Διαχείριση Μεταλλικών και Συμμίκτων Κατασκευών. Άρης Αβδελάς Καθηγητής Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών Α.Π.Θ.

Transcript

1 Διαχείριση Μεταλλικών και Συμμίκτων Κατασκευών Άρης Αβδελάς Καθηγητής Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών Α.Π.Θ.

2 Ένα PDF αντίγραφο της παρουσίασης υπάρχει στο users.auth.gr/avdelas/ddte/

3 Ο χάλυβας άρχισε να παράγεται τον Μεσαίωνα Από τα μέσα του 19 ου αιώνα άρχισε να χρησιμοποιείται συστηματικά στις κατασκευές Σήμερα πολλά αξιόλογα έργα κατασκευάζονται με χάλυβα

4 Structurae Πρώτη σιδερένια γέφυρα, m, Coalbrookdale, ΗΒ. Υπάρχει ακόμη σήμερα

5 Structurae Telford: Mythe Bridge (Tewkesbury) ( ) 52m, ΗΒ. Χυτοσίδηρος. Υπάρχει ακόμη σήμερα

6 Stephenson: Newcastle High Level Bridge ( ) Χυτοσιδηρά τόξα

7 Bibliothèque Sainte Geneviève ( ), Παρίσι Xυτοσιδηρά υποστυλώματα και τόξα

8 Bibliothèque Nationale ( ), Παρίσι Xυτοσίδηρος και κατηργασμένος σίδηρος

9 Structurae Gare du Nord ( ), Παρίσι Xυτοσίδηρος και κατηργασμένος σίδηρος

10 Grand Palais ( ), Παρίσι Xάλυβας

11 Structurae Grand Palais ( ), Παρίσι Xάλυβας

12 Structurae Grand Palais ( ), Παρίσι Xάλυβας

13 Μουσείο Μουσικών Οργάνων, Βέλγιο

14 Structurae Κέντρο Pompidou, Γαλλία

15 Γέφυρα Faro, Δανία

16 Structurae Γέφυρα Faro, Δανία

17 Γέφυρα Faro, Δανία Structurae

18 Structurae Γέφυρα Ρίο-Αντίρριο, Ελλάδα

19 Structurae Γέφυρα Ρίο-Αντίρριο, Ελλάδα

20 Πλατφόρμα Hang Tuah, Ινδονησία

21 Structurae Γέφυρα Alameda, Ισπανία

22 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

23 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

24 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

25 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

26 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

27 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

28 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

29 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

30 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

31 Ciudad de las Artes y de las Ciencias, Valencia, Ισπανία

32 Structurae Ποδηλατοδρόμιο, Αθήνα

33 Structurae Ποδηλατοδρόμιο, Αθήνα

34 Structurae Ariake Coliseum, Ιαπωνία

35 Πλεονεκτήματα Χάλυβα Ο λόγος αντοχής προς όγκο Η μεγάλη ποικιλία εφαρμογών Η διαθεσιμότητα πολλών τυποποιημένων στοιχείων Η αξιοπιστία του υλικού Η δυνατότητα ικανοποίησης σχεδόν όλων των αρχιτεκτονικών απαιτήσεων

36 Μακροβιότητα Μπορεί να εξασφαλισθεί με μικρό κόστος συντήρησης, υπό την προϋπόθεση: Καλού σχεδιασμού των κατασκευαστικών λεπτομερειών Καλής ποιότητας παραγωγής στο εργοστάσιο Χρήσης μίας σύγχρονης μεθόδου προστασίας από την οξείδωση

37 Παραγωγικότητα Το μεγάλο άλμα έγινε τα τελευταία 30 χρόνια με την παραγωγή να αυξάνει από τα kg/ανθρωποώρα, στα μέσα της δεκαετίας του 70, σε πάνω από 250 kg/ανθρωποώρα στα περισσότερα σύγχρονα εργοστάσια, με σημαντική επίδραση στο κόστος.

38

39 Μορφές Διατομών Θερμή Εξέλαση

40 Μορφές Διατομών Ψυχρή Εξέλαση

41 Ταχύτητα Εκτέλεσης Μία σύμμικτη κατασκευή από σκυρόδεμα και χάλυβα είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα των πλεονεκτημάτων του χάλυβα. Τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται είναι:

42 1. Χαλύβδινες δοκοί και υποστυλώματα (απλές ή σύμμικτες)

43 Σύμμικτες Δοκοί

44 Σύμμικτα Υποστυλώματα

45 2. Χαλυβδόφυλλα (ταυτόχρονα ξυλότυπος και οπλισμός πλακών)

46

47 3. Σύνδεσμοι Διάτμησης (εξασφάλιση σύμμικτης και διαφραγματικής λειτουργίας πλακών-δοκών)

48 3. Σύνδεσμοι Διάτμησης (εξασφάλιση σύμμικτης και διαφραγματικής λειτουργίας πλακών-δοκών)

49 3. Σύνδεσμοι Διάτμησης (εξασφάλιση σύμμικτης και διαφραγματικής λειτουργίας πλακών-δοκών)

50 4. Σκυρόδεμα επιτόπου ή

51 4β. Σκυρόδεμα προκατ

52 Τα δίκτυα από κάτω

53 Προκατασκευασμένα κλιμακοστάσια

54 Έτοιμα υαλοστάσια ή επενδύσεις

55 Μείωση Κόστους Κατασκευής Ι Επιγραμματικά η μείωση του κόστους κατασκευής οφείλεται στα εξής: 1. Προκατασκευή φερόντων στοιχείων 2. Ακρίβεια διαστάσεων που βοηθά στις επόμενες φάσεις του έργου 3. Ταχεία ανέγερση

56 Μείωση Κόστους Κατασκευής II Η ταχεία υλοποίηση του έργου αποφέρει συχνά μεγάλο κέρδος στον κύριο του έργου, κυρίως αν αυτός έχει ήδη επενδύσει μεγάλο κεφάλαιο στην αγορά του οικοπέδου. Σαν παράδειγμα αναφέρεται η κατασκευή κτιρίου σε εμπορικά αναπτυσσόμενη περιοχή όπου, με ίδιο αρχικό κόστος, η σύμμικτη λύση ήταν ταχύτερη κατά 40 εβδομάδες σε σύγκριση με τη λύση του οπλισμένου σκυροδέματος.

57 Μείωση Κόστους Κατασκευής ΙΙΙ Αναφέρεται επίσης η ολοκλήρωση του μεταλλικού σκελετού τετραώροφου κτιρίου κατοικίας στη Θεσσαλονίκη, με εμβαδόν ορόφου 100 m 2, μέσα σε 3 μέρες.

58 Κόστος Πυροπροστασίας Αποτελούσε ανασταλτικό παράγοντα για τη χρήση του χάλυβα. Οι σύγχρονες μέθοδοι με ελαφρές επενδύσεις ή/και ειδικά spray επιβράδυνσης έχουν αντικαταστήσει τις παλιές μεθόδους προστασίας με επιτόπου σκυροδέτηση. Αποτέλεσμα η σημαντική μείωση του κόστους τόσο σε υλικά όσο και σε χρόνο κατασκευής.

59 Ελαφρές και Ανθεκτικές Γενικά, οι χαλύβδινες κατασκευές είναι ελαφρύτερες σε σχέση με αυτές από άλλα υλικά. Αποτέλεσμα: χαμηλότερο κόστος θεμελίωσης Τα φέροντα στοιχεία είναι μικρών διαστάσεων. Αποτέλεσμα: περισσότερος ελεύθερος χώρος Μεγάλα ανοίγματα. Ο χάλυβας είναι συχνά η μόνη εφικτή λύση

60 Στα πολυώροφα κτίρια είναι δυνατή η υλοποίηση ανοιγμάτων της τάξης των m ή και ακόμη μεγαλύτερων με τη χρήση του κατάλληλου συστήματος. Για παράδειγμα: Κύριες δοκοί με δικτυωτές διαδοκίδες Κύριες δοκοί μεταβλητής διατομής με ολόσωμες διαδοκίδες

61 Κύριες δοκοί με δικτυωτές διαδοκίδες

62 Κύριες δοκοί μεταβλητής διατομής με ολόσωμες διαδοκίδες

63 Είναι έτσι δυνατή η αύξηση των ανοιγμάτων με μία μικρότερη από 15% αύξηση του κατασκευαστικού κόστους. Με το δεδομένο ότι το κόστος αυτό είναι της τάξης του 20% του συνολικού, προκύπτει ότι είναι δυνατή η κατασκευή κτιρίων με μεγάλους ελεύθερους χώρους με μία αύξηση του συνολικού κόστους του έργου της τάξης του 3%. Επιβάρυνση πολύ μικρή, κυρίως για κτίρια γραφείων όπου οι χρήστες και οι ανάγκες τους αλλάζουν συχνά, σε συνάρτηση και με τις τεχνολογικές εξελίξεις (πληροφορική κλπ)

64 Στις γέφυρες και στις στέγες με μεγάλα ανοίγματα οι αντοχές του χάλυβα έχουν οδηγήσει σε λύσεις ιδιαίτερης αισθητικής Γέφυρα Kohlbrand, Hamburg, Γερμανία

65 Γέφυρα Humber, ΗΒ

66 Γέφυρα Tonegawa, Ιαπωνία

67 Structurae Great Court Roof, British Museum, Λονδίνο

68 Structurae Σταθμός TGV, Aix-en-Provence, Γαλλία

69 Structurae Terminal B, Düsseldorf International Airport, Γερμανία

70 Structurae Terminal B, Düsseldorf International Airport, Γερμανία

71 Moda in Casa, Mexico City, Μεξικό

72 Moda in Casa, Mexico City, Μεξικό

73 Structurae Sony Centre, Berlin, Γερμανία

74 Structurae Sony Centre, Berlin, Γερμανία

75 Structurae Sony Centre, Berlin, Γερμανία

76 Structurae Sony Centre, Berlin, Γερμανία

77 Structurae Σύμμικτες προκατ. δοκοί με επιτόπου χυτό κατάστρωμα, Bavaria, Γερμανία

78 Structurae Binh Bridge, Haiphong, Vietnam

79 Structurae OAKA, Αθήνα

80 Guggenheim Museum, Bilbao, Ισπανία

81 Structurae Guggenheim Museum, Bilbao, Ισπανία

82 Structurae Guggenheim Museum, Bilbao, Ισπανία

83 Προσαρμογή και Επανάχρηση Οι χαλύβδινες κατασκευές παρέχουν τη μέγιστη προσαρμοστικότητα στις αλλαγές χρήσης του κτιρίου, γιατί οι δομικές αλλαγές μπορούν να υλοποιηθούν με αρκετή ευκολία. Οι συνδέσεις των νέων με τα παλιά στοιχεία γίνεται εύκολα και με χαμηλό κόστος. Για παράδειγμα οι πύργοι της γέφυρας στον ποταμό Severn ενισχύθηκαν, εν λειτουργία, 40 χρόνια μετά την κατασκευή της.

84

85 Βιωσιμότητα

86 Βιωσιμότητα

87 Ιστορικές Κατασκευές Μία άλλη χρήση του χάλυβα που ξεφεύγει από τις συμβατικές είναι η χρήση του για την ενίσχυση (ιστορικών) κατασκευών.

88 Ιστορικές Κατασκευές Μία άλλη χρήση του χάλυβα που ξεφεύγει από τις συμβατικές είναι η χρήση του για την ενίσχυση (ιστορικών) κατασκευών.

89 Ενίσχυση Κατασκευών Μία άλλη χρήση του χάλυβα που ξεφεύγει από τις συμβατικές είναι η χρήση του για την ενίσχυση (ιστορικών) κατασκευών.

90 Ενίσχυση Κατασκευών Μία άλλη χρήση του χάλυβα που ξεφεύγει από τις συμβατικές είναι η χρήση του για την ενίσχυση (ιστορικών) κατασκευών και όχι μόνο από τοιχοποιία

91

92

93 Ενίσχυση Κατασκευών Ή για τη δημιουργία σκελετού αντιστήριξης (που συχνά ενσωματώνεται στην τελική κατασκευή) σε περίπτωση συνολικής εσωτερικής καθαίρεσης

94 Ενίσχυση Κατασκευών Ή για τη δημιουργία σκελετού αντιστήριξης (που συχνά ενσωματώνεται στην τελική κατασκευή) σε περίπτωση συνολικής εσωτερικής καθαίρεσης

95 Ενίσχυση Κατασκευών Ή για τη δημιουργία σκελετού αντιστήριξης (που συχνά ενσωματώνεται στην τελική κατασκευή) σε περίπτωση συνολικής εσωτερικής καθαίρεσης

96 Παραγωγή Χάλυβα Σαν αποτέλεσμα της οικονομικής κρίσης, η παγκόσμια παραγωγή ακατέργαστου χάλυβα για το 2009 ήταν 1220 εκατομμύρια τόνοι, 8,2% λιγότερο από το Αντίθετα, όλα τα προηγούμενα χρόνια υπήρχε μία ετήσια αύξηση της τάξης του 8%. Το 1989 ήταν 780,0 εκατομμύρια τόνοι. Αυτή η μειωτική τάση ανατράπηκε το Λόγω της σχέσης τιμής βάρους ο χάλυβας είναι ένα υλικό που ταξιδεύει πιο εύκολα από άλλα υλικά, όπως αλουμίνιο, ξύλο, τσιμέντο ή γυαλί. Γενικά πάντως, το μεγαλύτερο ποσοστό του διεθνούς εμπορίου χάλυβα γίνεται σε μικρές και μεσαίες αποστάσεις.

97 Παραγωγή Χάλυβα mmt=million metric tones ROW=Rest of the World

98 Ετήσια παραγωγή ακατέργαστου χάλυβα Παραγωγή Χάλυβα In thousand metric tons WORLD STEEL ASSOCIATION FEBRUARY 2011

99 WORLD STEEL ASSOCIATION APRIL 2012

100 Παραγωγή Χάλυβα (mmt) WORLD STEEL ASSOCIATION JANUARY 2012

101 Παραγωγή Χάλυβα (mmt) WORLD STEEL ASSOCIATION JANUARY 2012

102 Παγκόσμια Παραγωγή Ακατ. Χάλυβα 2012 (mmt) Κίνα EE (27) Ιαπωνία ΗΠΑ Ρωσία Ινδία Ν.Κορέα Ουκρανία Βραζιλία Τουρκία Ταϊβάν Μεξικό Καναδάς Άλλες Χώρες WORLD STEEL ASSOCIATION JANUARY 2013

103 Μεγαλύτεροι Παραγωγοί Χάλυβα 2012 WORLD STEEL ASSOCIATION

104 Διαχείριση Κόστους Γίνεται με τη χρήση προγραμμάτων σε συνάρτηση με τα στοιχεία που συνθέτουν την κατασκευή για το καθένα από τα οποία υπολογίζεται το κόστος: υλικού μεταφοράς προετοιμασίας συγκόλλησης κοχλίωσης κλπ

105 Διαχείριση Κόστους Το κόστος της «σιδηροκατασκευής» συνήθως διατυπώνεται σαν κόστος ανά τόνο για υλικό, κατασκευή, προστασία κλπ. Για ένα μεγάλο έργο το κόστος κατασκευής συχνά ξεπερνά το κόστος του υλικού

106 Διαχείριση Κόστους Τυπικές μορφές κατασκευών από χάλυβα κατά αυξανόμενο κόστος ανά τόνο: Απλές κατασκευές (υποστυλώματα δοκοί) από ελατές διατομές Μονώροφες πλαισιακές κατασκευές από ελατές διατομές Αμφιέρειστες γέφυρες από ελατές διατομές Πολυώροφα κτίρια με σύνθετες συγκολλητές ένα μέρος των διατομών τους Κατασκευές με συγκολλητές υψίκορμες και κιβωτιοειδείς διατομές

107 Διαχείριση Κόστους Κατασκευές από κοιλοδοκούς (στρογγυλές ή ορθογωνικές) Κατασκευές τύπου silo Σύμμικτες γέφυρες με συγκολλητές υψίκορμες και κιβωτιοειδείς διατομές Γέφυρες με ορθότροπα καταστρώματα Ειδικές κατασκευές με υψηλής ποιότητας συγκολλήσεις Θαλάσσιες κατασκευές

108 Διαχείριση Κόστους Διαμόρφωση του κόστους μιας μέσης κατασκευής: Υλικό: 38% Κατασκευή: 32% Μελέτη: 6% Προστατευτική επεξεργασία: 10% Μεταφορά: 4% Εμπορικό κόστος: 10%

109 Διαχείριση Κόστους - Υλικό Προμήθεια υλικού: = από το εργοστάσιο = από τον εισαγωγέα = από το εμπόριο. Πιο ακριβή λύση για μεγάλες ποσότητες, συχνά συμφέρουσα για μικρές ποσότητες ( 10 τόνους) Συχνά είναι πρόβλημα να βρεθούν κάποιες διατομές στο εμπόριο είτε επειδή οι εισαγωγείς δεν τις φέρνουν είτε επειδή παράγονται πιο σπάνια.

110 Διαχείριση Κόστους - Υλικό Προμήθεια υλικού: = Ο κατασκευαστής έχει σαν στόχο σε ελαχιστοποίηση της φύρας όταν παραγγέλνει χάλυβα. Συνήθως αυτή εκτιμάται της τάξης του 2,5% και πουλιέται σαν scrap = Οι χαλυβουργίες βασίζουν τις τιμές τους ανά τόνο σε ποσότητες τουλάχιστον 20 τόνων και μήκη έως 15 μέτρα με ανοχή 50 mm = Για μικρές ποσότητες και για υψηλής ποιότητας χάλυβες το κόστος αυξάνει

111 Διαχείριση Κόστους - Υλικό Προμήθεια υλικού: = το κόστος επίσης εξαρτάται από την πιστοποίηση που ζητείται. Πρόσθετες απαιτήσεις σε ό, τι αφορά τη χημική σύνθεση, τις μηχανικές ιδιότητες και την αντοχή αυξάνουν το κόστος Ο έμπειρος μηχανικός θα πρέπει να αποφεύγει τη χρήση μεγάλης ποικιλίας διατομών στη μελέτη. Να μην ξεχνάμε το κόστος των κοχλιών, των αναλωσίμων για τις συγκολλήσεις κ.λ.π.

112 Διαχείριση Κόστους Η αγορά χάλυβα έτοιμου προς τοποθέτηση (κομμένου, με συγκολλημένες φλάντζες κλπ) είναι γύρω στα 1,3 /Kg, στο εργοστάσιο. Για την ανέγερση το κόστος είναι περίπου 0,7 /Kg συμπεριλαμβανομένων των γερανών.