаные изделия, при небольших – сварные, которые изготавливаются из листового проката.
• Прогоны. Аналогичны балкам, разница в том, что изготавливаются из швеллеров. По прочностным качествам несколько уступают балкам.
• Подкрановые пути. Производятся из специальных двутавров, способны выдержать серьезные нагрузки.
• Ригели. Горизонтальный инструмент конструкции, предназначенный для соединения стоек, опор и стропил. Выполняется из прокатанных и гнутых швеллеров.

Как можно заметить, наибольшей популярностью пользуются двутавры. Это связано с тем, что изделия такого сечения имеют наибольшую прочность при одинаковой массе и длине.

Металлургическая промышленность выпускает различные варианты двутавров: обычный широкополочный, с параллельными внутренними гранями полок, колонный, мостовой, специальный и т. д. Сварные двутавровые балки выступают дешевым заменителем горячекатаных, и могут использоваться в элементах конструкций, на которые оказывается невысокое усилие.

Проектирование и изготовление металлоконструкций

Проектирование является важным этапом производства стальных конструкций. Проект составляется в соответствии со строительными нормами и потребностями клиента. Для наглядности создаются изображения готового здания, для крупных проектов разрабатываются макеты. Проектная документация проверяется надзорными органами на соответствие ГОСТам и СНиПам. Это обеспечивает прочность и безопасность конструкций.

Проектные работы можно разделить на такие этапы:

• Разработка исходного задания;
• Предварительный расчет параметров здания;
• Проектирование конструкций;
• Консультации с заказчиком;
• Проектирование коммуникаций и инженерных сетей;
• Согласование с инвестором и надзорными органами.

Производство крупных металлоконструкций является трудоемким процессом, который состоит из ряда этапов. Первым является выбор металлопродукции, которая подходит под требуемую нагрузку и габаритам. Далее выполняется обработка отобранных заготовок, из которых получают элементы конструкции, соединяемых впоследствии.

Для формирования соединения в металлоконструкциях применяются такие технологические процессы:

• Сварка. Наиболее распространенный метод по причине наибольшей эффективности и высокой прочности. При этом получение соединения отличается высокой дешевизной и простотой. (можно ли обойтись без сварки при производстве металлоконструкций?)
• Пайка. Различие в том, что соединение металлических элементов производится при помощи дополнительного наплавляемого металла, который обладает меньшей температурой плавления, чем элементы металлоконструкции.
• Клепка. Неразъемное соединение, получается при помощи металлических заклепок. Такое соединение имеет большую сложность и более дорогое, чем сварка, поэтому используется в редких случаях.
• Резьбовые соединения. Выполняются болтами, винтами, шпильками и другими изделиями с резьбой. Имеют ряд достоинств, в том числе возможность разборки и получения соединения в сложных местах, где произвести сварку проблематично или невозможно. Также резьбовыми элементами соединяют металлоконструкции с фундаментом.

Стоимость изготовления металлоконструкций за тоннузависит от их типа и общего размера здания. Заказы в большом объеме обходятся дешевле. Наиболее крупные конструкции, массой более 100 т, обходятся в 25 тыс. р/тонна, а минимальные – 40 тыс. р/тонна, без учета стоимости металла, только работа. Вместе с металлом их цена возрастает до 55 — 75 тыс. р/тонна.

Нормы расхода при изготовлении металлоконструкций указаны в ВПНРМ510-88. Согласно этому документу, на 1 т конструкций требуется 1, 027 – 1,06 т стали. Наибольший расход при изготовлении фасонных частей трубопроводов из листовой стали, наименьший – на эстакады. Также в этом документе указаны расхода материалов на автоматическую, ручную сварку и газовую резку.

Монтаж металлоконструкций

Наиболее крупные работы по изготовлению и монтажу металлоконструкций выполняются для промышленных зданий. В процессе монтажа конструкции объединяются в один целый несущий каркас. Этот процесс отличается высокой трудоемкостью.

Для промышленных объектов составляется план монтажа и технологические карты, в которых указывается технология сборки. Монтаж начинается с установки колонн. Их закрепляют крупными анкерными болтами и бетонируют. Когда смонтировано 4 колонны, их объединяют в одну конструкцию при помощи связей. Построение остального здания идет от этих колонн.

В производстве и сборке металлоконструкций промышленного назначения широко используется машинный труд и строительная техника. Конструкции меньшего размера часто собираются вручную, с минимальным использованием техники. В этой работе применяются такие инструменты:

• Сварочные аппараты;
• Промышленные дрели;
• Болгарка, газовая и плазменная сварка;
• Электрические и рычажные ножницы;
• Шлифовальные машины;
• Зажимы и струбцины;
• Инструменты для затяжки болтов.

Стоимость монтажа металлоконструкций за тонну зависит от объема работ и их сложности. Монтаж стальных конструкций на крупных промышленных объектах, где общий объем превышает 100 тонн, составляет 12 000 р. за тонну. Стоимость монтажа мелкогабаритных конструкций может доходить до 20 тыс. р/тонна и это далеко не предел.

Использование современных технологий в создании металлоконструкций

Производство, изготовление и монтаж металлоконструкций требует значительных затрат труда, времени и ресурсов. Поэтому многие компании стремятся снизить расходы, максимально оптимизировав данные процессы. Широкое использование современных технологий позволяет сэкономить значительные объемы средств.

Общая тенденция такова: элементы конструкции должны быть максимально полно подготовлены к монтажу, чтобы этот процесс был выполнен быстро и с минимумом брака. Подготовка элементов конструкции, выполненная в заводских условиях, обходится намного дешевле, чем аналогичные работы, произведенные на стройплощадке. При этом качество работ, выполненных на заводе, намного выше за счет использования эффективного промышленного оборудования. Хорошим примером является сверление отверстий и резка металла. В современных конструкциях эти процессы выполняются во время изготовления, чтобы уменьшить объем работ на стройплощадке.

Проектирование, первый этап создания металлоконструкций, сейчас выполняется на специализированном программном обеспечении. Оно намного упрощает труд конструктора. Системы проектирования позволяю создать трехмерную модель здания и узнать нагрузки в каждой её точке и на каждый элемент. Это гарантирует, что будут соблюдены нормы изготовления металлоконструкций. В таких программах гораздо проще выполнить расчеты зданий сложной формы, с элементами в виде цилиндров, конусов или шаров.

Современный программный комплекс позволяет получить всю техническую документацию на здания автоматически, что гарантирует отсутствие ошибок в ней. Такой подход позволяет значительно сократить время проектирования строения. Если производственное оборудование программно соединено с конструкторским отделом, то оно может изготовить ряд изделий автоматически или при минимальном вмешательстве человека.

Чтобы уменьшить и упростить сборочные процессы, при производстве современных металлоконструкций стремятся получить изделия с максимальной точностью. Для этого соответственно применяется оборудование с высокой точностью работ. Примером может быть станки лазерной и плазменной резки, которыми разрезается листовой прокат.

Оно позволяет при минимальных затратах получить делали любой сложности и различной конфигурации. В этом плане такое оборудование значительно превосходит все устройства, в которых резка металла выполняется механическими способами.

Не меньшее внимание производители металлоконструкций уделяют и токарной обработке. В первую очередь это относится к обработке фасок и торцов. На станках возможно выполнение фрезерования сборной конструкции.

Улучшились и технологии выполнения сварочного шва. Современные аппараты для сварки показывают высокую эффективность. При правильном использовании они гарантируют высокое качество сварки. Ими можно работать с конструкциями из стали толщиной до 200 мм.

Полученную конструкцию необходимо защитить от ржавления. Для этого на её поверхности формируют защитный слой. Одним вариантом создания данного слоя является метод горячего цинкования. Это дает возможность значительно увеличить срок службы изделий и придать им отличный вид. Другой способ – напыление полимерных материалов. Они хорошо соединяются со сталью и защищают её от воды и влажного воздуха. Достоинством полимерного покрытия является низкая стоимость, а основным недостатком – слабая стойкость к механическим повреждениям.

Одним из перспективных способов развития является создание металлоконструкций волновой и других сложных форм. Их изготовление более сложно, однако позволяет экономить металл. Расчет таких конструкций выполняется в специализированных программах, которые позволяют добиться высокой прочности при минимальном использовании материала.