Transcript Forelesning_i_Aluminiumskonstruksjoner

Aluminium
som byggemateriale
Forelesning i faget Materiallære
Liv Torjussen
Høgskolelektor, HIG
1
Aluminium i bygg
• Nytt materiale
– Fra 1900-tallet
– Mye benyttet i dag
• Bruk
– Ulike byggematerialer og elementer
• Takplater, fasader, vinduer, balkonger, rekkverk…
– Bærende bygningselementer
• Bruer, master, offshore…
• Sekundærbærende bjelker
– Stillaser, stiger, taksikring …
2
Produksjon
• Råvarer
• 8% av jordskorpen
• Bauxitt → aluminiumoksid
• Smelteelektrolyse
• Ekstrudering
• Presses gjennom form
• Bearbeiding
• Kan sveises, loddes og limes
• Varmvalsing
• Kaldvalsing
3
Overflatebehandling
Oksidasjonssjikt på overflaten som beskytter
aluminium naturlig, tykkelse 0,2my (= 0,0002 mm)
• Anodisering
– Øker oksidlaget (til fra 5 til 25my etter behov)
– Elektrokjemisk prosess, elektrolytisk bad, - elektrisk krets,
profilen er anode
• Lakkering
– Pulverlakkering
• Mekanisk
• Elektrostatisk
4
Positive egenskaper
Aluminium er et metallisk sølvfarget grunnstoff
–
–
–
–
–
–
–
–
Lav vekt (egnet i rammesystemer)
Ikke magnetisk (gjenvinning) Egenvekt i kg/dm³
Høy korrosjonsmotstand
LIMTRE
0,47
Stort utvalg i profiler
BETONG
2,3
God formbarhet
ALUMINIUM
2,75
Tåler lave temperaturer
STÅL
7,85
Små egenspenninger
Høy fasthet
• Ved legering, varmherding og deformasjonsherding
• Bærende element i bruer, master, fly, biler …
5
Begrensninger
• Redusert fasthet ved høg temperatur
• Lav utmatningsfasthet
– Betydning for levetiden
•
•
•
•
Lav E-modul (70 N/mm² mot stål 210 N/mm²)
Stor varmeutvidelse
Energikrevende produksjon
Kostbart
6
Korrosjon
• Lite korrosjon
– Oksidlag dannes og beskytter
– Gjendanning ved ”sår”
– Anodisering øker laget etter behov
– Kan benyttes i sjøvann
• Galvanisk korrosjon oppstår
– Ved kontakt med bly, kopper, stål
og elektrolytt (vann)
– Bruke bl.a. rustfrie stålskruer m. neoprenpakning
7
• God leder
Varmeledning:
• Varme (i solfangersystem)
TRE
• Elektrisitet
– Lettere enn kobber
– Lite energitap
• Brann
U- verdi i
W/(m²∙⁰C)
0,12
BETONG
1,8
STÅL
40 - 60
ALUMINIUM
200
Ubrennbart, - men:
• Bæreevnen reduseres ved 100 ⁰C
• Drastisk redusert ved 200 – 300 ⁰C
• Smelter ved ca 600 ⁰C
• Må ha brannbeskyttelse
• Må branndimensjoneres
• Kan ikke kuttes med skjærebrenner
8
• E-modul: 70 N/mm²
– Ca 1/3 av E-verdien for stål (210 N/mm²)
– Gir større forskyvninger
• Temperaturutvidelse
– Ca. dobbelt så mye som for stål (αS = 12/10⁶ mm/mm·°C)
– Viktig ved kombinasjon av stål og aluminium
– Utvidelseskoeffisient αAl = 23/10⁶ mm/mm·°C
Eksempel:
Lengdeendring av en stav på 1m, ved temperaturendring fra
+ 20°C til - 20°C :
∆L= (23/10⁶ mm/mm ·°C )·1000 mm·40°C =0,92mm~ 1 mm
Dvs. 1 cm på 10m
9
• Sveisbart materiale
– Unntak: Cu og Zn-holdige legeringer
• Fastheten øker ved lave temperaturer
– Egner seg i fryserom, ol.
– Stål blir derimot sprøtt
• Egenspenninger
– Ikke vesentlig betydning
• Utmatting
– Lavere utmatningsfasthet enn stål
10
Bæreevne
• Stål ≠ aluminium
– Må beregnes ulikt
fu
f0,2
• Strekkprøving
– Arbeidsdiagram
– Ikke flyteplatå
• Fastheten for de beste kvalitetene er omtrent
som for vanlig konstruksjonsstål
11
Bæreevne
• Beregningsprinsipper
påkjenningene < konstruksjonens styrke
Konstruksjonens kapasitet kontrolleres mht.:
• Aksialkrefter, trykk og strekk
• Skjær
• Moment
• Knekking, vipping og torsjon
• Kombinerte lastvirkninger
• Utmatting
• Nedbøyning/forskyvning
• Brann
NS –EN 1999-1-:2007 EUROCODE 9: Prosjektering av aluminiumskonstruksjoner
12
• Kontroll av kapasitet også for:
– Sveis
– Forbindelsesmidler
• Ved tilstrekkelig bjelkehøyde:
– Stor momentkapasitet
– Liten nedbøyning
• Ved tilstrekkelig veggtykkelse i overflens:
– Tåler godt punktbelastning
• Lukkede profiler:
– Gir øket torsjonsstivhet
13
Energiforbruk
ved produksjon av en søyle/drager-konstruksjon
Materiale:
Energiforbruk i
kWh:
LIMTRE
47
BETONG
73
STÅL
155
ALUMINIUM
584
14
Miljø
• Gjenvinning
– 25% er gjenvunnet
– 5% energibruk i forhold til ny produksjon
• Transport
– Mindre drivstoff
• Transport av lette materialer
• Lette kjøretøy
• Regnskogen
• 16 km² / år
= 0,01‰ av regnskogen
15
Les mer:
Aluminiumskonstruksjoner, Håndbok 46, Byggforsk
Byggforskserien
Byggdetaljer nr. 571.403: Metaller til bygningsbruk
NS-EN 1999:2007, Eurocode 9: Prosjektering av
aluminiumskonstruksjoner
Ellers finner du mye stoff ved å søke på nettet
16