stålkonstruksjon

Nittet ramme av en bro

Den stålkonstruksjon refererer til den del av anleggs der for bygging av, strukturer hovedsakelig stål brukes.

Oversikt

I stålkonstruksjon er valsede stålbjelker , ark og rør laget av konstruksjonsstål koblet til hverandre for å danne en bærende konstruksjon ved å skru , sveise eller nit . Et annet sentralt strukturelt element i stålkonstruksjonen er kileplaten , som forbinder konstruksjonens individuelle stenger med hverandre. I tillegg til ren stålkonstruksjon er det også stålkomposittkonstruksjon , som forbinder stålelementer med betong , stålrammekonstruksjon og stålkonstruksjon. Utformingen av stålkonstruksjoner utføres vanligvis i henhold til Eurocode 3: Prosjektering og konstruksjon av stålkonstruksjoner (EN 1993)

Stålkonstruksjonen kombinerer fordelen med relativt kort planlegging og byggetid med en fleksibel utforming av bærestrukturen. Denne fleksibiliteten skyldes for eksempel bruk av relativt lette og slanke, tunge komponenter og en høy og presis grad av prefabrikasjon og dermed kortere monteringstider . Stålkomponenter som er utsatt for været må beskyttes mot korrosjon ved overflatebelegg eller galvanisering . Om nødvendig kan brannsikring sikres ved hjelp av brannvernbekledning eller brannbeskyttelsesbelegg. De siste årene har viktigheten av å planlegge, bygge og drive bygninger på en bærekraftig måte økt mer og mer. Aktørene i bygge- og eiendomsbransjen utvikler et helhetlig syn på prosjektene sine. Knapt noe annet byggemateriale er like egnet for bærekraftig konstruksjon som stål: På grunn av sin høye styrke kan det lett støtte hele høyhus , selv med lav konstruksjonsvekt og filigranstrukturer . Hvis disse demonteres senere, kan det anvendte stålet skilles fra rivemassen med magneter. 11% av det innsamlede byggestålet blir allerede gjenbrukt direkte i nye bygninger; resten kan omdannes til høykvalitetsstål som sekundære råvarer (skrap). Det nye stålet kan til og med få en høyere styrke enn utgangsmaterialet. Den litt høyere kostnadsfaktoren for konstruksjonsstål settes ofte i perspektiv av en rask konstruksjonsfase, fleksibilitet i bærestrukturen på grunn av store spennvidder og gjenbrukbarhet eller resirkulerbarhet av stålkonstruksjoner sammenlignet med tilsynelatende mer kostnadseffektive konstruksjoner som f.eks. de laget av armert betong. I prinsippet ser de ut til å være fornuftig brukt overalt hvor det stilles høye styrke krav til konstruksjonen, for eksempel når det gjelder store spenn av takkonstruksjoner i stålrammekonstruksjon eller, for eksempel når estetiske, formelle designårsaker krever magre konstruksjoner.

Stålkonstruksjonen er delt inn i

Tverrsnittsklassifisering i henhold til Eurocode 3

I stålkonstruksjon er det fire tverrsnittsklasser, som kan beregnes annerledes, hvor klasse 1 er så kompakt at ikke bare teorien om plastisitet er anvendbar, men også at det også er en tilstrekkelig stor rotasjonskapasitet som plasthengselteorien kan brukes, noe som muliggjør en økonomisk beregning. Tverrsnittsklasser 3 og 4 tillater ofte økonomisk dimensjonering, da de er slankere og dermed generelt tillater mer effektive spakearmer med mindre tverrsnitt (lavere materialforbruk).

  • Klasse 1: Plast på både tverrsnitt og systemnivå
  • Klasse 2: Plast i tverrsnitt, men ikke på systemnivå
  • Klasse 3: Elastisk
  • Klasse 4: På grunn av lokale bulker er ikke plastberegningen tillatt.

Korrosjonsbeskyttelse

Parkeringshus under konstruksjon med varmgalvanisert eller dupleksbelagt (varmgalvanisert + belagt) stålramme
High-bay lager med varmgalvaniserte stålelementer

Som regel må stålkonstruksjoner beskyttes mot korrosjon. Dette gjøres vanligvis ved å belegge strukturen med korrosjonshindrende maling eller ved varmforsinking . Korrosjonsbeskyttelse er regulert i standardene i EN ISO 12944 , EN ISO 14713 og EN ISO 1461-serien . Siden stål har høy affinitet for oksygen, oppstår oksidasjon, dvs. en overgang fra en energirik metalltilstand til en lavenergioksidtilstand. Når det gjelder andre metaller som aluminium og sink, beskytter dannelsen av et veldig tett oksydlag metallet fra ytterligere oksidasjon. Når det gjelder korrosjon i atmosfærisk stål, dannes rust eller jern (III) oksydhydroksyd i nærvær av oksygen og vann (ved en luftfuktighet på over 65%) ; kjemisk FeO (OH) , som i tillegg akselereres i aggressive atmosfærer (salter, spesielt klorider eller syrer). Rust ( FeO (OH) ) har 25,37 cm³ / mol, 3,6 ganger molarvolumet av jern (7,1 cm³ / mol). Derfor øker volumet av jern med minst denne faktoren som et resultat av korrosjon, se forholdet Pilling-Bedworth . Volumøkningen kan også være betydelig større på grunn av porøsitet og vannretensjon. Denne økningen i volum får beleggmaterialene til å flasse av rundt feil i et belegg .

Det skilles mellom to systemer for korrosjonsbeskyttelse:

  1. ved belegg og
  2. gjennom metallbelegg.

Belegg består av et produksjonsbelegg, et basisbelegg (tidligere for det meste sinkkromat eller rødt bly , i dag for det meste pigmentert (sinkstøv, sinkfosfat ) syntetisk harpiksbelegg) og et toppbelegg (minst 2-lags påføring, som beskyttelse mot fuktighet og UV-stråler), hvor beleggmaterialene består av pigmenter. Det er bindemidler og fyllstoffer. Metalliske belegg består av et metallisk beskyttende lag, når det gjelder konstruksjonsstål, hovedsakelig i form av varmforsinkning i nedsenkningsbad. På grunn av prosessens natur må ståldeler som skal galvaniseres, være konstruert for varmforsinkning før de nedsenkes i den varme 450 ° C smeltet med varm sink. En annen korrosjonsbeskyttelse for stålkomponenter er såkalte duplekssystemer, som kombinerer varmforsinking eller sherardisering med et påfølgende belegg. Tosidige systemer brukes når stål må beskyttes mot korrosjon i ekstremt lang tid.

Når det gjelder tau, tilbys intern beskyttelse ved å fylle hulrom under stranding med linolje og rød blypasta, mens ytre beskyttelse tilveiebringes av tykk-lag, elastomer plast som ikke hindrer de relative bevegelsene og bøyningen av de enkelte leddene.

I tillegg bør formen og arrangementet av stålkomponentene allerede beskytte dem mot mulig korrosjon: Forebygging av vannlommer og smussavleiringer, fri tilgang til ståldelene, eller lufttett og vanntett tetning.

Brannvern

Stålkonstruksjoner krever ofte spesiell brannbeskyttelse , ettersom de tynne vegger på tvers av bjelkene og deres gode varmeledningsevne får dem til å varme seg opp raskt i tilfelle brann, og derved redusere styrken. Avhengig av brannbelastningen og den tiltenkte bruken av konstruksjonen, kan konstruksjonens svikt forhindres ved å overdimensjonere komponentene for å matche den nødvendige brannmotstandsperioden eller med spesiell kappe. Stålets mekaniske egenskaper er temperaturavhengig, slik at for eksempel flytegrensen ved 600 ° C synker med halve verdien ved 20 ° C. Den elastisitetsmodul også avtar med økende temperatur stål. For brannsikring må en "brannmotstandsperiode" kreves i henhold til lov for den respektive bygningen , som er definert for normale bygninger i delstatens byggeforskrifter i føderale stater. Denne nødvendige brannmotstandsperioden er delt inn i kategorier avhengig av struktur og bruk, i henhold til den tyske standarden ( DIN 4102 - Brannadferd for bygningsmaterialer og komponenter) i F30, F60, F90, F120 eller F180. Tallene indikerer minimumsverdien som konstruksjonen må tåle brannen, uttrykt i minutter. Den "standardbrannen" som skal antas for overdimensjonering av komponenten eller for bestemmelse av de isolerende brannbeskyttelsestiltakene er standard temperatur-tidskurve, også kalt "ETK" . Den beskriver en temperatur-tidskurve der gasstemperaturen blir varmet opp i en komponenttest. Gasstemperaturen rundt den “beskyttede” komponenten stiger bratt til over 600 ° C i løpet av de første minuttene i henhold til spesifikasjonene til ETK og øker deretter sakte men jevnt til komponenten svikter. Tiden til konstruksjonen mislykkes avrundes til standardens brannmotstand. På denne måten viser alle ytterligere tiltak for å beskytte en stålkomponent deres ytelsesprofil.

Metoden for overdimensjonering (i henhold til den europeiske standarden EN 1993-1-2) er imidlertid basert på en beregning. Utgangspunktet er den matematiske bestemmelsen av ståltemperaturen i en ETK-brann med den nødvendige varigheten (brannmotstand). Ved å bestemme ståltemperaturen kan de mekaniske egenskapene som kreves for dimensjoneringen bestemmes. Den faktiske dimensjoneringen skjer på samme måte som den "kalde" dimensjoneringen med de varmepåvirkede mekaniske egenskapene under de branntilpassede sikkerhetsverdiene. Denne designmetoden ble kalibrert på grunnlag av tester.

Brannsikringstiltak som deretter er festet til stålkomponenten har en isolerende, skjermende eller varmeavledende effekt.

  • Isolerende brannbeskyttelsestiltak: profilformen etter kappe og kledning av stålprofiler laget av sementbundet sprøytepuss med vermikulitt eller mineralfibre, hovedsakelig med den nødvendige pussbunnen. Kompositt kolonnesystemer (konstruksjon fra komposittkonstruksjon ) oppfyller stort sett kravene uten ytterligere tiltak. Videre bokseformet kledning (gipsplater, tykkelse og feste i henhold til produsentens godkjenning) [⇒ F90 mulig] av stålprofilene med en ekstra korrosjonsbeskyttelsesapplikasjon. Isolerende lagdannere i form av belegg (spray / børste / rull påføring) kan realiseres med økonomisk interessante lagtykkelser (ca. 300 til 1400 µm, tilsvarende ca. 2-4 arbeidstrinn) opp til F60. Med lagtykkelser opp til mer enn 3 mm (> 5 arbeidstrinn ) kan nå også svulmende lag påføres for brannmotstandsklasse F90 (se DIBt-godkjenning Z-19.11-1794 - nettlenker). Definisjonen av den nødvendige lagtykkelsen avhenger av forholdet mellom tverrsnittsomkretsen som er utsatt for flammen og tverrsnittsarealet (U / A-verdi), typen profil (åpen eller lukket) og typen komponent. Siden oppsvulmende belegg danner en appelsinskallignende overflate på grunn av deres store tykkelse, må det også utføres kompleks etterbehandling (sliping, fylling) hvis det er høy overflatekvalitet. Appelsinskall kan i stor grad unngås ved å bruke moderne vannbaserte systemer (se godkjenning Z-19.11-1461).
  • Beskyttelse mot brannbeskyttelsestiltak: for det meste eksisterende, rominnesluttende systemer som undertak.
  • Varmeavledende brannbeskyttelsestiltak: Etterfylling av stålprofilhulrommene (støtter) med pumpeuavhengig, termisk fritt sirkulerende vann. Spesielt egnet i høyhuskonstruksjon.

Hvert brannverntiltak har sine fordeler og ulemper. Derfor bør estetiske, økonomiske, tekniske og sikkerhetsmessige faktorer nøye veies mot hverandre når du planlegger.

Cruisesenteret Baakenhöft i HafenCity i Hamburg er sannsynligvis den første bygningen i Tyskland der R30-brannsikring ble implementert ved bruk av varmforsinking.

Nylig har korrosjonsbeskyttelse ved varmforsinking også blitt brukt under brannsikringsaspekter. Et forskningsprosjekt fullført av Technical University of Munich i 2019 har vist at varmforsinking forbedrer brannmotstanden til stål. Dette betyr at en brannsikringsvarighet på 30 minutter ofte er mulig med ubeskyttede, varmgalvaniserte stålkonstruksjoner.

Kjente strukturer laget av stål

Killesberg-tårnet i Stuttgart laget av varmgalvanisert stål

Kjente strukturer laget av smijern

Alt formbart jern har blitt kalt stål siden tidlig på 1900-tallet, etter at smijern , som var utbredt på 1800-tallet, ikke lenger er produsert. Av denne grunn blir eldre strukturer laget av smijern ofte referert til som stålkonstruksjoner, noe som er riktig i henhold til gjeldende definisjon av stål fordi smijern inneholder mindre enn 2% karbon, men er historisk feil fordi smijern fra den tiden inneholdt større mengder uønskede tilhørende elementer enn stål. Disse smijernkonstruksjonene inkluderer:

Se også

litteratur

weblenker

Individuelle bevis

  1. ↑ R30 brannvern gjennom varmforsinking - Cruise Center Baakenhöft er Tysklands første prosjekt. (PDF) I: Feuerverzinken Magazin 1-2020 s. 6. Tilgang 16. mai 2020 .
  2. ↑ Gaigl, Ch., Mensinger, M.: Brannmotstand av varmgalvaniserte, bærende stålkonstruksjoner i tilfelle brann. Hentet 6. mai 2020 .