Главными достоинствами конструкций из металла по сравнению с выполненными из других материалов конструкциями являются такие, как легкость, надежность, индустриальность, непроницаемость, а также простота их ремонта, реконструкции и технического перевооружения.
Надежность конструкций из металла достигается благодаря близкому соответствию физических особенностей стали нашим собственным представлениям о наиболее идеальном, упруго-пластическом или упругом изотропном материале, для которого достаточно строго обоснованы и сформулированы базовые положения теории упругости, сопротивления материалов и строительной механики.
У стали по всем направлениям имеется мелкозернистая однородная структура с одинаковыми качествами, все напряжения тесно связаны с изменениями линейной зависимости в достаточно большом диапозоне. А при определенных показателях напряжений в виде площадки текучести может быть осуществлена идеальная пластичность.
Все это полностью соответствует различным допущениям и гипотезам, которые были взяты за основу в процессе разработки теоретических предпосылок расчета, поэтому построенный на таких предпосылках расчет будет в полной мере соответствовать фактической работе стальных конструкций. Аналогичными особенностями обладают алюминиевые сплавы, но чуть в меньшей степени.
Легкость
Из всех несущих конструкций, изготовляемых в настоящее время, металлические конструкции являются наиболее легкими. За показатель легкости, как правило, принимают плотность материала по отношению к его прочности.
Минимальное значение данный показатель имеет для сплавов из алюминия, и для сплава Д16-Т он составляет 1,1х0,001 (порядка 0,1м). Взяв этот показатель за единицу, зафиксируем сравнительные параметры для остальных материалов: у стали — это будет 1,5…3,4, у дерева — около 4,9, у бетона, относящегося к среднему классу прочности — порядка 16,8.
Непроницаемость
Металлы отличаются от других материалов не только более высокой прочностью, но также и высокой плотностью, которая создает непроницаемость для различных жидкостей и газов.
Плотность стали и осуществляемых с помощью сварки соединений листов является, пожалуй, самым необходимым условием для производства трубопроводов, резервуаров, газгольдеров, а также самых разнообразных сосудов, механизмов и аппаратов.
Индустриальность
Металлические конструкции производят на предприятиях, которые оснащены специализированным оборудованием, а непосредственно монтаж осуществляется с применением самой высокопроизводительной техники. Все вышеперечисленное полностью исключает тяжелый ручной труд или до минимума сокращает его.
Ремонтопригодность
Говоря о конструкциях из стали, наиболее просто удается решить вопрос технического перевооружения, усиления, а также реконструкции.
При помощи сварки можно легко прикрепить новое технологическое оборудование к элементам существующего металлического каркаса, усилив эти элементы при необходимости, что делается также достаточно прочно.
Сохраняемость металлических конструкций.
Выполненные из металла конструкции в результате морального и физического старения из эксплуатации изымаются, а затем в виде металлического лома возвращаются в различные хозяйственные отрасли.
Основными недостатками конструкций из металла являются их способность подвергаться коррозии, а также сравнительно невысокая огнестойкость.
Коррозия — это процесс разрушения металла под электрохимическим или химическим воздействием со стороны внешней среды. Недостаточно хорошо защищенная от контакта с водой сталь, в сочетании с солями, агрессивными газами или пылью подвергается процессу коррозии (она окисляется), что постепенно приводит к ее полному разрушению.
Алюминий, а также некоторые его сплавы имеют сравнительно высокую устойчивость к коррозии, что можно объяснить формированием прочной оксидной пленки на поверхности. Некоторые сплавы металлов слабоустойчивы к электрохимической коррозии или вообще не устойчивы.
Чугун достаточно хорошо сопротивляется коррозии. Для того, чтобы повысить коррозийную устойчивость металла, на поверхность металлоконструкций наносят различные защитные покрытия, которые представляют собой тонкие пленки цинка, алюминия, красок, эмалей и прочие.
Во время проектирования конструкций стараются избегать появления щелей и пазух, в которых может накапливаться пыль и влага. Иногда используют стали с повышенной коррозийной устойчивостью, в химический состав которых входят специальные легирующие элементы.
Огнестойкость металлических конструкций характеризует уровень их противопожарной безопасности. У металлических конструкций имеется достаточно невысокий предел огнеупорности.
Свою несущую способность металлическая конструкция теряет при достаточно высоких температурных режимах (этот показатель для стали составляет 600С, для сплавов алюминия — около 300С). Увеличение предела огнестойкости у выполненных из стали конструкций зданий, достаточно опасных в отношении пожарной безопасности (общественные и жилые здания, склады с легковоспламеняющимися или горючими материалами), осуществляется посредством устранения прямого контакта с открытым огнем у элементов конструкции.
Чтобы добиться этого, как правило, предусматривают различные огнестойкие облицовки, подвесные потолки, обмазки специальными огнеупорными составами. Применяя специализированные покрытия в виде различных обмазок, можно значительно увеличить предел огнестойкости. При профессиональном проектировании, а также соответствующих условий эксплуатации все перечисленные недочеты не представляют никакой опасности для выполнения металлической конструкцией своих основных функций, но, как следствие, приводят к увеличению начальных, а также эксплуатационных расходов.
Конечно, инженеры работают над этой проблемой. Чтобы снизить интенсивность перемешивания, холодную воду всегда подают в бак снизу — соприкасаясь с ТЭНом, поток нагревается. Отбор горячей воды как менее плотной всегда осуществляют с самого верха. Чтобы холодная вода равномерно заполняла бак снизу вверх, наливную трубку направляют в дно или прибегают к помощи устройств вроде зонтика (в них холодная струя разбивается и направляется вниз) и специальных насадок (форсунок). Внешним прибором, обеспечивающим стабильность температуры исходящей струи, может стать смеситель с механическим терморегулятором от Grohe (Германия), Damixa (Дания) и др. Это устройство будет автоматически поддерживать оптимальное смешение холодной и подогретой воды. Стоит такой смеситель, правда, совсем недешево — 4 тыс. руб. и более.