Сварка в строительстве
Объем строительных металлических конструкций-, выпускавшихся в дореволюционной России, достигал не более 10 тыс. т. Так, за весь период, Предшествовавший Великой Октябрьской
социалистической революции, были запроектированы металлические конструкций зданий, сооружений и мостов, суммарная масса которых составляла 150 тыс. т. Это трубопроводы, резервуары, промышленные здания, мосты, перекрытия общественных п гражданских зданий, башни и др. Первый цилиндрический резервуар в клепаном исполнении был предложен В. Г. Шуховым в Баку на нефтепромыслах в 1883 г.
Начиная с этого периода В. Г. Шуховым создаются перекрытия Нижегородской выставки, гиперболические башни, перекрытие ГУМа в Москве, здания мартеновских цехов, большое число мостов и многие другие металлические конструкции. Все эти конструкции выполнялись с применением клепки.
Великая Октябрьская социалистическая революция положила начало широкому строительству в различных отраслях народного хозяйства. По заданию В. И. Ленина в 1920 г. на Шаболовке в Москве возводится радиобашня высотой 150 м в виде гиперболического параболоида, строятся многочисленные здания, сооружения и мосты [9]. Сварка была принята как главное направление развития конструктивных форм. Она позволила создать новые формы и уменьшить трудоемкость изготовления металлических конструкций. Взятый курс на использование сварки в промышленном строительстве вскоре поставил нашу страну в первые ряды по применению сварки в строительстве.
Начало сварки металлических конструкций было положено в 1920 г., когда по инициативе В. П. Вологдина были сооружены экспериментальные сварные резервуары. В 20-х годах начато изучение сварных конструкций. Одной из первых была сварена стропильная ферма пролетом 25 м во Владивостоке.
Для выполнения принятой в первой пятилетке обширной программы строительно-монтажных работ необходимо было организовать проектирование многочисленных сооружений черной металлургии, в том числе крупнейших в нашей стране — Новокузнецкого и Магнитогорского металлургических заводов, а также сооружении судостроительной, машиностроительной и других
отраслей промышленности. Перед строителями была задача: строить надежно, экономно и быстро. Это потребовало всемерного использования возможностей сварки и методов индустриального строительства, а также методов аналитического и конструктивного анализа схем сооружений, их параметров, оптимальных соотношений с точки зрения экономии металла и трудоемкости.
В начале 30-х годов стали проводиться планомерные , научно-исследовательские работы в области сварных строительных металлоконструкций. Серьезные сравнительные исследования прочности и устойчивости клепаных и сварных балок выполнены в электросварочной лаборатории при Академии наук УССР, а в дальнейшем в ИЭС АН УССР [15]. В то же время проектная контора «Парострой» была преобразована в Гипростальмост — Государственный институт по проектированию и исследованию металлических конструкций зданий, сооружений и мостов.
В этом институте проводились исследования сварных строительных металлических конструкций, разрабатывалась технология сварки, сварочные материалы, методика расчета. В Центральном научно-исследовательском институте промышленных сооружений проводились исследования работы сварных балок в упругой и упруго-пластической стадиях [13]. Эти работы положили начало внедрению сварки в строительстве. Так, в институте Гипростальмост (ныне ЦНИИпроектсталь-конструкция — Центральный научно- исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций) в тот период созданы конструкции сварных стропильных ферм, колонн, подкрановых балок и др. [5].
В 1931 г. были запроектированы бесфасоночные фермы из сварных тавров и с перекрестной решеткой, трубчатые, безраскосные, уголковые с фасоночными узлами и, наконец, сплошностенчатые балки. Таким образом, клепаные фермы постепенно вытеснялись сварными. Вытеснялись также клепаные колонны и балки. Первые сварные колонны состояли из трех листов. Затем конструкция двутавра была распространена на решетчатые сварные колоны, у которых вертикальная стенка заменялась решеткой. В это время на Дебальцевском заводе металлических конструкций треста «Стальмост» были изготовлены сварные подкрановые балки под краны грузоподъемностью 75 т для Магнитогорского металлургического завода. Институт ЦНИИпроектстальконструкция с 1932 г. перешел на проектирование сплошностенчатых подкрановых балок и этим стимулировал переход на сварные подкрановые балки двутаврового сечения.
В 1934 г. была издана книга В. И. Кандеева и Е. Ф. Котляра «Стальные резервуары» под редакцией В. Г. Шухова, в которой изложены вопросы конструирования, расчета и порядок производства работ сварных резервуаров вместимостью 5000 м3 [6]. В этой книге приводятся технические условия и правила проектирования и изготовления сварных резервуаров. В. Г. Шухов своевременно оценил достоинства сварки и применил ее для изготовления резервуаров.
Работами ИЭС АН УССР было доказано, что вибрационная прочность балок, сваренных из трех листов, не ниже вибрационной прочности балок с поясами из специальных прокатных профилей. При тяжелых нагрузках разрабатывались сварные балки с многопакетными поясами, которые не могли составить конкуренцию клепаным, и поэтому не применялись.
В период 1928—1933 гг. для сварки использовали непокрытые электроды или электроды с ионизирующим покрытием, а также стыки с прямоугольными и ромбическими накладками. Шли поиски типов сварных сечений, стыков, деталей узлов, башмаков колонн, узлов присоединения ферм и балок к колоннам и др. В связи с развернувшимся в этот
период строительством многочисленных промышленных объектов п в особенности Новокузнецкого и Магнитогорского металлургических заводов необходимо было значительно увеличить производство металлических конструкций.
В 30-е годы быстро развивалась промышленность металлических конструкций, развернулись научно-исследовательские и проектные работы. В 1930 г. создан трест «Стальмост», в г. Салде строится самый крупный в Европе завод по изготовлению металлических конструкций. В вузах были созданы факультеты по металлическим конструкциям. В учебнике Н. С. Стрелецкого и А. Н. Гениева [19] был помещен специальный раздел «Соединения при помощи сварки», в котором изложены вопросы применения сварных строительных конструкций и даны рекомендации по конструированию и расчету. Стальмост создал первые цехи по изготовлению сварных строительных конструкций, в которых в 1930 г. уже было изготовлено 1500 т, а в 1931 г.— 10 000 т таких конструкций. Сварочные цехи созданы на Салдинском заводе, на заводах Ленинграда, Днепропетровска, Мариуполя. Например, в 1932 г. в цехе Азовстальстроя в Мариуполе 35% всех конструкций изготовлялись сварными.
В 1931 г. на Уралмашстрое пущен цех сварных конструкций. В 1933 г. завод «Подъемник» в Москве полностью перешел на выпуск сварных конструкций.
Во второй пятилетке начался переход на сварное исполнение широкой номенклатуры зданий, сооружений и мостов. В ЦНИИпроектстальконструкция проводятся исследования технологического процесса производства. Для этого вначале были разработаны проекты строительства заводов сварных и клепаных конструкций на одинаковую мощность. На основе технико-экономического сравнения было установлено, что число основных рабочих на заводах сварных конструкций на 29% меньше, чем на заводах клепаных конструкций, при этом производительность труда одного рабочего соответственно возрастала на 22,4%, а стоимость оборудования уменьшалась на 80%.
В 1933 г. применение сварки в промышленном строительстве достигло 18%. В 1934—1939 гг. начался широкий переход к применению швов встык, сваренных толстопокрытыми электродами, к сварке по научно разработанной технологии, выбору режимов сварки, способствующих снижению сварочных напряжений и деформаций [12, 14].
Вместе с тем из-за отсутствия надежных электродов сварку применяли с большой осторожностью. Так, например, в 1934 г. прессовый цех Новокраматорского завода тяжелого машиностроения с 300-тонными кранами проектировался сварным лишь выше отметки подкрановых путей.
В 1934 г. вышла в свет работа
Н. С. Стрелецкого [18], в которой развивается идея применения сварки как источника прогрессивных конструктивных форм. Народным комиссариатом тяжелой промышленности СССР в 1936 г. были намечены организационные и технологические мероприятия по внедрению автоматической сварки крестовой проволокой, разработанной Институтом электросварки АН УССР. Крупным шагом в развитии сварки было строительство машиностроительных гигантов во второй пятилетке, в которых применены цельносварные сплошностенчатые рамы для большого числа цехов с применением заводской и монтажной сварки. Здания цехов были запроектированы по новой, так называемой фонарнорамной схеме. Здания имели пролеты от 15 до 24 м, шаг колонн 12, 15 и 18 м, краны грузоподъемностью до 100 т. В ЦНИИпроектстальконструкция исследованы сварные рамные узлы в процессе изготовления и монтажа, что позволило уверенно применить этот тип конструкций в широком масштабе для строительства машиностроительных и прокатных цехов [рис. 11.1].
Создание большепрокатных машиностроительных цехов потребовало разработки принципиально новой схемы каркаса. Такие схемы были разработаны и представляли собой подкосно-консольную систему. Работа по созданию крупных зданий с применением подкосно-консольной системы в 1950 г. была отмечена Государственной премией. Объем конструкций составлял 100 тыс. т. По этой схеме запроектировано несколько прокатных цехов. Проведенные работы свидетельствовали о больших возможностях сварки, технической и экономической целесообразности ее применения. Особую роль в дальнейшем развитии сварки сыграла работа ЦНИИпроектстальконструкция по созданию комплекса аэродинамических труб, уникальные формы которых исключали возможность применения заклепочных соединений. Используя электроды с шлакообразующим покрытием и низкоуглеродистые стали, удалось создать надежные конструктивные формы. Эта работа в 1943 г. отмечена Государственной премией.
В соответствии с решениями XVIII съезда партии максимальная индустриализация изготовления и монтажа стальных конструкций стала главной задачей в этой области. В этот период разрабатываются проекты новых заводов стальных конструкций, в которых основой технологических процессов была сварка. В это время 35% всех строительных металлоконструкций выполнялись сварными. Ставится задача существенного увеличения доли выпуска конструкций в сварном исполнении. Уже в 1940 г. она достигает 50%, в 1943 г.- 61%, а в 1965 г.- 99%. Начато строительство многих заводов по производству сварных строительных стальных конструкций, расположенных в различных районах нашей страны.
