Стальной металлопрокат в строительстве

Металлические изделия человек начал использовать еще на заре становления цивилизации. Углеродистые стали метеоритного происхождения сразу обратили на себя внимание благодаря прекрасному сочетанию высоких прочностных свойств, долговечности и простоте обработки. К сожалению, долгое время люди не умели выделять и использовать сталь в достаточных количествах. Лишь в эпоху индустриальных революций были сделаны открытия, позволившие внедрить в массовое производство такие изобретения как: воздушный конвертер, доменные печи, паровые молоты, прокатные станы и многое другое.

Резкое увеличение производства сталей на душу населения в первой половине 19-го века позволило качественно и количественно расширить применение сталей в строительстве. На смену гвоздей и скоб ручной ковки пришел широкий перечень крепежных элементов различных конструкций и размеров. Массовое производство металлопроката позволило упростить и удешевить изготовление однообразных изделий простого сечения. Для изготовления более сложных изделий требовалась обработка металлов резанием и конвейерная сборка, которые освоены промышленностью лишь к началу 20-го века.

Кроме небольших крепежных элементов для сборки деревянных сооружений, к середине 19-го века начали использовать стальной прокат для армирования бетонных и каменных конструкций. До этого момента, стальные, чугунные и бронзовые изделия служили лишь украшением или выполняли вспомогательные функции (петли дверей, водостоки, козырьки от дождя, оградки и пр.).

Если первые каменные сооружения собирали вручную из тщательно подогнанных камней и скрепляли составами на основе извести, гипса или яичного желтка, то более поздние, сооружения для снижения себестоимости и увеличения скорости возведения, собирали из обожженных глиняных кирпичей. К сожалению, глиняные кирпичи имеют невысокую прочность и не выдерживают огромных нагрузок, возникающих в высотных строениях. Поэтому к концу 18-го века уже были разработаны первые силикатные кирпичи, которые стали прародителями современных строительных кирпичей.

Медленные темпы строительства из кирпича побудили к разработке цельнолитых элементов из бетонных смесей. Высокая прочность к сжатию сочетается у бетонов с малой прочностью к динамическим нагрузкам и перепадам температуры. Для компенсации небольших напряжений, возникающих в литых бетонных конструкциях при изготовлении, транспортировке и эксплуатации, стали использовать трехмерную или двухмерную нержавеющую сетку.

Стальная арматура получается методом горячего проката и имеет круглое сечение, часто, с нанесенными на поверхности наклонными рифлями для увеличения прочности сцепления с бетоном. Различают сырую или термически упрочненную арматуру. Для арматуры большого сечения (более дюйма в диаметре) часто используют термическую обработку (отжиг или отпуск) для снижения температурных напряжений и деформаций. Во второй половине 19-го века стальную арматуру собирали из рубленных и согнутых элементов при помощи проволочных скруток. Специальную вязальную проволоку из недорогих низкоуглеродистых сталей заказывали отдельно. Такая технология была продолжительной. После освоения промышленностью в конце 19-го века электродуговой сварки, стальная арматура получила второе дыхание и стала применяться повсеместно. В том числе, при строительстве зданий высотой более 4-5 этажей.

В начале 20-го века начали массово использовать предварительно отлитые железобетонные элементы строительных конструкций, имеющие выступающие края арматуры, на которые при помощи сварки производился монтаж. Такой подход позволил снизить в разы время на строительство зданий и упростить проектно-планировочные работы. Для придания зданиям и сооружениям дополнительной прочности и облегчения несущих железобетонных панелей, стали использовать каркас, предварительно собранный из профильного стального проката. Как правило, для этого используют швеллер и двутавровую балку. Первоначально сборку производили почти исключительно на заклепки, сегодня применяют как заклепки, так и сварку. Использование прочных и дешевых сварных соединений, в том числе, для крупных сооружений. Стало возможным благодаря использованию специальных сталей с низким коэффициентом теплового расширения.

Легкие каркасы из профильного стального проката сделали возможным массовое строительство высотных зданий (10 этажей и более). Сегодня крайне актуально возведение высотных зданий и сооружений по технологиям, допускающим максимальную долговечность при минимальной себестоимости строительства.