Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Группы конструкций металлических: СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* (с Изменением N 1)

Содержание

Примерный перечень групп конструкций / Стали для строительных конструкций / 3dstroyproekt.ru

№№ п.п.

Конструкции

Элементы конструкций

Группа конструкций

1

2

3

4

Производственные здания

1

Подкрановые конструкции

Подкрановые балки, подкраново-подстропильные и подкрановые фермы, включая элементы решетки и фасовки ферм, опорные ребра

1

Тормозные балки, тормозные фермы, вертикальные фермы, детали крепления к колоннам, диафрагмы и ребра жесткости

2

Вспомогательные горизонтальные связевые фермы, упоры

3

Детали крепления рельс

4

2

Колонны зданий и открытых крановых эстакад. Стойки рабочих и технологических площадок

Основные сечения колонн, решетка колонн, опорные плиты, подкрановые траверсы, траверсы баз колонн. Вертикальные связи по колоннам

3

Ребра жесткости и диафрагмы колонн, элементы решетки двухплоскостных связей. Вертикальные связи с напряжением менее 0,4 расчетного сопротивления

4

3

Конструкции покрытий

Фермы и ригели рам покрытий, подвергающиеся непосредственному воздействию подвижных динамических или вибрационных нагрузок от технологического или транспортного оборудования {см. примечания}. Узловые фасонки для всех ферм

1

Фермы и ригели рам покрытий при статической нагрузке, продольные фермы фонарей при шаге стропильных ферм 12 м

2

Фонари при шаге стропильных ферм 6 м и прочие элементы фонарей при шаге стропильных ферм 12 м, щиты кровли, прогоны

3

Горизонтальные торцевые связи по кровле и продольные связи при шаге колонн больше шага стропильных ферм

3

Прочие горизонтальные и вертикальные связи по конструкциям покрытий

4

4

Монорельсовые пути и пути подвесных кран-балок

Балки путей подвесного транспорта под электрические тали и кран-балки, кроме ремонтных

1

То же, ремонтные и ручные

2

Перекидные балки для крепления путей подвесного транспорта

2

5

Рабочие площадки при наличии подвижного транспорта

Балки рабочих площадок под железнодорожный подвижной состав, опорные ребра балок

1

Балки рабочих площадок при наличии автопогрузчиков и другого транспорта, опорные ребра балок

2

Металлический настил, включенный в общую работу балок на изгиб

2

Ребра жесткости настила

3

Ребра жесткости балок

4

6

Конструкции технологических площадок и перекрытий

Балки и ригели рам перекрытий при воздействии динамических и вибрационных нагрузок

1

Главные балки и ригели рам перекрытий при статической нагрузке

2

Второстепенные сварные балки при динамической нагрузке

2

Второстепенные сварные балки при статической нагрузке

3

Настил перекрытий и ребра настила

3

Ребра жесткости балок

4

7

Вспомогательные площадки, лестницы

Площадки светильников, посадочные площадки на краны, пешеходные площадки, лестницы. Ограждения площадок

4

8

Бункеры

а} Бункерные балки и параболические бункеры

1

б} Стенки и ребра жесткости бункеров, кроме оговоренных в пункте 8а

2

9

Конструкции фахверка

Стойки, торцевые ветровые площадки и фермы

3

Ригели и прочие элементы фахверка

4

Ригели под кирпичные стены и над воротами

2

Специальные сооружения

1

Доменный комплекс, листовые конструкции

Кожух доменной печи и воздухонагревателей, воздуховоды горячего и холодного дутья

Кожухи пылеуловителя, скрубберов электрофильтров, циклонов и водоотделителей, газопровод грязного газа. Опорные узлы, ребра жесткости, разъединительные стенки и патрубки сосудов. Прочие газовоздухопроводы, работающие с внутренним давлением 0,7 и более кгс/см2 {кроме указанных выше}

1

Трубы взятия печи на тягу, цилиндрический ствол лифта, газовоздухопроводы с внутренним давлением от 0,2 до 0,7 кгс/см2 {кроме указанных выше в группе 1а; 1), бункера

2

Газопроводы, работающие с внутренним давлением до 0,2 кгс/см2 и воздухопроводы, работающие с внутренним давлением от 0,1 до 0,2 кгс/см2

3

Воздухопроводы, работающие с внутренним давлением до 0,1 кгс/см2

4

Стержневые конструкции

Балки рабочих площадок под подвижной железодорожн. состав. Опорные пилоны наклонного моста, подбалансирные балки, рамы колошникового устройства печи, монтажная балка с опорой, балка колошниковой площадки, конвейерная галерея шихтоподачи с опорами, балки под грохоты бункерной эстакады, балки для подвески воздухопровода горячего дутья

1

Решетчатый ствол лифта, опора трубы взятия печи на тягу, приемная воронка колошника, копер пылеуловителя, несущие конструкции подбункерного здания, рамы литейного двора, здание воздухонагревателей и колошникового подъемника, колонны печи, опоры сосудов {пылеуловителя, скруббера и др.)

2

Каркас шахты лестниц, электро-кабельные шахты, галерея и мосты для технологического оборудования

3

2

Резервуары и газгольдеры емкостью менее 10000 м3

Стенки и окрайки днищ резервуаров, кольца жесткости, плавающие крыши и понтоны, центральная часть днищ резервуаров всех емкостей покрытий резервуаров

2

Резервуары и газгольдеры емкостью 10000 м3 и более

Стенки и окрайки днищ, узловые фасонки покрытий всех резервуаров

1

Резервуары и газгольдеры сферические

Оболочки резервуаров и газгольдеров

Опорные конструкции

Изотермические резервуары

Внутренние корпуса резервуаров для жидкого аммиака, сжиженных углеводородных газов и пропана при температуре хранения до -50°С

 

То же, для жидкого этилена при температуре хранения -104°С

 

То же, для сжиженного природного газа и метана при температуре хранения до -160°С

То же, для жидкого кислорода {азота} при температуре хранения -196°С

 

3

Антенные сооружения связи

Элементы {механические детали} оттяжек мачт и антенных полотен, детали крепления оттяжек к фундаментам и стволам стальных опор, непосредственно воспринимающие динамические нагрузки

1

Статические неопределимые комбинированные конструкции опор {мачто-башенные} и опоры с антенными вантовыми устройствами

2

Стволы мачт и башен, конструкции консолей, площадок, балок и др. под стационарное технологическое оборудование, не подвергающиеся динамической или вибрационной нагрузке

3

4

Транспортерные галереи

Пролетные строения балочных и оболочечных транспортерных галерей с опорами и прожиточными ребрами. Несущие балки под конвейеры, подвергающиеся непосредственному воздействию динамических и вибрационных нагрузок, фасонки ферм

1

Опоры решетчатые, рамные плоские и пространственные, вертикальные связи по колоннам

2

Ребра жесткости балочных пролетных строений, связи по верхним и нижним поясам балочных пролетных строений

3

5

Вытяжные башни

Пояса и решетки башни, узловые фасонки

1

Балки площадок, диафрагмы, стальной газоотводящий ствол

3

Каркас газоотводящего ствола

2

6

Дымовые трубы свободно стоящие с оттяжками

Стальная оболочка трубы

1

Площадки и ребра жесткости, опорные кольца

2

Стальная оболочка трубы, ребра жесткости, площадки

2

7

Башенные градирни

Пояса решетчатых башен, кольца жесткости, связи

2

Узловые фасонки

1

Фахверк, вспомогательные площадки, обшивка градирен

4

Вентиляторные градирни

Пояса башни и решетка, диафрагмы, балки площадок

2

Узловые фасонки

1

8

Надшахтные башенные копры станковой системы

Шахтная рама, подшкивные балки и фермы, узловые фасонки, буккерные балки разгруз. кривые

1

Рабочая площадка, станок копра, балки покрытий и перекрытий

3

9

Силосы различного назначения

Стальная оболочка, ребра жесткости, площадки

3

Классификация металлических конструкций

Металлическая конструкция это элемент здания или сооружения, выполняющий определенные функции. Металлические конструкции нельзя рассматривать вне состава здания и условий его эксплуатации. Поэтому, говорить о классификации металлических конструкций, мы начнем с факторов, имеющих непосредственное отношение к долгосрочной работе металлоконструкций, и описанию тех условий, от которых зависит их успешная эксплуатация. Первое, о чем необходимо сказать в этом разделе, это о влиянии внешней среды на конструкцию, что часто называют термином «агрессивность воздействия внешней среды». Все мы знаем, что металл подвержен коррозии, и для того, чтобы защитить металлическую конструкцию от агрессивного воздействия внешней среды, необходимо предпринять меры, которые снизят риск возникновения коррозии. Для того чтобы определить необходимое конструктивное решение, мы должны четко знать все нормы агрессия воздействия среды на конструкцию. Их деление предопределено составом воздуха, его влажностью, и наличием в нем агрессивных газов, соли или пыли. Если все указанные компоненты воздуха находятся в пределах нормы, то и условия эксплуатации конструкций не приведут к значительному удорожанию. По степени агрессии, внешняя среда бывает: неагрессивной, слабоагрессивной, среднеагрессивной и сильноагрессивной, более подробно этот вопрос описан в правилах СНиП 2.03-85, там же даны четкие рекомендации, как лучше всего защитить металлическую конструкцию, правильно выбрав марку стали и антикоррозийное покрытие. Если соблюдать все строительные нормы и правила, то металлические конструкции обойдутся Заказчику, в тех разумных финансовых пределах, на которые он и рассчитывал.

Классификация металлических конструкций соответствует типу их исполнения, на который, прежде всего, влияет температура воздуха. Чем ниже температура окружающей среды, тем строже становятся требования к эксплуатации строения здания или сооружения, а значит и к конструктивному решению тоже. Отрицательные температуры — это не единственный фактор, отражающийся на классификации металлических конструкций. Здесь имеют место быть также и динамические нагрузки, концентрация напряжений и т.п. воздействий, приводящие металл к разрушению. Поэтому в проектировании классификация металлических конструкций предусматривает их деление на три категории:

  • К первой категории относятся конструкции, которые подвержены динамическому, циклическому и подвижному воздействию;
  • Вторая категория — это конструкции и элементы, на которые оказывают воздействие сразу несколько неблагоприятных факторов, начиная от динамических нагрузок и заканчивая низкими температурами, и т.д;
  • Третья категория включает в себя конструкции, разрушение которых маловероятно или очень незначительно, ввиду отсутствия неблагоприятных факторов воздействия и нагрузок.

Следует учитывать, что все факторы воздействия нагрузок, если их не учесть заранее, могут надолго (если не навсегда) вывести металлическую конструкцию из строя, что может привести к потере устойчивости здания или сооружения, а также вызвать разрушение стеновых ограждающих конструкций, которые могут привести к необратимым последствиям. Поэтому, рассматривая вопрос классификации металлических конструкций, следует отметить три категории норм назначения металлических стальных конструкций, которые отвечают за работоспособность всего здания или сооружения.

  • Категория назначения «А» включает в себя основные несущие конструкции, к которым предъявляются самые высокие требования, так как их непригодность может привести частичному к обрушению здания или сооружения. В эту категорию входят такие конструкции как, балки крановых путей, перекрытия, рабочие площадки, прогоны покрытий, ригели рам, лестницы, фермы, колонны, стойки, связи, опоры, мачты, башни, эстакады, листовые и другие подобные металлические конструкции.
  • Категория назначения «Б» — это вспомогательные конструкции, такие как настилы, элементы фахверка, лестничные площадки, связи и другие элементы, от потери устойчивости которых будет временно прекращена нормальная эксплуатация здания или сооружения.
  • И в последнюю категорию назначения «В» входят слабонагруженные элементы ограждений и прочие элементы, которые не подлежат расчету, устанавливаемому, исходя из конструктивных требований, потому как снижение их несущей способности снизит качество эксплуатации здания или сооружения, но не приведет прекращению его работоспособности. 

Обобщая тему «Классификация металлических конструкций», необходимо отметить, что сварные металлические конструкции по своему назначению представляют четыре группы, которые можно оценить следующим образом:

  • Группа I объединяет в себе основные сварные конструкции, призванные работать в особо тяжелых условиях, с непосредственным динамическим, вибрационным или подвижным воздействием.
  • Группа II — это основные сварные конструкции, работающие в условиях статических нагрузок направленных на растяжение, а также сюда входят конструкции и элементы первой группы, в которых нет сварных соединений.
  • Группа III включает в себя основные сварные конструкции, работающие преимущественно на сжатие, а также конструкции второй группы, в которых также нет сварных соединений.
  • Группа IV — это уже вспомогательные конструкции, а также конструкции и элементы третьей группы, в которых отсутствуют сварные соединения.

Наша проектно строительная компания уделяет большое внимание успешным взаимоотношениям с Заказчиком. Мы готовы поделиться с Вами каталогом нашей продукции, разработанным на основе требований и норм, предъявляемых к классификации металлических изделий и их эксплуатации. Звоните нам! Мы будем рады Вас слышать!

Рекомендации по применению стали для стальных строительных конструкций зданий и сооружений

Искать все виды документовДокументы неопределённого видаISOАвиационные правилаАльбомАпелляционное определениеАТКАТК-РЭАТПЭАТРВИВМРВМУВНВНиРВНКРВНМДВНПВНПБВНТМ/МЧМ СССРВНТПВНТП/МПСВНЭВОМВПНРМВППБВРДВРДСВременное положениеВременное руководствоВременные методические рекомендацииВременные нормативыВременные рекомендацииВременные указанияВременный порядокВрТЕРВрТЕРрВрТЭСНВрТЭСНрВСНВСН АСВСН ВКВСН-АПКВСПВСТПВТУВТУ МММПВТУ НКММПВУП СНЭВУППВУТПВыпускГКИНПГКИНП (ОНТА)ГНГОСТГОСТ CEN/TRГОСТ CISPRГОСТ ENГОСТ EN ISOГОСТ EN/TSГОСТ IECГОСТ IEC/PASГОСТ IEC/TRГОСТ IEC/TSГОСТ ISOГОСТ ISO GuideГОСТ ISO/DISГОСТ ISO/HL7ГОСТ ISO/IECГОСТ ISO/IEC GuideГОСТ ISO/TRГОСТ ISO/TSГОСТ OIML RГОСТ ЕНГОСТ ИСОГОСТ ИСО/МЭКГОСТ ИСО/ТОГОСТ ИСО/ТСГОСТ МЭКГОСТ РГОСТ Р ЕНГОСТ Р ЕН ИСОГОСТ Р ИСОГОСТ Р ИСО/HL7ГОСТ Р ИСО/АСТМГОСТ Р ИСО/МЭКГОСТ Р ИСО/МЭК МФСГОСТ Р ИСО/МЭК ТОГОСТ Р ИСО/ТОГОСТ Р ИСО/ТСГОСТ Р ИСО/ТУГОСТ Р МЭКГОСТ Р МЭК/ТОГОСТ Р МЭК/ТСГОСТ ЭД1ГСНГСНрГСССДГЭСНГЭСНмГЭСНмрГЭСНмтГЭСНпГЭСНПиТЕРГЭСНПиТЕРрГЭСНрГЭСНсДИДиОРДирективное письмоДоговорДополнение к ВСНДополнение к РНиПДСЕКЕНВиРЕНВиР-ПЕНиРЕСДЗемЕТКСЖНМЗаключениеЗаконЗаконопроектЗональный типовой проектИИБТВИДИКИМИНИнструктивное письмоИнструкцияИнструкция НСАМИнформационно-методическое письмоИнформационно-технический сборникИнформационное письмоИнформацияИОТИРИСОИСО/TRИТНИТОсИТПИТСИЭСНИЭСНиЕР Республика КарелияККарта трудового процессаКарта-нарядКаталогКаталог-справочникККТКОКодексКОТКПОКСИКТКТПММ-МВИМВИМВНМВРМГСНМДМДКМДСМеждународные стандартыМетодикаМетодика НСАММетодические рекомендацииМетодические рекомендации к СПМетодические указанияМетодический документМетодическое пособиеМетодическое руководствоМИМИ БГЕИМИ УЯВИМИГКМММНМОДНМонтажные чертежиМос МУМосМРМосСанПинМППБМРМРДСМРОМРРМРТУМСанПиНМСНМСПМТМУМУ ОТ РММУКМЭКННАС ГАНБ ЖТНВННГЭАНДНДПНиТУНКНормыНормы времениНПНПБНПРМНРНРБНСПНТПНТП АПКНТП ЭППНТПДНТПСНТСНЦКРНЦСОДМОДНОЕРЖОЕРЖкрОЕРЖмОЕРЖмрОЕРЖпОЕРЖрОКОМТРМОНОНДОНКОНТПОПВОПКП АЭСОПНРМСОРДОСГиСППиНОСНОСН-АПКОСПОССПЖОССЦЖОСТОСТ 1ОСТ 2ОСТ 34ОСТ 4ОСТ 5ОСТ ВКСОСТ КЗ СНКОСТ НКЗагОСТ НКЛесОСТ НКМОСТ НКММПОСТ НКППОСТ НКПП и НКВТОСТ НКСМОСТ НКТПОСТ5ОСТНОСЭМЖОТРОТТПП ССФЖТПБПБПРВПБЭ НППБЯПВ НППВКМПВСРПГВУПереченьПиН АЭПисьмоПМГПНАЭПНД ФПНД Ф СБПНД Ф ТПНСТПОПоложениеПорядокПособиеПособие в развитие СНиППособие к ВНТППособие к ВСНПособие к МГСНПособие к МРПособие к РДПособие к РТМПособие к СНПособие к СНиППособие к СППособие к СТОПособие по применению СППостановлениеПОТ РПОЭСНрППБППБ-АСППБ-СППБВППБОППРПРПР РСКПР СМНПравилаПрактическое пособие к СППРБ АСПрейскурантПриказПротоколПСРр Калининградской областиПТБПТЭ

Подбор марки стали | buildingbook.ru

Расчет строительных конструкций завязан на выборе марки стали. Многие просто в расчетах принимают марку стали С245 как самую низкую и не парятся по этому поводу — в случае если необходимой марки нет, заменяют на более прочную, а сечение оставляют тоже, что это ведет к перерасходу металла и завышению стоимости строительства.

Также многие ошибочно полагают, что из-за того что самая низкая марка дешевле, то и конструкция будет дешевле. На самом деле увеличение прочности стали ведет к снижению общей массы конструкции и итоговая стоимость всего проката может оказаться ниже. Кроме этого снижается нагрузка на фундамент и сейсмические нагрузки. Однако использование высокопрочных сталей не оправданно для элементов, сечение которых подбирается из условия устойчивости.

Кроме того при подборе марки стали будет не лишним обзвонить поставщиков на наличии и возможность поставки профиля из необходимой марки стали т.к. при замене марки стали на менее прочную придется менять профиль и узлы, что займет некоторое время, а при замене на более прочную будет перерасход стали. Одни из самых распространенных марок стали для прокатного профиля на рынке — 09Г2С и Ст3сп/пс5.

В первую очередь для выбора марки стали нам необходимо определить к какой группе относятся будущий элемент здания. Описание групп написано в приложении В СП 16.13330.2011. Всего их 4:

1) Сварные конструкции либо их элементы, работающие в особо тяжелых условиях (согласно ГОСТ 25546), в том числе максимально стесняющие развитие пластических деформаций или подверженных непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок. В этот список входят подкрановые балки, балки рабочих площадок, балки путей подвижного транспорта, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, непосредственно воспринимающие нагрузки от подвижных составов, главные балки и ригели при динамической нагрузке, пролетные строения транспортерных галерей, фасонки ферм, стенки, окрайки днищ, кольца жесткости, плавающие крыши, покрытия резервуаров и газгольдеров, бункерные балки, оболочки параболических бункеров, стальные оболочки свободно стоящих дымовых труб, сварные специальные опоры больших переходов линий электропередачи (ВЛ) высотой более 60 м, элементы оттяжек мачт и оттяжечных узлов.

2) Сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке при наличии растягивающих напряжений. В этот список входят фермы, ригели рам, балки перекрытий и покрытий, косоуры лестниц, оболочки силосов, опоры ВЛ, за исключением сварных опор больших переходов, опоры ошиновки открытых распределительных устройств подстанций (ОРУ) опоры транспортных галерей, прожекторные мачты, элементы комбинированных опор антенных сооружений (АС) и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы, а также конструкции и их элементы 1-ой группы при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425 и ТУ 14-2-427 при наличии сварных монтажных соединений.

3) Сварные конструкции или их элементы, работающие при статической нагрузке, преимущественно на сжатие. В этот список входят колонны, стойки, опорные плиты, элементы настила перекрытий, конструкции, поддерживающие технологическое оборудование, вертикальные связи по колоннам с напряжениями в рассчетных сечениях связей свыше 0,4Ry, анкерные, несущие и фиксирующие конструкции (опоры, ригели жестких поперечин, фиксаторы) контактной сети транспорта, опоры под оборудование ОРУ, кроме опор под выключатели, элементы стволов и башен АС, колонны бетоновозных эстакад, прогоны покрытий и другие сжатые и сжато-изгибаемые элементы, а также конструкции и их элементы 2-ой группы при отсутствии сварных соединений.

4) Вспомогательные конструкции зданий и сооружений. В этот список входят связи, кроме указанных в группе 3, элементы фахверка, лестницы, трапы, площадки, ограждения, металлоконструкции кабельных каналов, вспомогательные элементы сооружений и т.п., а также конструкции и их элементы 3-ей группы при отсутствии сварных соединений.

Далее нам необходимо определить климатический район строительства, а точнее нам необходимо узнать расчетную температуру наружного воздуха. Ее можно найти в СП 131.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*).

За расчетную температуру для определения стали по СП 16.13330.2011 принимается температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98.

За расчетную температуру для определения стали по СНиП II-23-81 принималась температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.

Почему температура влияет на выбор марки стали? Потому что с уменьшением температуры увеличивается хрупкость стали.

С 1 июля 2015 г. СП 16.13330.2011 носит обязательный характер, поэтому необходимо пользоваться данными по нему. Давайте сравним требования предъявляемые СП 16.133302011 и уже не действующим СНиП II-23-81.

По таблице В.1 СП 16.13330.2011 назначаются следующие марки стали в проектируемых конструкциях:

Из таблицы мы видим, что здесь 3 столбца со стандартами для выбора марки стали. Марка стали по ГОСТ 27772 характеризует предел текучести металла (С235 означает что сталь имеет предел текучести 235 Н/мм²), маркировка согласно ГОСТ 353,ГОСТ 14637 и ГОСТ 19281 обозначает химический состав, прочностные характеристики данной марки можно посмотреть в этих ГОСТ-ах. Сталь выполненная по одному ГОСТ-у может полностью соответствовать марке стали, выполненному по другому ГОСТ-у, отличие заключается лишь в методе контроля качества стали. В мире нет единого стандарта обозначения марки стали — в России одни стандарты, в США другие, в Европе третьи, но это не значит, что сталь у нас разная.

По таблице 50 СНиП II-23-81 назначаются следующие марки стали:

Группа 1:

Группа 2:

Группа 3:

Группа 4:

Обозначения, принятые в табл. 50* СНиП II-23-81:

а) фасонный прокат толщиной до 11 мм, а при согласовании с изготовителем — до 20 мм; листовой — всех толщин;
б) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для толщин свыше 20 мм;
в) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для всех толщин;
г) для района II4, для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха, применять прокат толщиной не более 10 мм;
д) при толщине проката не более 11 мм допускается применять сталь категории 3;
е) кроме опор ВЛ, ОРУ и КС;
ж) прокат толщиной до 10 мм и с учетом требований разд. 10;
и) кроме района II4 для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха.
Знак «+» означает, что данную сталь следует применять; знак «-» означает, что данную сталь в указанном климатическом районе применять не следует.

Как видим в СНиП II-23-81 градация по температурам ниже на 5 градусов, чем в СП 16.13330.2011, но и температура здесь не самых холодных суток, а самой холодной пятидневки. Если посмотреть СП «Строительная климатология», то заметим, что в большинстве случаев условия выбора марки стали будут одинаковыми, но есть случаи когда СНиП предъявляет более суровые требования, есть случаи когда в СП требования выше. Поэтому для экспертизы, необходимо чтобы марка стали соответствовала СП 16.13330.2011, но если СНиП II-23-81 предъявляет более суровые требования, то рекомендую воспользоватся этим документом.

Для подбора марки стали труб можно воспользоватся таблицей В.2 Сп 16.13330.2011

Также можно подобрать марку стали по показателям ударной вязкости данной в таблице В.3 Сп 16.13330.2011

 

Марку стали для соединений стальных конструкций следует выбирать согласно приложению Г СП 16.13330.2011

Из таблицы мы можем определить рекомендуемые марки стали и сделать расчет. Если есть возможность выбора марки стали, то лучше попробовать несколько вариантов и на основании технико-экономического расчета выбрать лучший вариант.

классификация и типы по методу сборки, использования и назначения

Активное применение различных видов металлоконструкций в сфере строительства объясняется множеством факторов. В первую очередь, сокращением и упрощением процесса возведения объектов. Прочные и надежные конструкции являются частью несущих каркасов, фасадов и кровель, равномерно распределяя нагрузки на здание, а также выполняя защитную функцию.

Стоит отметить, что различные виды металлоконструкций в строительстве применяются не только для монтажа быстровозводимых сооружений, но и для возведения железнодорожных мостов, систем коммуникаций, небольших архитектурных форм и т.д.

Преимущества и недостатки металлоконструкций

Стальные конструкции для возведения каркасного сооруженияУвеличенное число строительных объектов различного назначения на основе металлокаркаса говорит о том, что металлические конструкции обладают массой достоинств. Но по классике жанра, не обойтись без «ложки дегтя в бочке меда», с которой, к слову, строители сумели справиться.

Среди преимуществ можно выделить основные моменты:

  1. Прочность и надежность – для изготовления конструкций применяются различные сплавы металла, который является одним из самых прочных материалов в строительстве.
  2. Долговечность и устойчивость к агрессивной внешней среде – при соблюдении всех норм и правил изготовления/монтажа металлический каркас способен прослужить более 50 лет. Сами металлоконструкции покрываются полимерами или краской и проходят процесс оцинкования.
  3. Вариативность сборки – элементы сооружения монтируются болтовым методом или методом сварки.
  4. Всесезонность установки – для возведения из МК нет такого понятия как сезон строительства. Они легко монтируются при любых погодных условиях, а сам процесс установки не зависит от климатических осадков (дождь, снег).
  5. Легкость и транспортабельность – небольшой вес и размеры позволяют, во-первых, строить объекты на мелкозаглубленном недорогом фундаменте, во-вторых, доставлять в любую точку РФ за считанные дни любым грузовым транспортом.
  6. Невысокие цены – по сравнению с кирпичом, бетонными блоками и другими материалами традиционной технологии строительства, стоимость металлоконструкций в несколько раз ниже.

Что же касается «ложки дегтя», то можно выделить низкую пожароустойчивость и подверженность коррозии без должной защиты в виде покрытий – полимеры, краска, оцинкование.

Основные виды металлоконструкций

Монтаж ЛСТК металлоконструкцийМеталлоконструкции позволяют возводить сооружения любого назначения и уровня сложности: производственные цеха, складские помещения, автомойки и СТО, животноводческие комплексы и сельскохозяйственные хранилища. Такая широкая сфера применения обязывает к проектированию и изготовлению различных видов металлоконструкций, рассмотрим основные из них.

Классификация металлоконструкций по методу изготовления и сборки

В данной группе выделяют:

  • сварные – применение технологии сварки;
  • кованые – производство путем горячей ковки;
  • болтовые (винтовые) – сборка на метизах;
  • клепаные – соединение с помощью клепок;
  • штампованные – производство методом штампа из листового материала, без швов и соединений;
  • комбинированные – использование нескольких видов, например, сварно-литые, сварно-болтовые и т.д.

Классификация по типу использования металлоконструкций

Здесь выделяют только три типа металлоконструкций:

  • цельнолитые (стационарные) – применяются для стационарного использования, т.е. остаются на одном месте неизменными;
  • сборно-разборные – могут собираться и демонтироваться для повторного возведения на новом месте;
  • трансформируемые – так же, как и предыдущий тип, поддаются сборке-разборке, при этом с одних и тех же элементов можно создавать различные технические формы и размеры.

Виды металлоконструкций по назначению

Принято различать две большие группы:

  • несущие – в эту категорию относят каркасы из элементов, входящих в их состав, металлический остов придает зданию жесткость и задает его техническую форму;
  • ограждающие – выполняют защитную функцию, в эту категорию относят сэндвич-панели, фасадные панели, воротные системы, ограждения и т.д.

Разновидность по типу материала для изготовления

Для производства применяется исключительно металл, а именно его сплавы:

  • стальные;
  • чугунные;
  • алюминиевые.

Для изготовления металлоконструкций помимо стали, чугуна и алюминия, также может применяться их комбинация. Компания «Эвриал» готова предложить своим заказчикам технологию строительства гибридных сооружений на основе ЛСТК и горячекатаной двутавровой балки. Выгодное сочетание ЛМК и ЛСТК снижает финансовую нагрузку на заказчика, это никак не отразится на надежности и прочности каркаса. Более подробно о данном методе возведения вы можете узнать у нашего менеджера по номеру телефона, указанном на сайте, либо заказав обратный звонок.

Требования к защите металлических конструкций СП 28.13330.2017























Глифталевые

I


Используются для алкидных глифталевых грунтовочных покрытий по стали под эмали и краски I группы

Алкидно-стирольные

I


Используются для грунтовочных покрытий по стали под эмали групп I, II

Эпоксиэфирные

I


Используются для грунтовочных покрытий по стали под эмали групп I, II

Пентафталевые

I

а, ан, п

Наносятся по грунтовкам группы I

Нитроцеллюлозные

I

а, ан, п

То же

Алкидно-уретановые

I

а, ан, п

То же

Масляные

I

а, ан, п

 

Битумно-масляные

I

а, ан, п, т

То же, как термостойкие без грунтовки

Фенолоформальдегидные

II


Используются для грунтовочных покрытий по стали под перхлорвиниловые, сополимерно-винилхлоридные и хлоркаучуковые эмали групп II, III. При пигментировании пассивирующими пигментами используется для грунтовочных покрытий по оцинкованной стали и алюминиевым сплавам

Поливинилбутиральные

II


Используется в качестве фосфатирующих грунтовок по стали и оцинкованной стали под грунтовочные покрытия групп I, II

Акриловые

II

а, ан, п

Используются в качестве пассивирующих грунтовок по алюминиевым сплавам, стали и оцинкованной стали под эмали групп II, III. Акриловые эмали наносят по акриловым грунтовкам

Органосиликатные

II, III

а, ан, п

Наносятся без грунтовки или по фосфатирующей грунтовке, по алкидной, фенолоформальдегидной или органосиликатной грунтовкам

Кремнийорганические

III

а, ан, п, т

Наносятся по алкидной, фенолоформальдегидной или органосиликатной грунтовкам, как маслостойкие и термостойкие наносятся без грунтовки

Хлоркаучуковые

II, III

а, ан, п, х

Хлоркаучуковые эмали наносят по хлоркаучуковым и акриловым грунтам

Полисилоксановые

III

а, ан, п, х

Наносятся по полисилоксановым грунтовкам, при сочетании еще и по эпоксидным

Полиуретановые

III, IV

а, ан, п, х

Наносятся по алкидным, фенолоформальдегидным, акриловым, эпоксидным и полиуретановым грунтовкам

Полимочевинные

III, IV

х

Наносятся по однокомпонентным полиуретановым грунтовкам или непосредственно по металлу

Перхлорвиниловые и сополимерно- винилхлоридные

II, III, IV

а, ан, п, х, хк, хщ

Наносятся по алкидным, фенолоформальдегидным, акриловым пассивирующим и перхлорвиниловым, сополимеро-винилхлоридным грунтовкам

Эпоксидные

III, IV

а, ан, п, х, хщ

Наносятся по эпоксидным грунтовкам

Протекторные цинкнаполненные на различных пленкообразующих (эпоксидные, полистирольные, полиуретановые)

III


Используются для грунтовочных покрытий по стали под перхлорвиниловые, сополимеро-винилхлоридные, хлоркаучуковые, полиуретановые, эпоксидные эмали групп III, IV при необходимости обеспечения надежной и долговременной защиты конструкций от коррозии

Обозначения: «а» — на открытом воздухе, «ан» — то же, под навесом, «п» — в помещении, «х» — химически стойкие, «хк» — стойкие в растворах кислот, «хщ» — стойкие в растворах щелочей, «т» — термостойкие.

металлоконструкций

Точки плавления и кипения

Металлы имеют тенденцию к высоким температурам плавления и кипения из-за прочности металлической связи. Прочность связи варьируется от металла к металлу и зависит от количества электронов, которые каждый атом делокализует в море электронов, и от упаковки.

Металлы группы 1, такие как натрий и калий, имеют относительно низкие температуры плавления и кипения, главным образом потому, что каждый атом имеет только один электрон, вносящий вклад в связь, но есть и другие проблемы:

  • Элементы группы 1 также неэффективно упакованы (с 8 координатами), поэтому они не образуют столько связей, сколько большинство металлов.

  • У них относительно большие атомы (это означает, что ядра находятся на некотором расстоянии от делокализованных электронов), что также ослабляет связь.

 

Электропроводность

Металлы проводят электричество. Делокализованные электроны могут свободно перемещаться по структуре в трехмерном пространстве. Они могут пересекать границы зерен. Несмотря на то, что узор может быть нарушен на границе, пока атомы соприкасаются друг с другом, металлическая связь все еще присутствует.

Жидкие металлы также проводят электричество, показывая, что, хотя атомы металла могут свободно перемещаться, делокализация остается в силе до тех пор, пока металл не закипит.

 

Теплопроводность

Металлы — хорошие проводники тепла. Тепловая энергия улавливается электронами в качестве дополнительной кинетической энергии (это заставляет их двигаться быстрее). Энергия передается по всему остальному металлу движущимися электронами.

 

Прочность и работоспособность

Ковкость и пластичность

Металлы описываются как ковкий (можно разбивать на листы) и пластичный (можно вытягивать на проволоку).Это происходит из-за способности атомов перемещаться друг по другу в новые позиции без разрыва металлической связи.

Если приложить небольшое напряжение к металлу, слои атомов начнут катиться друг по другу. Если напряжение снова будет снято, они вернутся в исходное положение. В этих условиях металл считается эластичным на единиц.

Если приложить большее напряжение, атомы перекатываются друг на друга в новое положение, и металл навсегда изменяется.

Твердость металлов

Этому перекатыванию слоев атомов друг на друга препятствуют границы зерен, потому что ряды атомов не выстраиваются должным образом. Отсюда следует, что чем больше имеется границ зерен (чем меньше отдельные кристаллические зерна), тем тверже становится металл.

В противоположность этому, поскольку границы зерен — это области, где атомы не находятся в таком хорошем контакте друг с другом, металлы имеют тенденцию к разрушению на границах зерен.Увеличение количества границ зерен не только делает металл тверже, но и делает его более хрупким.

Контроль размера кристаллических зерен

Если у вас чистый кусок металла, вы можете контролировать размер зерен с помощью термической обработки или обработки металла.

Нагрев металла имеет тенденцию приводить атомы в более правильное расположение — уменьшая количество границ зерен и тем самым делая металл более мягким.Если стучать по металлу в холодном состоянии, образуется много мелких зерен. Таким образом, холодная обработка делает металл более твердым. Чтобы восстановить его работоспособность, вам необходимо повторно нагреть его.

Вы также можете нарушить регулярное расположение атомов, вставив в структуру атомы немного другого размера. Сплавы , такие как латунь (смесь меди и цинка), тверже, чем исходные металлы, поскольку неоднородность структуры помогает предотвратить скольжение рядов атомов друг по другу.

.

Вопросы металлургии: Структура металла

Когда вы думаете о расплавленном металле, имейте в виду пару моментов. Во-первых, тепло перетекает в холод — всегда. И это становится более понятным, если учесть, что теплые атомы движутся быстрее, чем холодные. И эти быстро движущиеся атомы натыкаются на другие атомы, заставляя их двигаться быстро.

Более того, чем теплее металл — или любой другой материал, если на то пошло, тем быстрее движутся атомы, составляющие этот металл.Да, есть внутренние притяжения, которые помогают удерживать атомы в луже, не позволяя им просто испаряться, но факт в том, что если они будут двигаться достаточно быстро, то есть достаточно нагреются, они в конечном итоге испарятся, как водород и кислород. делать, когда вода закипает.

Когда тепловая энергия передается другой части, атомы отдают энергию, замедляясь и остывая. При испарении остается вода в виде пара.

Когда расплавленный металл охлаждается, атомные силы начинают притягивать или заставлять атомы превращаться в твердые частицы, называемые ядрами, которые принимают специфические и идентифицируемые кристаллические структуры.Поскольку ядра имеют кристаллическую структуру металла, к ядрам присоединяются дополнительные атомы. По мере того, как эти ядра становятся больше, они образуют зерна. Такое упорядоченное расположение атомов называется решеткой.

Но по мере того, как металл затвердевает и зерна растут, они растут независимо друг от друга, что означает, что в конечном итоге эти различные области растущих зерен должны встретиться. Когда они это делают, расположение атомов в зеренной структуре нарушается в этой точке встречи. Это называется границей зерен.Границы зерен образуют непрерывную сеть по всему металлу, и из-за нарушенной структуры на границе металл часто действует по-разному в местах границ.

Не говоря уже о границах зерен, каждое зерно в чистом металле имеет такую ​​же кристаллическую структуру, как и любое другое зерно, при той же температуре. Эта структура, которую можно идентифицировать под микроскопом, оказывает огромное влияние на характеристики металла.

Общие кристаллические структуры

Для наших целей все металлы и сплавы являются твердыми кристаллическими веществами, хотя некоторые металлы были образованы в лаборатории без кристаллической структуры.И большинство металлов принимают одну из трех различных решетчатых или кристаллических структур по мере их образования: объемно-центрированную кубическую (ОЦК), гранецентрированную кубическую (ГЦК) или гексагональную плотноупакованную (ГЦП). Расположение атомов для каждой из этих структур показано на рис. 1 .

Рисунок 1
Металлы предпочитают три кристаллические структуры: а) объемно-центрированная кубическая (ОЦК), (б) гранецентрированная кубическая (ГЦК) и (в) гексагональная плотноупакованная. (HCP).

Ряд металлов показан ниже с указанием их кристаллической структуры при комнатной температуре. И для справки: да, есть вещества без кристаллической структуры при комнатной температуре; например, стекло и силикон.

Алюминий — FCC
Хром — BCC
Медь — FCC
Железо (альфа) — FCC
Железо (гамма) — BCC
Железо (дельта) — BCC
Свинец — FCC
Никель — FCC
Серебро — FCC
Титан — HCP
Вольфрам — BCC
Цинк — HCP

Сплавы и атомное расположение

Все, что было описано до сих пор, относится к чистым металлам, что вызывает вопрос: что происходит, когда вы добавляете сплав или два? В конце концов, наиболее распространенные металлы — это сплавы, содержащие остаточные и добавленные металлические и неметаллические элементы, растворенные в основном металле.

Конечно, эти добавленные элементы могут существенно повлиять на свойства получаемого сплава. Но то, как эти элементы растворяются, или, другими словами, как они соединяются с существующими атомами в кристаллической решетке исходного металла, также может сильно влиять как на физические, так и нефизические свойства конечного продукта.

По сути, существует два способа соединения легирующего элемента (элементов), называемых растворенными веществами, с основным или исходным металлом, который также называют растворителем. Атомы сплава могут объединяться либо путем прямого замещения, создавая твердый раствор замещения, либо они могут объединяться между собой, образуя твердый раствор внедрения.

Замещающий твердый раствор. Когда атомы сплава похожи на атомы исходного металла, они просто заменят некоторые из атомов исходного металла в решетке. Новый металл растворяется в основном металле с образованием твердого раствора. Примеры включают медь, растворенную в никеле, золото, растворенное в серебре, и углерод, растворенный в железе (феррит).

Промежуточный твердый раствор. Когда атомы сплава меньше, чем атомы исходного металла, они будут помещаться между атомами в решетке исходного металла.Атомы сплава не занимают узлы решетки и не заменяют ни один из исходных атомов. Конечно, это вызывает напряжение в кристаллической структуре, потому что она не идеальна: есть атомы, занимающие пространство, которое изначально было незанятым.

Конечным результатом обычно является увеличение прочности на разрыв и уменьшение удлинения. Примеры включают небольшие количества меди, растворенной в алюминии и углероде, и азота, растворенного в железе и других металлах.

Фазы, микроструктуры и фазовые изменения

Часто ни прямой раствор, ни раствор внедрения не могут полностью растворить все добавленные атомы.И когда это происходит, результат — смешанные атомные группировки. Другими словами, в одном и том же сплаве существуют разные кристаллические структуры. Каждая из этих различных структур называется фазой, а сплав, который представляет собой смесь этих различных кристаллических структур, называется многофазным сплавом.

Эти различные фазы можно различить под микроскопом при полировке и травлении сплава. Перлит — хороший пример многофазного сплава из семейства углерод-железо.

Фазы, присутствующие в сплаве, наряду с общим расположением зерен и границами зерен, объединяются, чтобы сформировать микроструктуру сплава.И микроструктура сплава имеет решающее значение, поскольку в значительной степени отвечает как за физические, так и за механические свойства этого сплава.

Например, поскольку граничные области замерзают последними, когда сплав охлаждается, границы зерен содержат атомы с более низкой точкой плавления по сравнению с атомами внутри зерен. Эти инородные атомы вызывают искажение микроструктуры и упрочняют сплав при комнатной температуре. Но с повышением температуры прочность сплава снижается, потому что эти атомы с более низкой температурой плавления начинают плавиться раньше, что приводит к проскальзыванию между зернами.

Кроме того, посторонние атомы или атомы нестандартного размера имеют тенденцию скапливаться на границах зерен, поскольку атомная структура нерегулярна. Это может привести к образованию фаз, которые снижают пластичность и приводят к растрескиванию во время сварки.

Подумайте об этом: холодная обработка металла искажает всю его микроструктуру. Конечным результатом в большинстве случаев является то, что металл становится тверже. Атомы легирующего элемента искажают микроструктуру металла, и металл снова становится тверже. То же самое верно и для атомов сплава, которые растворяются в основном металле, а затем выпадают в осадок.Атомы уходят, но искажение остается, и металл тверже.

Размер зерна также важен. Вообще говоря, мелкозернистые металлы обладают лучшими свойствами при комнатной температуре. А размер определяется скоростью охлаждения. Быстрое охлаждение приводит к уменьшению зерен, и наоборот. Но факт в том, что размер зерна, структура границ зерен и присутствующие фазы важны. В целом, эти характеристики в совокупности определяют возможности и полезность металла.

Короче говоря, общая микроструктура металла определяет его характеристики.Сегодня почти каждый металл, который мы используем, представляет собой сплав с одним или несколькими элементами, добавленными для модификации, корректировки, исправления или изменения микроструктуры основного металла, создавая многофазную систему, которая может лучше удовлетворить наши потребности. И каждый раз, когда мы прикладываем резак к металлу, мы вызываем фазовый переход и влияем на его микроструктуру.

Это должно дать вам общее представление о структуре металлов и о том, что происходит, когда мы плавим их, чтобы сварить их вместе. В следующий раз мы рассмотрим фазовые превращения, содержание углерода, упрочнение, взаимосвязь между аустенитом и мартенситом и влияние сварки на металлургическую структуру.

.

Тенденция от неметалла к металлу в Группе 4

ТЕНДЕНЦИЯ ОТ НЕМЕТАЛЛА К МЕТАЛЛУ В ГРУППЕ 4 ЭЛЕМЕНТОВ

 

На этой странице исследуется тенденция от неметаллического к металлическому поведению элементов группы 4 — углерода (C), кремния (Si), германия (Ge), олова (Sn) и свинца (Pb). Он описывает, как эта тенденция проявляется в структурах и физических свойствах элементов, и, наконец, делает не совсем удачную попытку объяснить эту тенденцию.

 

Структуры и физические свойства

Конструкции элементов

Тенденция от неметалла к металлу по мере того, как вы спускаетесь по Группе, отчетливо просматривается в структуре самих элементов.

Углерод

, возглавляющий группу компаний, имеет гигантские ковалентные структуры в двух наиболее известных ему аллотропах — алмазе и графите.


Аллотропы: Две или более форм одного и того же элемента в одном физическом состоянии.

Структуры алмаза и графита более подробно исследуются на странице о гигантских ковалентных структурах в другой части этого сайта. Возможно, стоит потратить время, чтобы прочитать эту страницу, прежде чем идти дальше.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.


Алмаз имеет трехмерную структуру, состоящую из атомов углерода, ковалентно связанных с 4 другими атомами. На схеме показана небольшая часть этой структуры.

Точно такая же структура встречается в кремнии и германии и в одном из аллотропов олова — «сером олове» или «альфа-олове».

Обычный аллотроп олова («белое олово» или «бета-олово») является металлическим, и его атомы удерживаются вместе металлическими связями. Структура представляет собой искаженное плотно упакованное устройство. В плотной упаковке каждый атом окружен 12 ближайшими соседями.

К тому времени, когда вы научитесь свинцу, атомы выстраиваются в простую 12-координатную металлическую структуру.


Примечание: Если вы не уверены в металлическом соединении или металлических конструкциях, вам следует перейти по этим ссылкам, прежде чем идти дальше. Первая ссылка фактически приведет вас ко второй, если вы хотите изучить обе эти темы.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.


Таким образом, существует четкая тенденция от типичной ковалентности, обнаруженной в неметаллах, к металлической связи в металлах, с очевидным переходом в двух совершенно разных структурах, обнаруженных в олове.

 

Физические свойства элементов

Точки плавления и кипения

Если вы посмотрите на тенденции в точках плавления и кипения по мере того, как вы спускаетесь вниз по группе 4, очень сложно сделать какие-либо разумные комментарии по поводу перехода от ковалентной связи к металлической. Тенденции отражают растущую слабость ковалентных или металлических связей по мере того, как атомы становятся больше, а связи становятся длиннее.

Низкое значение температуры плавления олова по сравнению со свинцом предположительно связано с тем, что олово образует искаженную 12-координатную структуру, а не чистую.Значения олова в таблице относятся к металлическому белому олову.


Примечание: Данные в этой диаграмме взяты с отличного сайта Webelements Университета Шеффилда. Данные очень сильно различаются в зависимости от того, откуда вы их получили. Я должен признать, что выбрал этот набор, потому что он показывает простые, почти непрерывные модели!


Хрупкость

Если посмотреть на хрупкость элементов, то разница между неметаллом и металлом будет более очевидной.

Углерод, как и алмаз, конечно, очень твердый, что отражает прочность ковалентных связей. Однако если ударить по нему молотком, он разобьется. Как только вы приложите достаточно энергии, чтобы разорвать существующие углерод-углеродные связи, готово!

Кремний, германий и серое олово (все с той же структурой, что и алмаз) также являются хрупкими твердыми телами.

Однако белое олово и свинец имеют металлические структуры. Атомы могут катиться друг по другу без какого-либо постоянного разрыва металлических связей, что приводит к типичным металлическим свойствам, таким как пластичность и пластичность.В частности, свинец — довольно мягкий металл.

 

Электропроводность

Углерод как алмаз не проводит электричество. В алмазе все электроны тесно связаны и не могут двигаться.


Примечание: В графите каждый атом отдает один электрон делокализованной системе электронов, которая занимает весь его слой. Эти электроны могут свободно перемещаться, и поэтому графит проводит электричество, но это особый случай.

Если вам интересно, соединение в графите похоже на значительно расширенную версию соединения в бензоле. Каждый атом углерода подвергается гибридизации sp 2 , а затем негибридизованные p-орбитали на каждом атоме углерода перекрываются боком, образуя массивную пи-систему выше и ниже плоскости слоя атомов.


В отличие от алмаза (который не проводит электричество), кремний, германий и серое олово являются полупроводниками .


Semiconductors: Теория полупроводников лежит за пределами химии уровня A, но вкратце. . .

Когда множество атомов объединяются, чтобы образовать гигантскую структуру, их атомные орбитали сливаются, образуя огромное количество молекулярных орбиталей, которые выстраиваются в полосы с возрастающей энергией. Один из них часто описывается как валентная полоса . Молекулярные орбитали в этой зоне удерживают электроны, которые образуют нормальные ковалентные (или металлические) связи.

Другая полоса называется полосой проводимости . Обычно он имеет более высокую энергию, чем валентная зона, и в чем-то вроде алмаза или кремния при абсолютном нуле зона проводимости пуста от электронов.

Однако, поскольку электроны приобретают тепловую энергию при повышении температуры, некоторые электроны могут перескакивать из валентной зоны в зону проводимости, особенно если зазор между ними невелик. Как только они попадают в полосу проводимости, они делокализованы от своих исходных атомов и могут свободно перемещаться и проводить электричество.

В алмазе энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости слишком велика, чтобы это могло произойти. В кремнии ширина запрещенной зоны достаточно мала, чтобы электроны могли перескакивать, поэтому кремний является полупроводником.

Если вас это интересует, вы можете попробовать поискать в Google по теории зон кремниевых полупроводников (или аналогичной).


Белое олово и свинец являются обычными металлическими проводниками электричества.

Таким образом, существует четкая тенденция от типично неметаллической проводимости углерода как алмаза и типично металлического поведения белого олова и свинца.

 

Пытаюсь объяснить тенденции

Основная характеристика металлов состоит в том, что они образуют положительные ионы. Что нам нужно сделать, так это посмотреть на факторы, которые увеличивают вероятность образования положительных ионов при спуске в группу 4.

Электроотрицательность

Электроотрицательность — это мера тенденции атома притягивать связывающую пару электронов.Обычно его измеряют по шкале Полинга, где наиболее электроотрицательному элементу (фтору) присваивается электроотрицательность 4,

.

Чем ниже электроотрицательность атома, тем слабее атом притягивает связывающую пару электронов. Это означает, что этот атом будет иметь тенденцию терять электронную пару в сторону того, к чему еще он прикреплен. Следовательно, интересующий нас атом будет иметь частичный положительный заряд или образовывать положительный ион.

Металлическое поведение обычно связано с низкой электроотрицательностью.


Примечание: Если вы не уверены в электроотрицательности, вам действительно следует прочитать об этом, прежде чем идти дальше.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.


Так что же происходит с электроотрицательностью в группе 4? Уменьшается ли он по мере того, как вы спускаетесь по группе, что указывает на тенденцию к металлическому поведению?

Хорошо! Он, конечно, падает с углерода на кремний, но оттуда это полный беспорядок!

Таким образом, похоже, что нет никакой связи между тенденцией перехода от неметаллов к металлам и значениями электроотрицательности.Если предположить, что значения электроотрицательности верны, я не могу это понять!


Примечание: Данные в этой диаграмме снова взяты с сайта Webelements Университета Шеффилда. Опять же, данные очень сильно различаются в зависимости от того, откуда вы их получили. Но ни в одном случае, который я обнаружил, нет тенденции к снижению электроотрицательности по мере того, как вы спускаетесь по группе. Более старые источники данных указывают на снижение выбросов углерода (2.5) на кремний (1.8), но затем присвойте всем остальным элементам в группе то же значение (все 1.8).

Если у кого-то, читающего это, есть простое объяснение отсутствия корреляции между тенденцией к металлическому поведению и значениями электроотрицательности, не могли бы вы связаться со мной по адресу, указанному на странице об этом сайте.


Энергии ионизации

Если вы думаете об образовании положительных ионов, очевидное место для начала поисков — это то, как энергия ионизации изменяется при спуске вниз по группе 4.

Энергия ионизации определяется как энергия, необходимая для выполнения каждого из следующих изменений. Они указаны в кДж / моль -1 .

Энергия первой ионизации:

Вторая энергия ионизации:

. . . и так далее.


Примечание: Если вы не уверены в значениях энергии ионизации, вам будет выгодно пройти по этой ссылке, прежде чем идти дальше.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.


Ни один из элементов группы 4 не образует ионы 1+, поэтому рассмотрение одной только энергии первой ионизации не очень полезно. Однако некоторые элементы образуют ионы 2+ и (в некоторой степени) 4+.

Первая диаграмма показывает, как общая энергия ионизации, необходимая для образования ионов 2+, изменяется по мере продвижения вниз по группе. Все значения указаны в кДж / моль -1 .

Вы можете видеть, что энергия ионизации имеет тенденцию к падению по мере того, как вы спускаетесь по группе, хотя у свинца наблюдается небольшое увеличение на .Основная тенденция такова:

  • Атомы становятся больше из-за дополнительных слоев электронов. Чем дальше от ядра находятся внешние электроны, тем меньше они притягиваются и тем легче их удалить.

  • Внешние электроны экранируются от полного воздействия ядра за счет увеличения числа внутренних электронов.

  • Эти два эффекта перевешивают эффект увеличения заряда ядра.

Примечание: Причина странности свинца обсуждается более подробно на странице, посвященной степеням окисления элементов в группе 4.Это не особенно важно для настоящего обсуждения.


Если вы посмотрите на количество энергии ионизации, необходимое для образования 4+ ионов, картина будет аналогичной, но не совсем четкой. Опять же, все значения указаны в кДж / моль -1 .


Примечание: Увеличение полной энергии ионизации свинца еще более очевидно в случае возможного образования ионов 4+.Это важно, когда речь идет о предпочтительных степенях окисления свинца.


Что такое , глядя на эти две диаграммы, так это то, что вам нужно вложить большое количество энергии ионизации для образования 2+ ионов и огромное количество для образования 4+ ионов.

Однако в каждом случае энергия ионизации падает по мере того, как вы спускаетесь вниз по Группе, что увеличивает вероятность того, что олово и свинец могут образовывать положительные ионы — однако из этих цифр нет никаких указаний на то, что они могут образовывать положительные ионы. образуют положительные ионы.

Энергия ионизации углерода в верхней части Группы настолько велика, что нет возможности образования простых положительных ионов.


Примечание: Даже для олова и свинца необходимо вложить огромное количество энергии для образования ионов 2+ или 4+. Так почему они вообще образуют ионы?

Вы должны помнить, что существует множество других энергетических терминов, участвующих в образовании ионного соединения, помимо энергии ионизации. Некоторые из них выделяют большое количество энергии — например, энтальпию решетки, если вы формируете ионное твердое тело, или энтальпию гидратации, если вы формируете раствор.Вам нужно будет прочитать о циклах Борна-Габера, чтобы полностью понять это, и вы, возможно, захотите изучить раздел энергетики Chemguide или мою книгу расчетов по химии.


 
 

Куда бы вы сейчас хотели пойти?

В меню группы 4. . .

В меню «Неорганическая химия». . .

В главное меню.. .

 

© Джим Кларк 2004 (последнее изменение в марте 2015 г.)

.

Проектирование и оптимизация металлических конструкций

перейти к содержанию

  • О Эльзевире

    • О нас

    • Elsevier Connect

    • Карьера

  • Продукты и решения

    • Решения НИОКР

    • Клинические решения

    • Исследовательские платформы

    • Исследовательский интеллект

    • Образование

    • Все решения

  • Сервисы

    • Авторы

    • Редакторы

    • Рецензенты

.