При проектировании МК, как и всяких других, должны учитываться следующие основные требования.

Условия эксплуатации. Удовлетворение заданным при проектировании условиям эксплуатации является основным требованием для проектировщика. Оно в основном определяет систему, конструктивную форму сооружения и выбор материала для него.

Экономия металла. В строительных конструкциях металл следует применять лишь в тех случаях, когда замена его другими видами материалов нерациональна. Требование экономии металла определяется большой его потребностью во всех отраслях промышленности и относительно высокой стоимостью.

Транспортабельность. В связи с изготовлением МК, как правило, на заводах с последующей перевозкой на место строительства в проекте должна быть предусмотрена возможность перевозки их целиком или по частям (отправочными элементами) с применением соответствующих транспортных средств.

Технологичность. Конструкции должны проектироваться с учетом требований технологии изготовления и монтажа с ориентацией на наиболее современные и производительные технологические приемы, обеспечивающие максимальное снижение трудоемкости.

Скоростной монтаж. Конструкция должна соответствовать возможностям сборки ее в наименьшие сроки с учетом имеющегося монтажного оборудования.

Долговечность конструкций. Определяется сроками ее физического и морального износа. Физический износ МК связан главным образом с процессами коррозии. Моральный износ связан с изменением условий эксплуатации.

Эстетичность. Конструкции независимо от их назначения должны обладать гармоничными формами. Особенно существенно это требование для общественных зданий и сооружений.

Типизация конструктивных элементов и целых сооружений. Разработаны типовые решения часто повторяющихся конструктивных элементов – колонн, ферм, подкрановых балок, оконных и фонарных переплетов. В этих типовых решениях унифицированы размеры элементов и сопряжений. Для некоторых элементов разработаны стандарты.

Разработаны типовые решения таких сооружений, как радиомачты, башни, опоры линий электропередачи, резервуары, газгольдеры, пролетные строения мостов, некоторые виды промышленных зданий, сооружений и т. п.

Субъективный фактор.

Организация проектирования

Проектирование зданий и сооружений производится на основании задания на проектирование. Проектирование выполняется в две стадии – проектное задание и рабочие чертежи.

В проектном задании устанавливается экономическая целесообразность и техническая возможность строительства. На этой стадии проектирования обосновывается применение МК, определяется основная конструктивная схема сооружения и подбираются соответствующие типовые конструкции.

Рабочий проект состоит из 2-х частей: КМ и КМД.

Проект КМ выполняет проектная организация. Пояснительная записка, расчеты, компоновочная схема, чертежи важных узлов, спецификация на металл.

Проект КМД выполняет КБ завода на основании КМ с учетом технологических особенностей завода.

2 Материалы металлических конструкций.
Стали для строительных конструкций

Сталь – это сплав железа с углеродом (углерода до 2 %) и незначительным количеством примесей (которые не вводятся преднамеренно, а попадают из руды или образуются в процессе выплавки) и легирующих компонентов (которые вводятся для улучшения свойств стали).

Группы стали

В зависимости от содержания легирующих компонентов стали, делятся на четыре группы:

1) углеродистые – легирующие элементы специально не вводятся;

2) низколегированные – суммарное содержание легирующих элементов до 2,5 %;

3) среднелегированные – легирующих компонентов 2,5-10 %;

4) высоколегированные – легирующих компонентов более 10 %.

Углеродистая сталь в зависимости от содержания углерода подразделяется на:

а) малоуглеродистую с содержанием углерода 0,09-0,25 % (в основном применяется в строительстве);

б) среднеуглеродистую с содержанием углерода 0,25-0,6 % (конструкционная, применяется в машиностроении);

в) высокоуглеродистую с содержанием углерода 0,6-2% (инструментальная).

В строительстве в основном применяются малоуглеродистая сталь, (обладающая большой пластичностью, ковкостью, хорошей свариваемостью, плохой закаливаемостью) и низколегированные стали повышенной и высокой прочности, обладающие меньшей склонностью к хрупким разрушениям. По своей структуре низкоуглеродистая (малоуглеродистая) сталь является однородным кристаллическим телом, состоящим из зерен (кристаллов) феррита, занимающих почти весь объем стали, а также перлитовых и цементитовых включений между зернами феррита и по его граням. Вкрапления и прослойки перлита, обволакивая зерна феррита, создают как бы жесткую и упругую “сетку” (решетку, каркас) вокруг мягкого и пластичного феррита. Такое строение стали, объясняет её работу под нагрузкой и её пластические свойства (упругая стадия – работа решетки перлита; площадка текучести – разрушение решетки перлита с включением в работу феррита).

Структура низколегированных и среднелегированных сталей похожа на структуру малоуглеродистой стали. Прочностные свойства низколегированных сталей повышается благодаря введению различных легирующих элементов, которые упрочняют сетку (решетку) между зернами феррита.

Механические свойства стали

Характеризуют следующие основные показатели.

1) Предел текучести s _T характеризующий напряжение, до достижения которого можно считать металл работающим упруго и пользоваться методами расчета по упругой стадии материала. Предел текучести является началом границы пластической стадии работы металла, его текучести, т. е. началом возрастания деформаций при неизменной нагрузке.

2) Временное сопротивление (предел прочности) s _B характеризующее условное напряжение разрыва растянутого образца (отношение разрушающей нагрузки к первоначальной площади сечения). Временное сопротивление характеризует прочность стали.

3) Относительное удлинение e - отношение приращения длины образца после разрыва к ее исходному значению. Различают два относительных удлинения: для длинного круглого образца (L_расч= 10d)-d₁₀ и для короткого (L_расч= 5d)-d₅. Относительное удлинение характеризует, пластические свойства стали.

4) Ударная вязкость α_н – работа, затраченная на разрушение специального образца ударным изгибом. Ударная вязкость характеризует склонность стали к переходу в хрупкое состояние. Испытания на ударную вязкость могут проводиться при нормальной температуре t = 20 °C, а также при отрицательных температурах t = -20 °С, t = -40 °С, t = -70 °С и после механического старения. При отрицательных температурах и после механического старения склонность стали к переходу в хрупкое состояние увеличивается и значение ударной вязкости уменьшается. Порог хладноломкости - t°С при которой происходит спад ударной вязкости или снижение её ниже 0,03

5) Изгиб в холодном состоянии на 180°С. Это испытание характеризует пластические свойства стали и склонность ее к трещинообразованию.