Найвідоміші металеві споруди: ТОП-22

       Металеві конструкції (металоконструкції, МК) - це складні конструкції з металів і різних сплавів. Одна з галузей їх дуже широкого застосування - будівництво. Це зрозуміло і логічно, адже їх надійність і ефективність доведені часом. Яскравий тому приклад - існуючі не одне століття найвідоміші будівлі світу, які створені на основі металоконструкцій.

Отже, МК є найважливішим будівельним матеріалом для зведення несучих, огороджувальних елементів будівель і споруд. Вони розрізняються за технологією з'єднання окремих елементів, але саме тому дають можливість реалізовувати в металі найскладніші проекти. Серед переваг варто особливо відзначити: високу міцність і надійність; здатність витримувати величезні навантаження на вигин, скручування і розрив; монтаж в будь-які погодні умови і пори року; оперативна збірка і скорочення загальних термінів робіт; легкий демонтаж і транспортування; екологічність металу; можливість повторної переробки; максимальна межа вогнестійкості; довгий термін служби.

Найвідоміші металеві споруди: ТОП 22

 

Ейфелева вежа, Париж (Eiffel Tower)

Одне з чудес світу. Побудована 324-метрова споруда в 1889 році з кованого заліза і 18 000 деталей. Нижній поверх у формі піраміди утворений 4 колонами, які на висоті 57,63 м з'єднані арочним склепінням. Бюджет будівництва склав 7,8 млн франків. Брало участь в ньому близько 300 робітників. Вага металевої конструкції вежі - 7300 тон.

 

Сіднейський оперний театр (Sydney Opera House) 

«Візитна картка» Зеленого континенту була відкрита в 1973 році. Обійшлася в 102 мільйони доларів. Міцно стоїть на глибоко вбитих 580 палях і важить 161 000 тон.Запам'ятовується, насамперед, незвичайною формою даху. Каркас виготовлений з МК, так як спроектовані форми за допомогою традиційних технологій створити було неможливо. Саме властивості, якими володіє металлопрокат - гнучкість і міцність дозволили втілити проект в життя.

 

«Небесне дерево», Токіо (Tokyo Skytree)

Унікальна споруда, зразок геніальності архітектурної думки - телевежа в Токіо. Її зводили 585 000 чоловік. Було витрачено 65 мільярдів ієн. При висоті 471 метр (висота шпиля - 634 м) вежа адаптована під сейсмічно активний рельєф. В основі телевежі лежать металоконструкції. Вони зібрані в трикутник з 68-метровими сторонами і можуть компенсувати до 50% потенціалу підземних поштовхів найвищої інтенсивності. Зовнішня конструкція вежі - комбінація сталевих труб 2,3 метра в діаметрі і товщиною сталевих стінок 10 см.

 

«Бурдж-Халіфа», Дубай (Burj Khalifa) 

Найвища будівля (828,8 м) на земній кулі знаходиться в Дубаї. Це «міні-місто в мегаполісі» з розвиненою інфраструктурою. Каркас складають металеві конструкції, а фундамент «підвішений» на 200 висячих палях. Для зменшення кількості сталі в будівлю встановлені конструкції зі зв'язаних труб. Загальний тоннаж використаної сталевої арматури 31 400 метричних тон.

 

«Сталевий дім», Техас (Steel House) 

Сталевий будинок в Техасі не вражає висотними параметрами, але вражає найскладнішими МК. 110 тон сталі знадобилося для його зведення. Несучі елементи, опорні стійки - все повністю з металу. Для фасаду, в основному, використовували лист сталевий. Техніка ручного зварювання сталевих пластин використовувалася для створення купола. Зі зварного металу, скла, вітражів зроблені інші фрагменти споруди житловою площею близько 280 кв.м.

 

Емпайр-стейт-білдінг, Нью-Йорк (Empire State Building) 

Трохи більше року знадобилося на зведення 103-поверхового хмарочоса в Нью-Йорку. Будівлю з сірим кам'яним фасадом прикрашають скеровані у вись смуги нержавіючої сталі і три виступи у верхній частині. Його родзинка - стильна вежа в стилі ар-деко. Сталева конструкція будівлі (рама) вагою 57 000 тон надійно утримує хмарочос в 365 тисяч тон ось уже понад 80 років.

 

Сигрем-білдінг, Нью-Йорк (Seagram Building) 

Нью-Йоркську будівлю Seagram витримано в мінімалістському стилі, як і багато інших американських великих сталевих будівель. Унікальна за своєю будовою. Її комбінований каркас поліпшений залізобетонною оболонкою. Для збільшення міцності в поздовжній і вертикальній осі сталева частина посилена бетонною серцевиною. Вертикально встановлені неструктурні бронзові вузькосмугові балки-двутаври. Вони оточують великі скляні вікна. На будівництво витрачено 1 500 тон бронзи.

 

Американська сталева вежа, штат Пенсільванія США (U.S. Steel Tower) 

Знамениті споруди з металу доповнить 64-поверхова монолітна Сталева Вежа (Пенсільванія) в стилі International. Перша будівля, збудована з вогнетривких колон. Вони і перекриття складають основу об'єкта. Використовувалася власне вироблена сталь Cor-ten. Особлива окісна плівка на поверхні металу забезпечує стійкість до корозії. Незвичайна і форма 260-метрової вежі - трикутна, з увігнутими кутами.

 

Бруклінський міст (Brooklyn Bridge) 

Старійшині Нью-Йорка - Бруклінському мосту протяжністю в 1825 м, більше 130 років. Це найперша підвісна будова зі сталевого дроту. Відрізняється великою товщиною сталі і складністю конструкції. Головний проліт підвішений на сталевих 19-жильних тросах, простягнутих на висоті 87 м. Для будівництва, крім металу, використовувався вапняк, граніт, цемент Розенталя. Ціна споруди 15,1 мільйона доларів.

 

Ворота Заходу, штат Міссурі США (Gateway Arch) 

Вік Арки Воріт в Сент-Луїсі більше 50 років. Це частина Меморіалу національного розширення Джефферсона. Споруда заввишки в найвищій точці 192 метра і такою ж шириною біля основи складається з покритих нержавіючою сталлю трикутних секцій, з'єднаних в ланцюг. Загальна сума проекту - 30 мільйонів доларів. Будівельні конструкції відрізняються високою стійкістю і здатністю витримати землетрус до 6 балів.

 

Вілліс-тауер, Чикаго, США (Willis (Formerly Sears) Tower) 

108 поверхів хмарочоса Willis Tower вартістю $ 150 млн - це 442-метровий сталевий каркас, покритий чорним алюмінієм. На нього пішло 76 тис. тон сталі. Незвичайна ступінчаста геометрія створює невеликий (до 10 см) нахил в західному напрямку і надає нерівне навантаження на фундамент. Остов будівлі складають дев'ять сталевих зварних квадратних «труб». Кожна складається з 20 ортогональних і безлічі поздовжніх балок, піднятих на висоту 50 поверхів. При подальшому звуженні, до 90-го, піднімається тільки 5 з них. Решта 2 сталеві конструкції утворюють останні 20 поверхів.

 

Крайслер-білдінг, Нью-Йорк (The Chrysler Building) 

Хмарочос Крайслер-білдінг - це класика жанру архітектури в стилі ар-деко. Він в 1930 році по праву доповнив унікальні будівлі і споруди світу. Відмітний елемент конструкції - кам'яна кладка зі сталевою рамою і металевим покриттям. Вона виконана з перехідними скосами. Передня сторона даху прикрашена сім'ю напівкруглими фрагментами, зведеними в хрещатий звід. Корона на ній з аустенітної нержавіючої сталі «Ендуро КА-2». З металу зроблені і голови орлів, урни, крила.

 

Вежа Шунь Хін, Шеньчжень. Китай (Shun Hing Square Tower, Shenzhen) 

Квадратна вежа Шунь Хін суцільносталева. Побудована з МК збірним способом в рекордні терміни. Будинки і споруди з металоконструкцій, в тому числі і вежа, відмінно зарекомендували себе в сейсмологічних нестійких регіонах. У Shun Hing Square Tower опорна система з 80 бетонних паль. Сталевий корпус приховує 16 колон. У міру зростання поверховості вони стають все тонше. Вже з 66-го поверху колони зроблені повністю зі сталі. Захист споруди від перекидання забезпечують сталеві решітки.

 

Тайбей 101 Вежа в Тайвані (Taipei 101 Tower in Taiwan) 

Півкілометрова по висоті Вежа Taipei 101 Tower, як і інші знамениті будівлі з металу, це ще одне свідчення унікальних властивостей сталі, її міцності і довговічності. Споруда складається з 36 колон, з яких 8 залиті бетоном. Фундамент з 380 багатометровими палями витримує тайфуни і землетруси, має гнучкість, пружність. МК здатні «глушити» енергію коливань, протистояти сильним вітрам. Вежа вартістю 1,7 млрд доларів височить над 25-поверховим базисом. Стійкість фундаменту забезпечують 380 багатометрових паль.

 

Харбор-Брідж, Австралія (Sydney Harbour Bridge) 

Найбільший міст Сіднея арочного типу будували 6 років майже 1500 осіб. Всі елементи з'єднані заклепками. Каркас виконаний у вигляді металевої решітки з аркою. На ній розташувався залізничний тунель. При вазі 1 арки 39 000 тон повна вага конструкцій становить 53 800 тон. По берегах її підтримують облицьовані гранітом вежі майже 100-метрової висоти. Унікальність мосту в тому, що навіть сама незначна зміна конструкції тягне перерахунок всієї споруди. На будівництво Харбор-Брідж витрачено $ 20 млн.

 

«Пташине гніздо», Пекін (Beijing National Stadium, Beijing) 

Нарівні з рекордами Олімпійські ігри 2008 року в Китаї прославили також відомі металеві споруди. Серед них - стадіон «Пташине гніздо». Його будували 5 років 17 000 робітників. Загальна вага сталевих конструкцій склала 110 000 тон, для чого довелося купити метал в обсязі 42 000 тон. Об'єкт складається з двох автономних структур: бетонної чаші і зовнішньої сталевої рами. Її секції виготовлені в Шанхаї. Після доставки в Пекін були зварені між собою.

 

Концертний зал імені Уолта Діснея, Лос-Анджелес (Walt Disney Concert Hall)

Будівлю футуристичних форм концертного залу було закінчено в 2003 році і обійшлася в $ 170 млн. Металоконструкції блищать на сонці і відображають фасади, незвичайна архітектура нагадує корабель, що пливе під вітрилами. Самі вітрила зроблені з нержавіючої сталі. Зверху і всередині них розташовані вікна і світлові люки. Плановане оформлення фасаду з каменю було замінено більш легким і менш дорогим облицюванням з тієї ж нержавіючої сталі.

Будівля Фан Юань, Шеньян (The Fang Yuan Building) 

Китайський феномен - The Fang Yuan Building - побудований в 2001 році. У 25-поверховому бізнес-центр офісні блоки виконані в стилі хай-тек. У зовнішньому вигляді поставленої на ребро старовинної «Шеньянского монети» з квадратним вирізом по центру проглядаються її кутоподібні обриси. У будівництві використані основні матеріали - скло, кам'яні блоки, троси, а також довелося купити листовий метал в величезних обсягах.

 

Коледж Святого Антонія, Оксфорд (Investcorp Building, St. Anthony's College, Oxford) 

Свій проект Інвесткорп Заха Хадід втілила в Коледжі Святого Антонія. Нова будівля університету з монолітного залізобетону - це продовження коледжу Святого Антонія (його Близькосхідного центру). Корпус виглядає як дзеркальний тунель. Його фасад - у вигляді суцільної і гладкої кривої смуги. Дах облицьовано панелями з полірованої нержавіючої сталі. Компанії-інвестору проект обійшовся в 11 млн фунтів стерлінгів.

 

Музею сучасного мистецтва Cleveland, штат Огайо, США (Museum of Contemporary Art, Cleveland (MOCA) 

На будівлі з металоконструкцій звернула увагу і лондонська компанія Farshid Moussavi Architecture. Один з її проектів - нова будівля Музею сучасного мистецтва Cleveland. Дзеркальна чорна нержавіюча сталь його зовнішніх стін обрана за рахунок полірування. Мега-панель, що поєднує скло і гладкі металеві, природно відображаючі поверхні, називається Inverted Seam™ Glass System. Стійкість металу підвищується за рахунок його щільності і полірування. Вартість проекту $ 26,3 млн.

Музей історії гонок, Північна Кароліна, США (Nascar Hall of Fame, Charlotte) 

Зал слави Національної асоціації гонок серійних автомобілів - це архітектурний проект з похилих площин з вигнутими формами. У ньому переважають динамічні лінії сталевих конструкцій - облицювальні елементи, громіздкі фрагменти каркаса, огинає будівлю плавно перекручена стрічка. Великі прольоти зводилися за допомогою ферм. Кілька з них підтримують пішохідний дворівневий міст. Гратчаста рама Віренделя служить опорою скляному фасаду Парадного залу.

 

Центр Жоржа Помпіду, Париж (Centre Pompidou, Paris, France) 

Центр Жоржа Помпіду виконаний в стилі хай-тек. Відкрито в 1977 році. У цьому скляному паралелепіпеді зі сталевим каркасом в основі витонченість форм досягнуто за рахунок сталевих конструкцій. Завдяки металевим фермам, що спираються на колони протилежних фасадів, створюється величезний проліт без проміжних підпор.

Безперечно, ці будівлі зі сталі будуть захоплювати ще не одне покоління. Але немає межі досконалості. Активно ведеться пошук нових легких, але міцних, екологічних, корозійностійких і довговічних матеріалів. Станьте активним учасником творчого процесу, створіть свою унікальну конструкцію зі сталі. І хто знає, може вона теж буде затребувана в сучасному будівництві.

Пошаровий синтез за допомогою зварювальної дуги: економічний 3D-друк металевих виробів

Технологія пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги викликає значний інтерес у промисловців. Завдяки методу наплавки шарів виробництво за допомогою зварювальної дуги стає надзвичайно гнучким з погляду можливостей виготовлення деталей найрізноманітніших геометричних форм. Технологія пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги за економічністю суттєво переважає інші методи адитивної металообробки, зокрема, коли йдеться про виготовлення прототипів і виробництво дрібних партій. Головним фактором оцінки якості виготовлених компонентів є процес зварювання. Процес Cold Metal Transfer, який розробила компанія Fronius, відповідає всім вимогам до процесів пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги.

Методи пошарового синтезу забезпечують виготовлення деталей за рахунок поетапної наплавки шарів матеріалу. Найвідомішим методом пошарового синтезу є 3D-друк. Технологія пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги, в основі якої лежить процес дугового зварювання, також дає змогу виготовляти металеві деталі шар за шаром, причому шари утворюються зі зварювального електрода, що поступово плавиться. Такий метод синтезу набуває особливої привабливості, наприклад, коли потрібно виготовити деталь складної геометричної форми, адже можливості розробки в такому разі практично ніщо не обмежує. Іншими суттєвими перевагами цього методу є висока швидкість та низька собівартість виробництва. Завдяки цим особливостям технологію пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги вигідно застосовувати для виготовлення прототипів і виробництва дрібних партій. Тривалість обробки, зношування інструментів і втрати матеріалів під час виробництва – особливо під час роботи за традиційними технологіями, що передбачають виточування деталі з твердої заготовки, – все це зумовлює зростання витрат.

ЩО ЯВЛЯЄ СОБОЮ ТЕХНОЛОГІЯ ПОШАРОВОГО СИНТЕЗУ ЗА ДОПОМОГОЮ ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ДУГИ?

Існує цілий ряд методів синтезу, які використовують для виготовлення металевих деталей. За принципом роботи ці методи можна розділити на два основні типи: порошкові процеси та процеси з використанням дротів. У порошкових процесах додавання нових шарів здійснюють, напилюючи розплавлений металевий порошок. Найпоширеніший метод цього типу – плавлення часточок напиленого металевого порошку – забезпечує надзвичайно точні результати, проте сам процес синтезу досить повільний. З іншого боку, в процесах із використанням дротів нові шари утворюються способом плавлення металевого присадного матеріалу у формі дроту лазерним променем, пучком електронів або зварювальною дугою. Цим процесам властива висока швидкість наплавлення, тому їх застосування дає змогу скоротити тривалість виробництва.

Пошаровий синтез за допомогою зварювальної дуги – це процес синтезу з використанням дротів, у основі якого лежить метод дугового зварювання металевим електродом у середовищі захисного газу (GMAW). Окрім високої швидкості наплавлення (до чотирьох кілограмів на годину в разі використання сталей), технологія пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги має безліч інших переваг. У майбутньому синтез із одночасним використанням декількох дротів може забезпечити ще більшу швидкість наплавлення. Оскільки вартість витратних матеріалів і амортизації обладнання також є важливим фактором, технологія пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги має ще одну велику перевагу: для її використання потрібна лише відповідна зварювальна система. Для впровадження цієї технології не потрібне дороге спеціальне обладнання – наприклад, вакуумні камери, що забезпечують більшу швидкість синтезу за допомогою електронних пучків.

Порівняно з порошковими методами технологія пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги вигідно вирізняється за рахунок великого асортименту сертифікованих типів дротів. Вибір наявних порошкових матеріалів досить обмежений, а сертифікація нових і оформлення необхідних технічних паспортів можуть тривати роками, оскільки використання металевих порошків у цій галузі – порівняно нова технологія.

«ХОЛОДНИЙ» ПРОЦЕС ЗВАРЮВАННЯ ДЛЯ ФОРМУВАННЯ МІЦНИХ ШАРІВ

Критично важливими для технології пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги є стабільність процесу зварювання й ефективність відведення тепла. Рівень енергії процесу зварювання має бути достатньо низьким, щоб під час нанесення нового шару не розплавився попередній. Інакше кажучи, процес має бути якомога «холоднішим». Крім того, наварювані шари мають бути безперервними, однорідними та без бризок. Якщо в одному з шарів виникне дефект, його буде відтворено й у наступних.

Процес дугового зварювання металевим електродом у середовищі захисного газу CMT і варіанти керування ним цілком задовольняють ці вимоги. Він забезпечує стабільну зварювальну дугу та тривале контрольоване коротке замикання. Завдяки цим особливостям процесу рівень теплового впливу знижується, а нанесення матеріалу здійснюється майже без бризок. Таким чином він дає змогу запобігти виникненню дефектів.

Для використання з технологією пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги особливо добре підходять два варіанти керування процесом CMT. Перший варіант – характеристика адитивного процесу CMT, який було оптимізовано для використання з технологією пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги. Він забезпечує високу швидкість наплавлення за передачі мінімальної кількості тепла на синтезовану деталь. Другий варіант, а саме CMT Cycle Step, дає змогу додатково знижувати потужність зварювальної дуги за рахунок її керованої деактивації у фазі процесу. Водночас цей відносно «холодний» процес синтезу вирізняється дещо нижчою швидкістю наплавлення, тому за його використання надбудова шарів триває довше.

ПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПОШАРОВОГО СИНТЕЗУ ЗА ДОПОМОГОЮ ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ДУГИ

На сьогодні метод пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги з використанням зварювальних технологій компанії Fronius уже застосовують під час виробництва великого асортименту деталей для різноманітних галузей промисловості. До переліку таких виробів можна включити робочі колеса вентиляторів для електронної промисловості, які виготовляють із високоякісних матеріалів. Виточування подібних деталей із заготовок – надзвичайно дорога процедура, адже під час таких робіт зазвичай витрачають багато матеріалу. Лиття ж далеко не завжди може забезпечити потрібні металургійні характеристики виробам із товщиною стінок усього 1,5 мм. Технологія пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги, що ґрунтується на CMT Cycle Step, дає змогу виготовляти лопаті вентиляторів зі сплаву на нікелевій основі за адитивним методом. За методом пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги можна навіть ремонтувати деталі.

Партнер із авіаційної галузі допоміг компанії Fronius реалізувати ще один варіант використання цієї технології. У авіаційній промисловості часто використовують титан, оскільки він вирізняється легкістю, а також високою міцністю, пружністю та стійкістю до корозії. Більшість деталей виготовляють способом механічної обробки. Втрати матеріалу в такому разі сягають до 90 %. Загалом це спричиняє високу вартість виробництва, значну тривалість виробничих процесів і зношування дорогого обладнання й інструментів. Водночас, щоб зробити поверхню деталі, яку було виготовлено методом пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги, гладенькою, достатньо лише мінімальної обробки. Титанові компоненти, які виготовлено за адитивним процесом CMT, не мають жодних проблем із недостатнім проплавленням і демонструють вражаючі металургійні характеристики. Впровадження адитивних процесів дає змогу суттєво зменшити витрати на інструменти, а також тривалість обробки та рівень зносу обладнання, а відтак і вартість обробки в цілому.

ТЕХНОЛОГІЯ ПОШАРОВОГО СИНТЕЗУ ЗА ДОПОМОГОЮ ЗВАРЮВАЛЬНОЇ ДУГИ: ГНУЧКІСТЬ ТА ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ

Зважаючи на всі ці фактори, технологію пошарового синтезу за допомогою зварювальної дуги цілком можна назвати гнучкою й економічною альтернативою традиційним методам виробництва деталей. Адитивний процес із використанням зварювальних технологій від компанії Fronius і процесу CMT можна порівняно легко впровадити на виробництві.

Підготовка зварювальних електродів до зварювання

З усіх зварювальних матеріалів, що випускаються промисловістю, покриті електроди за обсягом застосування займають провідне місце. Ними зварюють понад дві третини металоконструкцій.

Покритий електрод являє собою металевий стрижень, на поверхню якого методами занурення або опресовування під тиском нанесено спеціальне покриття.

Загальні вимоги для всіх типів електродів: забезпечення стійкого горіння дуги; добре формування шва; спокійне і рівномірне плавлення електродного стрижня і покриття в процесі зварювання; мінімальні втрати електродного металу від чаду і розбризкування; легке відділення шлакової кірки від поверхні шва; збереження технологічних властивостей електродів протягом певного проміжку часу; мінімальна токсичність при виготовленні і зварюванні.

Для задоволення цих вимог (загальних і спеціальних) в покриття електродів вводять певні речовини - шлакообразуючі, газообразуючі, розкислюючі, легіруючі, стабілізуючі, сполучні. Крім цього, застосовують металеві стрижні різного хімічного складу.

В якості сполучних матеріалів при виготовленні покритих електродів найчастіше використовують натрієве, калієве або натрієво-калієве рідке скло.

Найбільш повно, властивості кожної конкретної марки електродів відображаються на упаковці. На ній містяться такі відомості: умовне позначення електродів, їх призначення, марка зварювального дроту і дані про покриття, режими сушіння і прокалки, короткі технічні вказівки по зварюванню, властивості наплавленого металу.

Стан покриття електродів грає велику роль у забезпеченні надійного процесу зварювання та здобутті якісного зварного з'єднання металевих виробів. Покриття повинне бути сухим і не обсипатися.

Тому, якщо електроди зберігалися до зварювання в не поліетиленовій герметичної упаковці їх перед зварюванням необхідно просушити або прожарити при температурі, рекомендованої на картонній упаковці.

В умовах промислового виробництва для прожарювання застосовуються спеціальні печі або шафи. При виборі такого обладнання беруться до уваги основні технологічні вимоги: маса електродів, габарити і потужність агрегату, робочі характеристики.

Деякі зварювальні пости на спеціалізованих підприємствах забезпечуються невеликими спеціальними шафами.

У побутових умовах (дачні ділянки, гаражі, ферми) підготовка електродів до зварювання проводиться одним з «народних» способів. Найчастіше віддають перевагу одному з двох методів:

·           прожарювання у звичайній газовій або електричній духовці;

·           просушка будівельним феном в спеціальному ящику або трубі.

Зазвичай виставляють температуру в духовці 190-210 С і витримують електроди 20-30 хвилин. Якщо збереглася упаковка, то на ній для електродів вказана температура і час прожарювання.

Електроди, що залишилися після прожарювання, бажано загорнути в целофанову упаковку і зберігати в сухому місці.