Stål som byggemateriale Forelesning i faget Materiallære av Liv Torjussen høgskolelektor ved HIG

Stål i bygg Vanlige stålbygg Fasader Estetikk Store bygninger Offshore Bruer, mm. Fasader Plater Glass Sandwich Estetikk Stedstilpasning Vedlikehold

Fordeler Gode egenskaper Slanke konstruksjoner Stor styrke Store spennvidder Relativt lav vekt Densitet 77 kN/m³ Fra 0,3 til 0,5 kN/m bjelke Enkel montasje Gode forbindelser Fleksibilitet Gjenbruk

Ulemper Korrosjon, rust Brannmotstand Vipping Utmatting Svingninger Estetikk Sammenbrudd Unngå fukt Brannmotstand Deformasjoner Må oftest brannisoleres Vipping Utmatting Svingninger

Fremstilling Kjemisk sammensetning av konstruksjonsstål: Jern ca 75 % Karbon ca 0,2 % Fosfor Svovel Nitrogen Mangan Silisium 99,9 % jern

Produksjon Råvarene smeltes i smelteverk En blokk støpes ut Konstruksjonsstål varmvalses Tynnveggede profiler kan kaldvalses Tynne produkter kaldvalses

Ulegert og legert stål: Ulegert: Vanlig konstruksjonsstål Lavlegert: Ulegert + Mn, krom og nikkel = økt fasthet Med kopper = økt korrosjonsmotstand Legert: Tilsatt andre metaller for spesielle egenskaper, for eksempel 18/8 er rustfritt, med mye krom og nikkel

Utettet og tettet stål Utettet: Stål som ble utsatt for seigring i størkeprosessen; samling av gassporer som svekker stålet Halvtettet: Vanlig konstruksjonsstål, tilsatt ferromangan og ferrosilisium, med mindre og bedre fordelte gassporer Tettet: Tilsatt aluminium, ikke gassporer

Andre stålkvaliteter Seigherdet stål: Normalisert stål: Høyfast stål: Varmebehandlet og avkjølt, gir høg fasthet og seighet (duktilitet) Normalisert stål: Lavlegert stål, oppvarmet avkjølt, blir homogent og finkornig, gir bedre strekkfasthet og seighet Høyfast stål: Seigherdet, mikrolegert finkornstål, varmebehandlet og mekanisk behandlet, gir øket fasthet, hardhet, seighet, sveisbarhet.

Indre spenninger Valsede profiler har indre spenninger etter fremstillingsprosessen Sveisede profiler vil ha egenspenninger etter sveiseprosessen I dimensjonering av stålkonstruksjoner vil en korrigere for slike indre spenninger.

Korrosjon Uestetisk Svekker konstruksjonen Unngå fukt! Konstruktiv beskyttelse Rette byggdetaljer Katodisk beskyttelse Annen beskyttelse Overflatebehandling Se Kjemi og miljøkunnskap, kapitel 10.8 Korrosjon og korrosjonsvern.

Brann Stål brenner ikke, men: Brannklasser BKL Brannbeskyttelse Bæreevnen er halvert ved 450°C Sammenbrudd ved 600°C Deformeres når temperaturen stiger over 100°C Brannklasser BKL Risikoklasse, 1 til 6 Antall etasjer BKL for Stålbygg vanligvis 1 eller 2 Brannbeskyttelse Gips, Steinull, Maling, (limtre) Se Byggforskserien: 520.315 Brannbeskyttelse av stålkonstruksjoner

Bæreevne Strekkprøving av Stålsylinder: Arbeidsdiagram Elastisitetsgrense Flytegrense fy (ε=2‰) Flyteplatå (ε=2%) Bruddgrense fu (ε=15%) Strekkfastheten = flytespenningen fy gir Fasthetsklassen fu fy 2‰ 2% 15%

Beregningsprinsipper Påkjenningen på konstruksjonen (dimensjonerende lastvirkning) skal være mindre enn konstruksjonens styrke (dimensjonerende kapasitet) Sikkerheten på lastene tas hånd om ved å multiplisere karakteristiske verdier med en lastfaktor Tilsvarende tas sikkerheten på materialstyrken hånd om ved å dividere karakteristiske verdier med en materialfaktor Kapasitetskontroll, moment, trykk/strekk, skjær Spenningskontroll, σj ≤ fd Konstruksjonsstandarder NS 3472 Prosjektering av stålkonstruksjoner Eurocode 3

Knekking av trykkstaver Vipping av bjelker (se fig fra Byggforsk side 4) Utmattingskontroll Deformasjonskontroll Nedbøyningen kan ikke være større en viss verdi, av praktiske eller funksjonelle årsaker Dimensjonering mot brann

Benevnelse for konstruksjonsstål Fasthetsklasse Strekkfasthet S, flytespenning i N/mm² NS 3472: S 232, S 275 og S 355 Kvalitetsklasse Ulike tall og bokstavsymboler Bestemt av egenskaperne: slagseighet, sveisbarhet, hardhet, Korrosjonsmotstand og spesiell anvendelse Spesifikasjon Profiltype, tverrsnittsform, tverrsnittsmål og materialtype Eks.: L–NS EN 10056 1–80x40x6–NS 10025 2–S235 JR C + AR

E-modul i N/mm² eller MPa ca.-verdier for ulike materialer: Konstruksjonsvirke 10 Betong 30 Aluminium 70 Stål 210

Varmeledning (U-verdi) i W/(m²∙⁰C) for ulike materialer: Konstruksjonsvirke 0,12 Lettbetong, Leca 0,23 Betong 1,8 Stål 40 – 60 Aluminium 200

Energibruk Sammenligning av energiforbruk ved produksjon av søyle og drager konstruksjoner Konstruksjon Materialforbruk pr. m² Energiforbruk til material-fremstilling pr m² grunnflate Trefagverk med spikerplater på innspente limtresøyler, 20m spenn Trefagverk 0,032 m³ Limtre 0,006 m³ Stål 1,38 kg 24 kWt Limtrebjelke på innspente limtresøyler, 20m spenn Limtre 0,044 m³ Stål 0,84 kg 47 kWt Betong, SIB 30/120 bjelke og innspente søyler, 18m spenn Betong 82,40 kg Stål 5,19 kg 73 kWt Stål fagverksbjelker og pendelsøyler, 20m spenn Stål 18,00kg 155 kWt Aluminium fagverksbjelke og pendelsøyler, 20m spenn Aluminium 12,30 kg 584 kWt

Levetid Lang levetid når Gjenvinning Gjenbruk Normal bruk Ikke fuktbelastet Gjenvinning Omsmelting Mindre energibruk enn ved nyproduksjon Gjenbruk Kontrollere nøye for ny bruk

Stålprodukter Ulike profiler til bjelker og søyler Andre produkter I-bjelker / I - IPE Bredflensbjelker / HE U-bjelker / U Hulprofiler / HUP Vinkelstål / L Andre produkter Plater Stangstål Rør Strekkmetall Wire

og mye interessant stoff finner du ved å søke på internett Les mer Stålkonstruksjoner grunnkurs, 1 til 6, Per Kr. Larsen, NTH 1986 Konstruksjonslære 1, Stålkonstruksjoner Harald Falsen HIG, 2009  Stålkonstruksjoner 1 John Eie, NKI , 2002 Byggforskserien Byggforsk Sintef Byggdetaljer nr. 571.403, Metaller til bygningsbruk NS 3472:2001: Prosjektering av stålkonstruksjoner NS-EN 1993:2007, Eurokode 3: Prosjektering av stålkonstruksjoner Tekniske tabeller Jarle Johannesen, Cappelen og mye interessant stoff finner du ved å søke på internett