Стальные конструкции


Если в старинных постройках мы не встречаем конструкций из стали, то вовсе не потому, что строители прежних времен не сумели оценить ее достоинств как самого прочного из всех известных им материалов. Нет! Они просто не могли даже мечтать о таких конструкциях, пока на металлургических заводах не начали работать прокатные станы и из-под их валков не побежали во все большем количестве длинные ленты стальных полос, рельсов и балок. Дешевый стальной прокат нашел себе широкое применение в строительстве.

И то, что прежде невозможно было построить из камня, кирпича или дерева, начали делать из металлических конструкций.

На железных и шоссейных дорогах через реки и овраги перекинуты большие мосты, причем их пролеты становятся все длиннее и длиннее, достигая сотен метров. Раздвинулись стены заводских цехов, ставших просторными и светлыми: тонкие стальные переплетения легко держат над ними тяжелые кровли. Почти до самых облаков поднимаются громады многоэтажных зданий со стальными каркасами, высокие металлические башни и радиомачты.

Рядами выстраиваются круглые резервуары, полные нефти, бензина или горючего газа. И сами доменные печи, в которых начинается процесс рождения металла, не могли бы выдержать огромного напора жидкого чугуна, если бы их не заковали в прочный панцирь из стальных листов.

Стальные конструкции многоэтажного дома скрепляют электросваркой.
Стальные конструкции многоэтажного дома скрепляют электросваркой.

Для разных конструкций нужны различные виды стального проката. Это и широкие листы, и узкие полосы, и мелкие и крупные уголки, и швеллеры, имеющие вид сдвоенных по длине уголков, и двутавровые балки, напоминающие по профилю своего поперечного сечения двойную букву «Т», и многие другие, самые разнообразные виды проката. Профиль и размеры их поперечного сечения для тех или иных конструкций всегда подбираются так, чтобы при наименьшем расходе металла достигнуть необходимой прочности. Ведь каждый миллиметр, на который можно уменьшить толщину стенок такого профиля, означает в масштабе всех строек нашей страны экономию многих и многих тысяч тонн стали.

Самые легкие стальные конструкции собирают из прямых уголков. Они удобны в работе, их проще всего скрепить и между собой и в узлах, где к одному центру сходится несколько элементов конструкций. Например, из таких уголков, расположенных попарно, изготавливают для крыш фермы, которые составлены из ряда треугольников. Их стержни тонки по сравнению с общей длиной. Это результат высокой прочности стали.

Но не всегда удается изготовить решетчатые конструкции из столь тонких стальных профилей.

Бывает, что сооружение должно выдержать большую нагрузку, например тяжелый поезд на железнодорожном мосту. Тогда отдельные стержни решетчатых ферм приходится составлять из нескольких полос, швеллеров или других, более крупных стальных профилей.

Когда строятся резервуары, то приходится прежде всего думать о том, как лучше сохранить в них жидкость. В таких конструкциях делают сплошные стенки из листовой стали.

Листовые конструкции встречаются и в различных промышленных зданиях. Это стало возможным в последние десятилетия, когда при помощи электрической сварки удалось соединить широкие полосы в более сложные и крупные профили, какие пока нельзя изготовить даже на самых мощных прокатных станах. Так же сделаны несущие колонны высотных зданий, построенных несколько лет тому назад в нашей столице. Эти колонны сварены из толстых полос, образующих сечение в виде креста или двутавра.

Узел стальной фермы, соединенной на заклепках.
Узел стальной фермы, соединенной на заклепках.

На стальном каркасе высотных зданий устанавливали подъемный кран. С его помощью колонны и балки поднимали наверх. По внешнему виду он напоминает обычные башенные краны, которые работают почти на каждой стройке. Но он не стоит на земле, а укреплен на смонтированных при его же помощи конструкциях. По мере установки стальных конструкций кран сам подымал себя все выше и выше.

Применение стали в строительстве позволяет возводить необычайно высокие сооружения. Для Всемирной выставки 1889 г. в Париже по проекту инженера Эйфеля была специально построена стальная башня трехсотметровой высоты — Эйфелева башня. Ее строили без какой-либо практической цели — только как выставочный экспонат, демонстрирующий успехи строительной техники XIX в. Для того времени это грандиозное сооружение действительно было выдающимся образцом инженерного расчета и строительного искусства. Много лет эта башня считалась самой высокой в мире. Сейчас самое высокое сооружение — стодвухэтажный небоскреб в Нью-Йорке. Верхняя его точка вместе с телевизионной башней возвышается на 449 м.

В этом соревновании за наибольшую высоту новый рекорд скоро будет установлен с постройкой железобетонной телевизионной башни в Москве. Высота ее будет более чем полкилометра! И надо думать, что это сооружение будет одним из самых передовых достижений строительной техники нашего века.

Чтобы изготовить металлическую конструкцию, стальные профили нарезают на куски нужной длины, складывают их в определенном порядке, строго по чертежу, а затем соединяют между собой. Причем соединить их надо так крепко, чтобы полную допустимую нагрузку они выдерживали все вместе, как единое целое. Затем изготовленные на заводе части в виде ферм, колонн или балок привозят на стройку, устанавливают на место и соединяют в одну общую систему.

Самый старый и вполне надежный способ соединения металла — на заклепках (см. ст. «Машины и детали машин»). Но этот вид соединения требует большого труда. Кроме того, отверстия для заклепок ослабляют прочность стальных профилей. Поэтому приходится подбирать более крупные размеры проката, чем нужно по расчету. И получается, что не меньше десятой части веса всех стальных профилей пропадает без пользы.

Вот почему, когда была изобретена электрическая сварка металла, в первую очередь ее начали применять при изготовлении стальных конструкций. Новый способ давал огромную экономию металла и значительно облегчал и ускорял работу строителей.

Цельносварной стальной мост.
Цельносварной стальной мост.

Стальные конструкции помогли строителям решить много очень сложных задач. Но сейчас мы думаем не о расширении применения этих конструкций, а о замене их, где только можно, другими материалами. Ведь сталь требуется не только для строек. Она более необходима для изготовления разных машин и механизмов. Вдобавок она сравнительно дорога, производство ее требует большого труда, многих машин. И строители весьма успешно находят замену металлу. На смену ему приходит железобетон.