Συγκριτική μελέτη στέγης με φέροντα οργανισμό από χάλυβα και αλουμίνιο

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση των χαρακτηριστικών και των παραμέτρων σχεδιασμού ενός νέου σχετικά υλικού για μεγάλες δομικές μεταλλικές κατασκευές, του αλουμινίου, όπως επίσης και η συγκριτική του μελέτη σε σχέση με το κυρίαρχο δομικό υλικό για μεταλλικές κατασκευές, το χάλυβα. Για το σκοπό αυτό γίνεται και μία συγκριτική μελέτη ενός δικτυωτού ζυγώματος στέγης κολυμβητηρίου με χρήση τόσο χάλυβα όσο και αλουμινίου ως υλικά κατασκευής. Η δομή της εργασίας περιλαμβάνει τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος, όπου ανήκουν τα κεφάλαια 1, 2 και 3, γίνεται παρουσίαση των χαρακτηριστικών του αλουμινίου. Ειδικότερα, μετά από μία σύντομη ιστορική αναδρομή, παρουσιάζονται οι σημαντικές φυσικές του ιδιότητες, όπως επίσης και τα πεδία εφαρμογής του, παραθέτοντας παραδείγματα μεγάλων δομικών εφαρμογών. Στη συνέχεια παραθέτονται οι μέθοδοι παραγωγής του και οι κύριες παραγωγικές διαδικασίες των προϊόντων αλουμινίου (έλαση, διέλαση και σκλήρυνση). Ακόμα αναλύονται τα κράματα του αλουμινίου και συγκεκριμένα οι ιδιότητες των πρόσθετων στοιχείων, η ονοματολογία τους και οι καταστάσεις σκλήρυνσης κάθε κράματος (αναφέρονται μόνο τα κράματα που περιλαμβάνονται στον Ευρωκώδικα 9). Στο δεύτερο μέρος, όπου ανήκει το κεφάλαιο 4, γίνεται συγκριτική παράθεση των βασικών ελέγχων διατομών και μελών χάλυβα και αλουμινίου σε οριακή κατάσταση αστοχίας και λειτουργικότητας, σύμφωνα με τους Ευρωκώδικες 3 και 9 αντίστοιχα. Στο τρίτο μέρος, όπου ανήκουν τα κεφάλαια 5, 6 και 7, γίνεται η συγκριτική μελέτη δικτυωτού ζυγώματος στέγης κολυμβητηρίου με χρήση χάλυβα και αλουμινίου, ώστε να καταλήξουμε στο οικονομικότερο υλικό. Το κλειστό κολυμβητήριο στην πραγματικότητα βρίσκεται στην πόλη Barranquilla της Κολομβίας. Τα ζυγώματα του στεγάστρου του κολυμβητηρίου είναι κατασκευασμένα από αλουμίνιο. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής, θεωρώ ότι η κατασκευή βρίσκεται στην Ελλάδα, προκειμένου να γίνει η μελέτη με χρήση των Ευρωκωδίκων. Αφού υπολογιστούν τα φορτία της κατασκευής, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης του ζυγώματος μέσω του προγράμματος SAP2000 για την χαλύβδινη κατασκευή και μέσω υπολογισμών στο χέρι, με χρήση των διαγραμμάτων εντατικών μεγεθών από το SAP2000, για την κατασκευή αλουμινίου. Για τις αναλύσεις αυτές έγινε τμηματοποίηση του φορέα σε ομάδες ώστε να επιτευχθεί μεγαλύτερη οικονομία. Τέλος, στο κεφάλαιο 8 παρουσιάζουμε τα συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε από την παρουσίαση των χαρακτηριστικών του αλουμινίου, τη συγκριτική παρουσίαση των ελέγχων σχεδιασμού χάλυβα και αλουμινίου και τη συγκριτική μελέτη του παραπάνω ζυγώματος από χάλυβα και αλουμίνιο.

The purpose of this thesis is to present the characteristics and design parameters of a new material for large structural constructions, aluminium, as well as the comparative design of the dominant structural material for constructions, steel. For this purpose we made a comparative design of a truss rafter roof of a swimming pool using both steel and aluminium as structural materials. In Chapter 1, after a brief historical overview, we present the important physical properties of aluminum, such as atomic and crystal structure, density, etc., as well as an outline of the field of applications covered under the main advantages of aluminium (lightness, corrosion resistance and functionality of component shapes). Moreover examples of large structural applications are cited, mainly abroad, since its use in such applications is not widespread in Greece. In Chapter 2 we present the methods of production of aluminium (primary and secondary cast) as well as processes of rolling, extrusion and hardening of aluminum products. Even forth also methods of adhesion. In Chapter 3 we analyze the alloys of aluminum. We analyze the properties of the additional alloying elements, the designation of alloys and the tempers of aluminium alloys as well as the physical properties which are necessary in the design of aluminium constructions. All the above mentioned to alloys on Eurocode 9. In chapter 4 we present a comparative summary of basic controls for sections and members of steel and aluminium in the ultimate limit state and serviceability limit state, according to Eurocodes 3 and 9 respectively. In chapter 5 we present the construction we made the comparative design of the roof rafter using steel and aluminium, to select the most economical material. In particular, the indoor pool actually located in Barranquilla, Colombia and belongs to the facilities of university Universidad del Norte. The roof of the pool is made of aluminium. In this thesis, I think the structure is in Greece, in order to make the design according to Eurocodes. In this chapter are calculated the design loads according to Eurocode 1. In chapter 6, after a brief reference to the software program that is used in this thesis (SAP2000 v.15), is cited the way of body simulation of the truss rafter roof in the program. In chapter 7 we present the results of analysis of the truss rafter roof through SAP2000 for the steel structure and through calculations by hand, using internal forces diagrams from SAP2000, for the manufacture of aluminum. For these analyses we made groups to achieve greater economy. Finally, in chapter 8 we present the conclusions we reach by the presentation of the characteristics of aluminium, comparative presentation of checks steel and aluminium design and comparative design of the truss rafter roof of steel and aluminium.