Климатические условия и их влияние на металлоконструкции. Особенности проектирования для морского климата

Возведение зданий и сооружений на основе металлоконструкций можно вести круглый год вне зависимости от сезона. Кроме того, к достоинствам такого строительства относят сокращенные сроки монтажа, которые напрямую влияют на минимизацию трудозатрат, дают возможность экономить на расходах. Вот почему популярность технологии непрерывно возрастает уже несколько десятилетий.

Чтобы здание на основе металлоконструкций было прочным, долговечным, теплым и удобным, в процессе проектирования необходимо учитывать климатические факторы в целом и отдельные погодные явления в частности.

Учет климата в проектировании металлоконструкций

Климат — преобладающий в конкретной местности погодный режим: перепады температур, преобладающие ветра в разное время года, солнечную радиацию, частоту и обилие осадков, близость и специфику водных источников. Все подобные явления определенным образом влияют на сохранность металла.

Ветер. Ветровые нагрузки оказывают давление на металлоконструкции, особенно на открытых пространствах и высоте. В процессе составления проекта выясняют преобладающие ветра в разное время года, определяют розу ветров и рассчитывают направление и силу давления воздушных масс на конструктивные элементы. Получив эти данные, проектировщики определяют оптимальную толщину и прочность конструкции, подбирают необходимые параметры элементов.

Влажность воздуха и дождевые осадки. Вода не только оказывает нагрузку на металлоконструкции, но и является фактором, который может спровоцировать развитие коррозии. Инженеры должны высчитать риск возникновения коррозии и предусмотреть защиту металла от влаги. Также во влажном климате увеличиваются риски теплопотерь ограждающих конструкций, и требуется тщательный подбор стройматериалов. При проектировании необходимы данные об осадках, частоте их выпадения, обильности, расположении в прилегающей местности крупных водоемов и так далее.

Снег. В регионах, где снег является обычным явлением для зимы, необходимо учесть формирование сугробов и давление снежной массы на кровлю и перекрытия. Конструктивные элементы следует рассчитать таким образом, чтобы они выдерживали зимнее повышение общей массы строения, сохраняли прочность и устойчивость.

Солнечное излучение. В регионах с высокой солнечной активностью важно спроектировать строения таким образом, чтобы не допускать перегрева внутри помещений. Нередко для создания комфортной среды внутри здания проектировщики предусматривают наружные отражающие или защитные конструкции.

Перепады температур. Сезонные колебания температурного режима, суточные перепады также являются фактором, влияющим на эксплуатацию зданий и сооружений. Низкие температуры заставляют материалы сжиматься, высокие — расширяют их, и такого рода термические «качели» способны изменить физические свойства металлов, снизить их эксплуатационный ресурс.

Экстремальные погодные явления. Тайфуны, смерчи, ураганы, засухи и потопы, экстремальные морозы или палящий зной периодически возникают в разных уголках планеты. Однако в некоторых регионах их возникновение носит систематический характер и вполне предсказуемо. В процессе проектирования важно учитывать вероятность наступления таких условий и предусмотреть повышенные нагрузки на металлоконструкции, усилить их — с целью сохранить комфорт и безопасность людей и имущества.

Комплексные климатические нагрузки

Кроме того, на металлические элементы строительных конструкций могут воздействовать комплексные нагрузки от одновременного появления сразу нескольких погодных явлений. К примеру, сильный ветер способен существенно охлаждать воздухопроницаемые ограждающие конструкции даже при умеренной температуре и, напротив, воздухонепроницаемость стен помогает сохранять теплоустойчивость здания даже при крайне низких температурах снаружи.

Есть необходимость учитывать воздействие погоды на металлоконструкции и при одновременном воздействии тепла/холода и влажности, а также при резких суточных перепадах температуры. Для строительства в таких климатических зонах необходимы специальные расчеты — определение предельного сопротивления зданий теплопередаче, изменению влажности и температурного режима внутри.

Одним из особенных режимов с одновременным воздействием на строительные конструкции сразу нескольких погодных явлений является морской климат. Возведение зданий и сооружений в таких регионах требует специализированных материалов и технологий строительства, а также защиты от негативного воздействия морской среды.  

Морской климат

Климат вблизи любого моря отличается повышенной влажностью, сильными ветрами и содержанием в воздухе солей. Вместе эти факторы представляют собой агрессивную среду, разрушительно действующую на металлоконструкции. Именно под ее влиянием развиваются коррозийные процессы, а гидроксид (ржавчина) снижает прочность и долговечность металла.

• Постоянные сильные ветра в прибрежных районах создают повышенные боковые и вертикальные нагрузки на строительные конструктивы и требуют специальных материалов и запаса прочности.
• Повышенная влажность воздуха благоприятна для возникновения коррозии, которая способствует преждевременному износу металла.
• Соленые воздушные массы усиливают коррозийные процессы и могут повышать риск повреждения металлоконструкций.

Методы проектирования строений для эксплуатации в условиях морского климата

Ветровую и волновую нагрузку на строительные конструкции из сплавов необходимо рассчитывать с использованием следующих методов:

1. Аэродинамический анализ — инженерные расчеты позволяют подобрать форму и профиль металлоизделий, минимизирующие воздействие ветров.
2. Моделирование волновой нагрузки — методом программирования создают компьютерную модель, учитывающую свойства реальной волны и ее воздействия на металлоконструкции. Полученные данные помогают определить необходимые свойства материалов — толщину, прочность, состав и так далее.
3. Усиление металлоконструкций — при проектировании зданий и сооружений для морского климата могут быть предусмотрены вспомогательные элементы и крепеж.
4. Использование амортизационных систем — позволяет снизить или компенсировать ветровую и волновую нагрузку на конструкции, повысить их устойчивость.

Материалы для защиты металла от агрессивного воздействия влажности и соленого воздуха

Риск возникновения коррозии можно снизить еще на стадии проектирования металлоконструкций. Использование определенных сплавов, защитных покрытий способны продлить их безотказную эксплуатацию на долгие годы.

• Нержавеющая сталь — содержит хром, образующий нанопленку на поверхности изделий. Она не дает воздуху и влаге воздействовать на сплав и тем самым защищает от коррозийных повреждений.
• Алюминий — металл сам по себе обладает естественным покрытием в виде защитной пленки. И пока она остается неповрежденной металл остается неуязвим для коррозии, неподвержен влиянию влажности и соленого воздуха.
• Оцинковка — цинковое покрытие защищает металлы от внешних факторов, создавая барьер для проникновения кислорода, солей и влаги. Цинк «умеет» сращивать микроцарапины, распределяя мельчайшие частицы с краев на повреждение и не давая развиваться коррозии.
• Специализированные покрытия — производятся на основе эпоксидных смол и полиуретана непосредственно для защиты металлоизделий от агрессивного воздействия морского климата. При нанесении на конструктивные элементы образуется прочная пленка, препятствующая доступу воды и соли.