Staal versus hout versus beton

Structurele engineering is afhankelijk van de kennis van bouwmaterialen en hun overeenkomstige eigenschappen, zodat we het gedrag van verschillende materialen beter kunnen voorspellen wanneer ze op de constructie worden toegepast. Over het algemeen, de boom (3) Staal versus hout versus beton, beton en hout / hout. Het kennen van de voor- en nadelen van elk materiaal is belangrijk om een veilige en kosteneffectieve benadering van het ontwerpen van constructies te garanderen. Staal versus hout versus beton!

Constructiestaal

Staal is een legering die voornamelijk uit ijzer en koolstof bestaat. Andere elementen worden ook in de legering gemengd om andere eigenschappen te verkrijgen. Een voorbeeld is de toevoeging van chroom en nikkel om roestvrij staal te maken. Het verhogen van de koolstof in staal heeft het beoogde effect van het vergroten van de treksterkte van het materiaal. Door het koolstofgehalte te verhogen, wordt het staal brozer, wat ongewenst is voor constructiestaal.

Voordelen van constructiestaal

Staal heeft een hoge sterkte / gewichtsverhouding. Dus, het eigen gewicht van stalen structuren is relatief klein. Deze eigenschap maakt staal een zeer aantrekkelijk constructiemateriaal voor hoogbouw, bruggen met lange overspanningen, constructies die zich bevinden op grond met een laag bodembedrag en in gebieden met hoge seismische activiteit.
Vervormbaarheid. Staal kan grote plastische vervorming ondergaan voordat het bezwijkt, waardoor een grote reservesterkte wordt geboden.
Voorspelbare materiaaleigenschappen. Eigenschappen van staal zijn met een hoge mate van zekerheid te voorspellen. Staal vertoont namelijk elastisch gedrag tot een relatief hoog en doorgaans goed gedefinieerd spanningsniveau. In tegenstelling tot gewapend beton, staaleigenschappen veranderen niet aanzienlijk met de tijd.
Snelheid van erectie. Stalen leden worden eenvoudig op de constructie gemonteerd, wat zorgt voor een zeer korte bouwtijd. Dit resulteert normaal gesproken in een snellere economische uitbetaling op gebieden zoals arbeidskosten.
Gemakkelijk te repareren. Staalconstructies in het algemeen kunnen snel en eenvoudig worden gerepareerd.
Aanpassing van prefabricage. Staal is uitermate geschikt voor prefabricage en massaproductie.
Herhaaldelijk gebruik. Staal kan worden hergebruikt nadat een constructie is gedemonteerd.
Bestaande structuren uitbreiden. Stalen gebouwen kunnen eenvoudig worden uitgebreid door nieuwe traveeën of vleugels toe te voegen. Stalen bruggen mogen worden verbreed.
Vermoeidheidssterkte. Staalconstructies hebben een relatief goede vermoeiingssterkte.

Nadelen van constructiestaal

Algemene kosten. Staal is zeer energie-intensief en natuurlijk duurder om te produceren. Staalconstructies zijn mogelijk duurder om te bouwen dan andere soorten constructies.
Brandwerend. De sterkte van staal wordt aanzienlijk verminderd bij verhitting op temperaturen die gewoonlijk worden waargenomen bij bouwbranden. Staal geleidt en transporteert ook vrij snel warmte van een brandend deel van het gebouw. bijgevolg, stalen kozijnen in gebouwen moeten voldoende brandwerend zijn.
Onderhoud. Staal dat aan de omgeving wordt blootgesteld, kan het materiaal beschadigen en zelfs de constructie vervuilen door corrosie. Staalconstructies blootgesteld aan lucht en water, zoals bruggen en torens, worden regelmatig geverfd. Toepassing van verwerings- en corrosiebestendige staalsoorten kan dit probleem oplossen.
Gevoeligheid voor knikken. Vanwege de hoge sterkte / gewichtsverhouding, stalen compressie-elementen zijn, in het algemeen, slanker en daardoor gevoeliger voor knikken dan, zeggen, gewapende betonnen drukelementen. Als gevolg, er zijn meer ontwerpoverwegingen nodig om de knikweerstand van slanke stalen drukelementen te verbeteren.

Figuur 1. Overzicht van constructiestaalwerk

Gewapend beton

Beton is een mengsel van water, cement en aggregaten. De verhouding van de drie hoofdcomponenten is belangrijk om een betonmix met de gewenste druksterkte te creëren. Bij wapeningsstaal worden staven in beton toegevoegd, de twee materialen werken samen met beton voor de druksterkte en staal voor de treksterkte.

Voordelen van gewapend beton

Druksterkte. Gewapend beton heeft een hoge druksterkte in vergelijking met andere bouwmaterialen.
Treksterkte. Door de voorziene versteviging, gewapend beton is ook bestand tegen een goede hoeveelheid trekspanning.
Vuurbestendig. Beton heeft een goed vermogen om wapeningsstaven voor langere tijd tegen brand te beschermen. Hiermee wordt tijd gewonnen voor de wapeningsstaven totdat de brand is gedoofd.
Lokaal geproduceerde materialen. De meeste materialen die nodig zijn om beton te produceren, zijn gemakkelijk lokaal te verkrijgen, waardoor beton een populaire en kosteneffectieve keuze is.
Duurzaamheid. Het bouwsysteem van gewapend beton is duurzamer dan elk ander bouwsysteem.
Vormbaarheid. Gewapend beton, als een vloeibaar materiaal in het begin, kan economisch in een bijna grenzeloze reeks vormen worden gegoten.
Laag onderhoud. Gewapend beton is ontworpen om robuust te zijn, het gebruik van laagwaardige materialen zoals zand en water die geen uitgebreid onderhoud vergen. Het beton is bedoeld om de wapening volledig te omsluiten, zodat de wapening ongestoord blijft. Dit maakt de onderhoudskosten voor constructies van gewapend beton erg laag.
In structuur als fundering, dammen, pieren enz. gewapend beton is het meest economische constructiemateriaal.
Stijfheid. Het werkt als een stijf element met minimale doorbuiging. Een minimale doorbuiging is goed voor de bruikbaarheid van gebouwen.
Gebruikers vriendelijkheid. Vergeleken met het gebruik van staal in de constructie, Bij de constructie van constructies van gewapend beton kunnen minder geschoolde arbeidskrachten worden ingezet.

Nadelen van gewapend beton

Lange termijn opslag. Beton kan niet worden opgeslagen als het eenmaal is gemengd, omdat het cement reageert met water en het mengsel hard wordt. De belangrijkste ingrediënten moeten apart worden bewaard.
Uithardingstijd. Beton heeft een uithardingsperiode van dertig dagen. Deze factor heeft grote invloed op het bouwschema van het gebouw. Dit maakt de bouwsnelheid van ter plaatse gestort beton langzamer dan staal, echter, dit kan sterk verbeterd worden door het gebruik van prefab beton.
Kosten van formulieren. De kosten van de formulieren die worden gebruikt voor het gieten van RC zijn relatief hoger.
Grotere doorsnede. Voor een gebouw met meerdere verdiepingen het kolomgedeelte van gewapend beton (RCC) is groter dan staalprofiel aangezien de druksterkte lager is in het geval van RCC.
Krimp. Krimp veroorzaakt scheurvorming en sterkteverlies.

Figuur 2. Een typisch voorbeeld van een gewapend beton

Hout

Hout is een organisch, hygroscopisch en anisotroop materiaal. Het is thermisch, akoestisch, elektrisch, mechanisch, esthetisch, werken, enzovoort. woningen zijn zeer geschikt om te gebruiken het is mogelijk om alleen een comfortabel huis te bouwen houten producten. Met andere materialen, het is bijna onmogelijk. Hout is duidelijk zowel een gebruikelijke als een historische keuze als bouwtechnisch materiaal. Echter, in de afgelopen decennia, er is een verschuiving opgetreden van hout ten gunste van technische producten of metalen zoals aluminium.

Voordelen van hout

Treksterkte. Omdat het een relatief lichtgewicht bouwmateriaal is, hout presteert beter dan zelfs staal als het gaat om breeklengte (of zelfondersteunende lengte). Simpel gezegd, het kan zijn eigen gewicht beter dragen, waardoor grotere ruimtes en minder noodzakelijke ondersteuningen in sommige gebouwontwerpen mogelijk zijn.
Elektrische en hittebestendigheid. Het heeft een natuurlijke weerstand tegen elektrische geleiding wanneer het wordt gedroogd tot een standaard vochtgehalte (MC) niveaus, meestal tussen 7%-12% voor de meeste houtsoorten. De sterkte en afmetingen worden ook niet significant beïnvloed door warmte, het bieden van stabiliteit aan het voltooide gebouw en zelfs veiligheidsimplicaties voor bepaalde brandsituaties.
Geluidsabsorptie. Zijn akoestische eigenschappen maken het ideaal voor het minimaliseren van echo in woon- of kantoorruimtes. Hout absorbeert geluid, in plaats van het te reflecteren of te versterken, en kan het geluidsniveau aanzienlijk helpen verlagen voor extra comfort.
Lokaal geproduceerd. Hout is een bouwmateriaal dat kan worden verbouwd en opnieuw kan worden gekweekt door middel van natuurlijke processen en ook door middel van herbeplanting en bosbeheerprogramma's. Selecteer oogst en andere praktijken zorgen ervoor dat de groei door kan gaan terwijl grotere bomen worden geoogst.
Milieuvriendelijk. Een van de grootste uitdagingen van veel bouwmaterialen, inclusief beton, metaal, en kunststoffen, is dat wanneer ze worden weggegooid, ze hebben een onmogelijk lange tijd nodig om te ontbinden. Bij blootstelling aan natuurlijke klimaatomstandigheden, hout zal veel sneller afbreken en de grond in het proces zelfs aanvullen.

Nadelen van hout

Krimp en zwelling van hout is een van de belangrijkste nadelen.

Hout is een hygroscopisch materiaal. Dit betekent dat het omringende condenseerbare dampen absorbeert en vocht verliest aan lucht onder het vezelverzadigingspunt. Een ander nadeel is de achteruitgang. De middelen die de achteruitgang en vernietiging van hout veroorzaken, vallen in twee categorieën: Biotisch (biologisch) en abiotisch (niet biologisch). Biotische agentia zijn onder meer bederf en schimmels, bacteriën en insecten. Abiotische middelen zijn onder meer de zon, wind, water, bepaalde chemicaliën en vuur.

Figuur 3. Een houten / houten frame

Overzicht

Om staal beter te omschrijven, beton en hout. Laten we hun belangrijkste kenmerken samenvatten die elk materiaal zouden benadrukken.

Staal is zeer sterk in zowel trek als druk en heeft daarom hoge druk- en treksterkte. Staal heeft een ultieme sterkte van ongeveer 400 naar 500 MPa (58 - 72.5 KSI). Het is ook een ductiel materiaal dat meegeeft of afbuigt voordat het faalt. Staal onderscheidt zich door zijn snelheid en efficiëntie in de constructie. Het relatief lichte gewicht en de eenvoudige constructie zorgen voor een personeelsbestand 10 naar 20% kleiner in vergelijking met een vergelijkbare constructie op betonbasis die wordt gebouwd. Staalconstructies hebben ook een uitstekende duurzaamheid.

Beton is extreem sterk in compressie en heeft daarom een hoge druksterkte van ongeveer 17 MPa tot 28 MPa. Met hogere sterktes tot of met meer 70 MPa. Beton maakt het mogelijk om zeer robuuste en duurzame gebouwen te ontwerpen, en profiteren van de thermische massa door het binnen de gebouwschil te houden, kan helpen bij het reguleren van de binnentemperatuur. Ook in de bouwsector wordt steeds meer gebruik gemaakt van prefabbeton, wat voordelen biedt in termen van milieu-impact, kosten en bouwsnelheid.

Hout is bestand tegen elektrische stromen, waardoor het een optimaal materiaal is voor elektrische isolatie. Treksterkte is ook een van de belangrijkste redenen om voor hout als bouwmateriaal te kiezen; zijn opmerkelijk sterke eigenschappen maken het de perfecte keuze voor zware bouwmaterialen zoals structurele balken. Hout is veel lichter in volume dan zowel beton als staal, het is gemakkelijk om mee te werken en zeer aanpasbaar op locatie. Het is duurzaam, resulteert in minder koudebruggen dan zijn tegenhangers en integreert gemakkelijk geprefabriceerde elementen. De structurele prestaties zijn zeer hoog en de druksterkte is vergelijkbaar met die van beton. Ondanks dit alles, hout wordt op grotere schaal gebruikt voor woningen en laagbouw. Het wordt zelden gebruikt als het belangrijkste materiaal voor hoogbouwconstructies.

Dit zijn de meest voorkomende bouwmaterialen die worden gebruikt voor het bouwen. Elk materiaal heeft zijn eigen unieke voor- en nadelen. Uiteindelijk kunnen deze worden vervangen door materialen die zeer weinig tot geen beperkingen hebben met de technologische vooruitgang in de toekomst. Hoe dan ook, onze huidige bouwmaterialen zullen nog vele decennia relevant blijven.