TECHNISCHE UNVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT BOUWKUNDE Constructief Ontwerpen (BCO) Colleges Constructief Ontwerpen Materialen A: staal- en houtconstructies / COMa / 7P112 Herfsttrimester / donderdag 3e en 4e uur Docenten : prof. ir. H.H. Snijder (staal) ir. F. Schot (hout) 1
STAALCONSTRUCTIES (prof.ir. H.H. Snijder) College 1 t/m 4 1 Introductie, Gebouwen 2 Materiaaleigenschappen en Constructiedelen 3 Ontwerp en berekening: Liggers 4 Ontwerp en berekening: Kolommen Verbindingen HOUTCONSTRUCTIES (ir. F.Schot) College 5 t/m 8 2
STAALSOORTEN- EN STAALKWALITEITEN TOEPASSINGEN VAN STAAL EISEN SOORTEN gebouwen schepen bruggen machines kunstwerken apparaten meubels fietsen SOORTEN: Ongelegeerd gelegeerd constructiestaal roestvast staal weervast staal gietstaal gietijzer 3
MATERIAALKEUZE STAALSOORT SOORT Fe 360 = Fe E 235 = S 235 Fe 430 = Fe E 275 = S 275 Fe 510 = Fe E 355 = S 355 STERKTE STAALKWALITEIT B = JR C = J0 D = J2 (DD) = K2 lasbaarheid taaiheid brosse breuk CHEMISCHE SAMENSTELLING STRUCTUUR 4
CONSTRUCTIESTAAL sterkte taaiheid lasbaar vervormbaar - ongelegeerd of gelegeerd - walsmethode / nabehandeling NEN-EN 10025 NEN-EN 10113 ongelegeerd constructiestaal fijnkorrelig constructiestaal warmgewalst 5
EN 10025 EN 10113 soort Kwaliteiten soort S 235 JR, J0, J2 Kwaliteiten S 275 JR, J0, J2 S275 N, M, NL en ML S 355 JR, J0, J2, K2 S355 N, M, NL en ML S420 N, M, NL en ML S460 N, M, NL en ML Constructiestaalsoorten en kwaliteiten volgens NEN-EN 10025 en NEN-EN 10113 6
7
ROESTVAST STAAL Staal roest roest door Koper en aluminium ook maar stopt ondoordringbare oxydehuid Gelegeerd staal roestvast staal +Cr +Ni +Cu +Al Toepassing: gevels lateien Geringe sterkte (behalve bij duplex) Type 304 304L 316 316L Toepassing Waar een goede combinatie van corrosie- bestendigheid en vervormbaarheid is vereist Als 304, in combinatie met lasbaarheid (i.v.m. het lagere koolstofgehalte) Bij een vervuilde atmosfeer (stedelijke omgeving) of een omgeving vlak bij zee Als 316 in combinatie met lasbaarheid 8
WEERVAST STAAL Gelegeerd staal + Cu weervast staal echter geringe corrosievastheid in agressief klimaat (zee,industrie) Corten-staal: vergelijkbaar met constructiestaal GIETSTAAL 0,2-0,5% C gegoten constructiedelen: knopen (krimp) GIETIJZER 2,5-3,5% C slecht lasbaar en weinig krimp lamellair en nodulair (minder bros) 9
EIGENSCHAPPEN VAN STAAL mechanische fysische milieu MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN stijfheid sterkte F trekproef σ - ε - diagram σ = F / A ε = λ / λ λ F A 10
belasting σ f t sterker treksterkte E stugger zwakker brosser breekpunt taaier treksterkte vloeisterkte f y vloeigrens weker E tanα = α elasticiteitsmodules = elasticiteitsmodulus E = spanning relatieve verlenging HOOKE VERSTEVIGING stijver slapper hoek α ε y ε vl ε t ε u rek ε elastische vervorming plastische vervorming f y = vloeigrens f t = treksterkte ε y = vloeigrens ε t = rek behorende bij de treksterkte f t ε vl = rek aan het einde van het vloeitraject ε u = rek na breuk 11
Trek en druk Werkelijke spanning Blijvende rek belasting σ f y;d treksterkte f E d hoek α hoek α rek ε ε y;d ε Lineair elastisch druksterkte f y;d belasting σ f ε Star-plastisch 12
Rekenwaarden van de vloeigrens treksterkte E-modules dwarscontractiecoëffici fficiënt Hoogwaardige staalsoorten f y > 240 N/mm 2 Dit kan door wals- en warmtebehandeling (bijvoorbeeld thermomechanisch walsen) Hoogwaardig laaggelegeerd (HSLA) Koudvervormen 13
Koudvervormen vloeigrens koud vervormd treksterkte koud vervormd ware spanning f t treksterkte uitgangsmateriaal f y vloeigrens uitgangsmateriaal f E = tan α α rek uitgangsmateriaal rek koud vervormd 0.2% ε y = ε vl Geen vloeiplateau ε f y of f 0,2 0,2% rekgrens ε t 14
MATERIAALKEUZE Staalsoort sterkte Economische aspecten Staalsoort verh.. Prijs verh. f y arbeids- lasbaar- loon heid S 235 1 1 1 normaal S 355 1,15 1,5 1,15 Met voor- zorg S 460 1,5 1,9 > Zeer veel voorzorg S 1200 2 5? Alleen in lab 15
Technische aspecten sterkte F = Af y M = Wf y stijfheid δ = α qλ 4 / EI stabiliteit knik: { slank F E = π 2 EI / λ 2 gedrongen F = Af y plooi: kip: } idem vermoeiing aantal wisselingen 16
CORROSIE Staal + water geeft: IJzeroxide Fe2O3 Roest met volumevergroting 2 Corrosiegevoeligheid wordt bepaald door: Milieu Ontwerp Verfsysteem Thermisch verzinken Milieu Agressiviteit van het klimaat 17
Ontwerp vatbaar voor corrosie beter afwateringsopeningen > 30 mm 18
Verfsysteem 120 µm 25 µm toplaag 30 µm m tussenlagen 30 µm 35 µm m grondlaag reinheid ruw oppervlak staal weerstand atmosfeer, esthetica opbouw laagdikte basis, hechting, initiële bescherming Walshuid verwijderen en reinigen staal door stralen Sa 2,5 19
Thermisch verzinken Metallische verbinding van zink op staal laagdikte 80 µm 20
BRAND Kans op brand: ca. 25% gedurende levensduur Persoonlijke Materiële } { schade 90 personen / jaar 1,2 miljard Risico = kans x schade Eis ten aanzien van Brandwerendheid: Tijd gedurende welke geen bezwijken optreedt bij de standaardbrand 21
Temperatuur neemt toe in de tijd Natuurlijke brand Standaard brandkromme gastemperatuur [ C] niet-volledig ontwikkelde brand volledig ontwikkelde brand groeifase brandfase dooffase 1000-1200 standaardbrand natuurlijke brand ±300 vlamoverslag effect actieve maatregelen begin van een brand tijd [min.] 22
Sterkte f y en stijfheid E nemen af Belasting kan niet meer gedagen worden: bezwijken Vertragen door brandwerende voorzieningen te treffen Bouwkundige integratie liggers in de vloer kolommen in de gevel } trage opwarming gecombineerd met dunne bekleding/spuitlaag/ opschuimende verf Isolerende bekleding - kokervormig rond profiel - b.v. gips - profielvolgende bespuiting - b.v. minerale vezels / vermiculiet - opschuimende verf - schuim isoleert (brandwerende verf) 23
Isolerende bekledingen profielvolgend kokervormig massief 24
CONSTRUCTIEDELEN WALSPRODUCTEN PROFIELSTAAL BREEDFLENSPROFIELEN BUIZEN PLAAT 25
PROFIELSTAAL 26
BREEDFLENSPROFIELEN HE A t w =5 16,5 t f =8 31 h=96 990 HE B t w =6 19 t f =10 36 h=100 1000 HE M t w =12 21 t f =20 40 h=120 1008 HE 1000AA+ HL 1100R+ HD 400x1086 21 45 tf h tw 970 1118 125 16 26 569 78 h 300 405 454 27
WALSSTATION KANTENWALS UNIVERSEELWALS 28
NORMPROFIELEN EURONORM 53-62 TAILOR-MADE BEAMS HEA HEB HEM h h h 100-1000 mm b 100-300 mm λ normaal 12, 14, 15 m max. 25 m b 29
GEHALVEERDE Ι EN HE PROFIELEN (COUPE)( 1/2 HE 1/2 IPE TOEPASSING : Verhoogd profiel Asymmetrisch profiel Rand vakwerk profiel 30
BUIZEN RONDE BUISPROFIELEN x t 38 x 2,6-2020 x 25 NAADLOOS Persen Walsen 20-550 mm t 2,5-60 mm 31
LANGSNAADGELAST Persen 550 mm t 12,5 mm STEMPEL PLAAT MAL Walsen (klein ) Weerstandlassen Inductielassen SPIRAALNAADGELAST 32
VIERKANTE EN RECHTHOEKIGE BUISPROFIELEN 40 x 3 400 x 20 50 x 30 x 3 450 x 250 x 16 WARMGEVORMDE BUISPROFIELEN KOUDGEVORMDE BUISPROFIELEN Verhoging Vermindering Taaiheid Rekgrens & Treksterkte Ronde buizen als basis 33
PLAAT Koudgevormde profielen 34
GEBRUIK van ELEMENTEN - OP TREK BELAST - OP DRUK BELAST - staven - kabels - gewalst profiel - gelaste kolom - staal-beton kolom - samengestelde kolom - OP BUIGING BELAST - gewalst profiel - gelaste ligger - raatligger - vierendeelligger - vakwerkligger - staal-betonligger 35
OP TREK BELASTE ELEMENTEN - hoekstalen - buizen - staven - kabels F (a) trekstaaf bestaande uit twee hoekstalen 1 1 e F doorsnede 1-1 2 2 doorsnede 2-2 (b) trekstaaf bestaande uit een buis S-kabels trapeziumvormige kabels ronde kabels (d) geslagen kabel 36
OP DRUK BELASTE ELEMENTEN - buizen - gewalste kolommen ronde buisprofiel rechthoekig buisprofiel breedflensprofiel warmgewalste en gelaste drukelementen gelast kokerprofiel gelast H-profiel gelast kokerprofiel met H-profiel drukelementen van staal-beton 37
Kolom Plaat Schaal 38
- Koudgewalste profielen Walsen: rolvormen 39
- Samengestelde kolommen 40
41
42
OP BUIGING BELASTE ELEMENTEN - gewalste liggers: UNP, IPE, HEA, HEB, HEM - gelaste liggers (volle wand) - liggers samengesteld uit meerdere elementen 43
44
. - raatliggers 2 1 Zonder tussenschotjes Met tussenschotjes 45
- Vierendeelliggers 46
- Vakwerkliggers 47
- staal-betonliggers staalplaat-betonvloer breedplaatvloer staalplaat-betonvloer staalplaat 48
VERBINDINGSMIDDELEN - bouten + moeren M20 8.8 Bouten in ruime gaten 49
Bevestigingsmiddelen voor dunne plaat 50
- schroeven - schietnagels - klinknagels - lassen 51
52