AD01CTS ‐ ADVANCED CONSTRUCTION TECHNOLOGY AND … · Lecture Topic 1 Introduction& Steel Frame...

Post on 12-Jun-2020

1 views 0 download

transcript

AD01CTS ‐ADVANCED CONSTRUCTION TECHNOLOGY AND SERVICES 

Alfrendo Satyanaga

Lecture Topic1 Introduction & Steel Frame2 Concrete Frame3 Precast Concrete in Buildings4 Service Integration5 Refurbishment of Buildings 6 Sustainable Building – Part 17 Sustainable Building – Part 2

Exam preparation

Course Outline

Objectives

• Construction techniques for different building structures

• Service installation and service integration

• Refurbishment technologies• Sustainability in construction of building 

Assessment

• Examination (100 %)• Exam: 3 hours• Exam paper shall consist of 5 compulsory questions 

• Passing criteria: 50 %

Construction Technology

• Study of construction methods to build structures safely while maintaining their quality conforming to the required specifications, standards and codes.

• It includes selection of materials for frame, construction equipment and temporary works to facilitate the construction process 

• The modern trend is towards light construction and tall building which is always a big challenge

Construction Technology

• Good project management contributes to economy, quality, safety, speed and timely completion of a project

Selection of Materials

• The availability of materials and labour• Cost• Speed of construction• Ability to standardize• Size and nature of site• Performance of requirements, i.e. fire resistance, sustainability

• The arrangement of frame• Type of floor system

Structural Elements & Frames

Materials used in Construction

• Rock materials (blocks of rocks and fragments of rocks)

• Binder materials (lime, plaster cement, etc)• Concrete materials• Ceramic materials (bricks, tiles, stoneware, etc)

• Other materials (steel, aluminium, copper, wood, plastic, glass, etc)

Material Information Resources

• American Society for Testing and Materials 

(ASTM)

• American National Standards Institute (ANSI)

• British Standards Institution (BSI)

• Singapore Standards (SS)

International Classification for Standards

• International classification for standards 

(ICS) used in the Singapore Standards 

catalogue:

• 91 – Construction Materials & Building

• 93 – Civil Engineering

Regulation Involved

• Qualified Person (QP) who is a ProfessionalEngineer (PE) in civil & structural orgeotechnical, to prepare and submitstructural plans for approval, apply for apermit to commence works and to supervisethe works.

• Qualified Person (QP) who is a registered architect, to prepare and submit the building plans

Building Control Act & Building Control Regulations

Lecture 1 – Steel Frame

Steel

• A building material that has been extensively used

in various structures in Singapore.

• Synonymous with modern architecture.

Advantages of Steel as a Structural Material

• Steel members have high strength per unit 

weight

• Being light, steel members can be conveniently 

handled and transported.

• Steel, being a ductile material, does not fail 

suddenly, but gives visible evidence of 

impending failure by large deflections

Advantages of Steel as a Structural Material

• The properties of steel mostly do not change 

with time.

• They can be erected at a fast rate.

• Steel has the highest scarp value amongst all 

building materials.

Disadvantages of Steel as a Structural Material

• Steel structures when placed in exposed 

conditions are subjected to corrosion. 

Therefore, steel structure require frequent 

painting. 

• Steel structures need fire proof treament, which 

increases cost.

Uses of Structural Steel Material

Speed of construction

• Less labour instensive

• Cleaner work site

• Economy 

•Allow design flexibility due to excellent strength 

and predictable behavoir under loading

Factors on Selection of Structural Steel 

• Tensile and yield strength required• Toughness, ductility and other properties required

• Availability and cost• Arbitrary local conditions as may be imposed by specifications and codes of practise

In Singapore, BCA Design Guides such BC1:2008 and BC1: 2012 are useful documentsfor selection of structural steel materialsfor building and construction

Various Steel Products

Factors Influencing Design of Steel

• The spans involved

• The vertical loading

• The horizontal loading

• The service loading

• The ground conditions

Categories of Steel Building Construction

The majority of steel building fits within one of 

the following categories:

TYPE MAIN USE

Bearing wall Low rise, lightly loaded

Steel frame Wide variety of types and sizes of building

Long span Coverage of long column‐free areas

High rise Tall buildings, i.e. more than 20 storeys

Fabrication & Erection

• Simple connection

• Quality welding should be done at the factory

• Bolting is preferred at the site

• Avoid expensive weld – fillet weld is cheaper 

than butt weld

• Design joints based on calculated forces rather 

than section capacity

Structural Steel Construction

Structural steel 

members are erected, 

braced, and secured 

together to create a 

structural framework.

Structural Steel Construction

In beam and column 

construction, beams 

and girders support 

floor and roof loads 

and distribute the 

loads to the vertical 

columns.

Structural Steel Construction

In long span 

construction, long 

distances are spanned 

with built‐up structural 

steel girders and 

trusses.

Structural Steel Construction

In wall bearing 

construction, 

horizontal steel beams 

and joists are 

supported by other 

construction materials 

such as masonry.

Structural Steel Construction

Pre‐engineered metal 

buildings consist of 

prefabricated structural 

steel members 

including beams, 

columns, girts, and 

trusses.

Structural Steel Construction

Various types and grades of steel are used in 

structural steel construction.

Structural Steel Construction

A variety of steel shapes are commonly used in structural steel construction. Standard abbreviations and designations are included on erection plans to indicate structural steel members.

Structural Steel Construction

Columns are commonly constructed using M‐, S‐, or wide‐flange shapes. 

Structural Steel Construction

A wide variety of structural steel shapes are joined together to form a truss. Common steel truss designs include the bowstring, flat, Howe, Pratt, scissors, and Warren.

Structural Steel Construction

Bridging and braces maintain alignment between structural steel columns, beams, and joists and increase resistance to loads.

.

Structural Steel Construction

Tie rods are used to brace across long distances

Structural Steel Construction

Composite Beam Primary and secondary beam in composite steel frames are connected to the floor slab using shear studs

Structural Steel Construction

Portal Frame For spanning large distances Used for warehouse, factory and other low‐rise building with wide spans

Structural Steel Construction

Trusses For spanning considerable distances Visually light and service is able to pass through

Structural Steel Construction

Space Frames 3‐D trusses; span in 2 directions  Flat or curve

Structural Steel Construction

Long Span Structures For large building services

Troja bridge in Prague

Structural Steel Construction

Light Steel Frames Using cold channel section (C section) 1.6 to 3.2 mm thickness Galvanized steel

Structural Steel Construction

Modular  / Volumetric Construction Constructed in factory Using light steel section

Structural Steel Construction

Proper bolt and nut installation is essential for proper structural fastener performance. Erection plan details are the primary reference for bolted connections.

Structural Steel Construction

Ribbed bolts may be used where steel members are drawn tightly together before fastening. High‐strength hex head bolts are identified with markings on the bolt head.

Structural Steel Construction

Gas welding: Much less than arc welding, is still an

important process and used quite widely formaintenance and repair work.

It has some advantages for welding carbon andlow alloy steels since the weld area can bepreheated and post heated with the flame toreduce the cooling rate and, thus, avoid theformation of brittle martensite.

Structural Steel Construction

Gas welding:

The flame temperature is lower than thetemperature of an electric arc and thetemperature gradients in the vicinity of a weldare also less.

The filler metal to make the weld is obtainedfrom a metal rod or wire fed into the flame bythe welder and, generally, the filler rod iscoated with a layer of flux. The flux melts andacts to dissolve surface oxides and form aprotective layer over the weld.

Structural Steel Construction

Arc welding Bare electrode wire and welding rods or coated electrodes

Coating on a electrode is formulated to satisfy three objectives:(1) to form fusible slags;(2) to stabilise the arc; and(3) to generate an inert gas shield during the welding operation.

Structural Steel Construction

Details provide information regarding welded connections.

Structural Steel Construction

The standard format used for weld symbols provides information regarding location, length, and type of welded joint.

Structural Steel Construction

Steel members may be cut to length using an oxyacetylene cutting torch

Structural Steel Construction

Metal floor decking, manufactured in a variety of designs and dimensions, is attached to the top of open web steel joists to create a floor platform.

Structural Steel Construction

Roof decks may be formed of metal decking only or covered with waterproofing materials and insulation.

Structural Steel Construction

End plate beam to column connection Endplate connections have a single plate wededto the end of the beam which is bolted to the column using two or more bolts arranged in pairs.

Structural Steel Construction

Haunch beam to column connection For high moment transfer Increase the effective depth of the section Using multiple pairs of bolts through endplate Common in portal frame

Structural Steel Construction

Endplate beam to beam connection Similar to endplate beam to column connection, but the incoming beam must be notched

Structural Steel Construction

Pinned tube connection The end tube is profiled and welded or bolted using simple fin plates

Structural Steel Construction

Column base connection Casting bolts into the concrete

Structural Steel Construction

QuiconTM connection Using special connector to eliminate the need for onsite bolting

Structural Steel Construction

Steel to concrete connection Using steel bracket

Cladding

Cladding is a layer of a building frame structure and it mounted on the outer surface of a structure

Provide an enclosure to the structure which will give the necessary protection against the elements

Cladding

Exploit dry construction methods where possible, including the use of off‐site prefabrication

Impose the minimal additional dead load  onto the frame

Enhance the architectural concept/appearance of the building

Requirement of material for Cladding

Strength and stability  Compatibility with Integration with vertical and horizontal frame members/elements

Weather resistance  Durability  Thermal insulation  Fire requirements  Sound insulation  Aesthetic

Cladding

Strongback System

Sub‐frame that supports thin cladding panels

Materials: stone, coated stell and stainless steel

Cladding

Integral Panels

From concrete

Able to support own weight and resist wind 

load without additional frame

Cladding

Stick System

Consists of vertical and 

horizontal members to 

form a grid

To restrain solid panel 

or glass

Cladding

Brick

Attach to steel using shelf angles fitted to the 

slab edge

Cladding

Light steel cladding

Build up system with liner sheet

Build up system with liner trays

Composite panel system

Cladding

Bolted glazing system

Sophisticated bolted glazing system where 

glass panel can be attached to steel without 

additional frame

Fire Protection

Intumescent Coating

Brush or spray into steel

Fire Protection

Board System

Forming rectangular encasements around steel 

member (i.e internal beam and column)

Fire Protection

Sprayed Materials

Using cementitious materials and applied onto 

surface of steel

Fire Protection

Concrete Filled Structural Hollow Sections

Structural hollow section can be fire protected 

by filling with reinforced concrete

THANK YOU