Table Of ContentEsben J. Thrane Jon M. Huslid
KONSTRUKSJONER
I STÅL
Innføring i NS 3472 Stålkonstruksjoner
4. utgave
H Nasjonalbiblioteket
Depotbiblioteket
TAPIR
© TAPIR
Uten skriftlig tillatelse er det ikke tillatt å kopiere
eller mangfoldiggjøre dette skrift, eller deler av
det, ifølge lov av 12. mai 1961 om opphavsrett til
åndsverk.
Første utgave 1973
Andre utgave 1975
Tredje utgave 1979
» » nytt oppi. 1981
Fjerde utgave 1985
» » nytt oppi. 1988
Trykk: Wennbergs Trykkeri A/S
Bind: Julius Maske A/S
Papir: G-print 90 gr.
Omslag: Leif Gaustad
ISBN 82-519-0677-6
FORORD
,, Konstruksjoner i stål” er en revidert utgave av „Konstruksjoner 7 stål og
aluminium”. Revisjonen var nødvendig fordi NS 3472 er kommet i ny
og endret utgave. Aluminium er tatt ut fordi det er kommet en egen bok
om aluminiumkonstruksjoner.
Boken søker å angi hvordan NS 3472 skal anvendes. Den forklarer i liten
grad bakgrunnen for de enkelte bestemmelser. Boken inneholder mange
eksempler. Den vil kunne anvendes i undervisningen. Den nye NS 3472
innfører f som tegn for spenningen o. Overgangen er ikke konsekvent.
Denne "forvirring” gjenspeiles i boken.
En del av det nye stoff som er kommet med i den nye utgave, skyldes
oppfordringer, særlig fra lærere ved våre ingeniørhøgskoler.
Juni 1985.
Jon Huslid
Esben Thrane
INNHOLD
¥ 1. Generelt..............................................................................................................................
1.1 Hvorfor stålkonstruksjoner?....................................................................................
1.2 Stålkonstruksjoner i faglig sammenheng..................................................................
1.3 Norske standarder og forskrifter vedrørende stålkonstruksjoner...........................
4 2. Konstruksjonslære..............................................................................................................
2.1 Teknisk-økonomisk beslutningsprosess..................................................................
2.2 Valg av system..........................................................................................................
2.3 Detaljutforming og relativpriser...............................................................................
2.4 Omkostninger.............................................................................................................
* 3. Materialer...........................................................................................................................
3.1 Stålmaterialer til ålment bruk..................................................................................
3.2 Stålmaterialer til spesielt bruk.................................................................................
55
4. Sikkerhet, belastninger og materialpåkjenning.............................................
55
4.1 Hva er sikkerhet?...................................................................................
59
4.2 Belastninger og lastkoeffisienter.........................................................
59
4.3 Materialer og materialkoeffisienter...................................................
61
4.4 Elastiske og plastiske beregningsmetoder.........................................
64
4.5 Eksempler........................................................................ ..................
67
4.6 Konstruktive forutsetninger for bruk av plastiske beregningsmetoder
71
* 5. Forbindelsesmidler........................................................................
71
5.1 Generelt................................................................................
71
5.2 Avskjæringsforbindelser.......................................................
80
5.3 Eksempler på beregning av nagle- og svartskrueforbindelser
86
5.4 Friksjonsforbindelser...........................................................
96
5.5 Sveiste forbindelser..............................................................
109
5.6 Limte forbindelser................................................................
111
5.7 Eksempler på sveiste forbindelser........................................
121
6. Skrudde og sveiste fagverksknutepunkt..........................
121
6.1 Fagverksknutepunkt utført med nagler og skruer. .
121
6.2 Beregning av knuteplater ved skrudde forbindelser.
125
6.3 Sveiste fagverksknutepunkt......................................
126
6.4 Eksentrisk innføring av stavkrefter.........................
129
7. Knekning av staver...................................................................................................
a
129
7.1 Knekning og den matematiske formulering..................................................
135
7.2 De forskjellige knekningstilfellene................................................................
137
7.3 Bøyningsknekning ved sentrisk trykk.........................................................
143
7.4 Bøyningsknekning ved aksialkraft og moment om den svake akse.............
7.5 Bøyningsknekning ved aksialkraft og moment om den sterke akse og med
149
styrt knekning om den sterke akse..............................................................
7.6 Bøyningsknekning ved aksialkraft og moment om den sterke akse ved
knekning som ikke blir styrt....................................................................... 151
7.7. Bøyningsknekning ved aksialkraft og moment om begge akser ved knekning
som ikke blir styrt.......................................................... ^57
7.8 Torsjonsknekning.................................................................... igo
7.9 Knekning av sammensatte staver..................................................................... 162
7.10 Knekklengder og slankheter...................................................................... Igg
7.11 Avstagning mot vipping og knekning.................................................................. 171
* 8. Vipping av bjelker eller søyler....................................................................... 175
8.1 Generelt........................................................................ 175
8.2 Forenklet vippingsberegning........................................................................ 178
8.3 Normal vippingsberegning.......................................................................... 181
8.4 Momentet Mx ved vipping............................................................................... 186
8.5 Vipping ved enkeltsymmetriske tverrsnitt............................................................... 187
8.6 Avstagning mot vipping.......................................................................... 190
A 9. Knekning av plater.................................................................................... 191
9.1 Generelt............................................................................. 191
9.2 Kristiske spenninger for plater.............................................................. 192
9.3 Plateknekking etter elastisitetsteorien......................................................................200
9.4 Etterkritisk bæreevne...................................................................... 201
9.5 Beregning av effektiv bredde ved aksial- eller momentbelastning.............................202
9.6 Innføring av punktlast uten stivere................................................................. 206
9.7 Knekking av platefelt med stivere................................................................... 208
9.8 Eksempler..................................................................... 211
*10. Knekning av rammer................................................................................. 219
10.1 Generelt. Beregning av knekklengder..................................................................... 219
10.2 Eksempel.......................................................................... 221
*11. Utmattingspåkjente konstruksjoner........................................................................ 225
V<0r4 11-1 Generelt.................................................................................... ' ' 225
11 -2 Utmattende belastning...................................................................... 226
J 11.3 Konstruktive detaljer.............................................................................. 234
11.4 Fleraksete spenningstilstander.............................................................. 235
12. Korrosjonsbeskyttelse.................................................................. 237
12.1 Korrosjonsmekanismer................................................................ 237
12.2 Rensing og renhetsgrad av ståloverflaten.................................................................238
12.3 Grunning................................................................ 242
12.4 Grunnmalinger.......................................................................... 242
12.5 Dekkmalinger........................................................................ 243
12.6 Malingsmengder........................................................................ 244
12.7 Metallisk overflatebeskyttelse................................................................ 244
12.8 Kunststoffer og korrosjonsbeskyttelse av tynne plater............................................245
12.9 Økonomi og overflatebeskyttelse...................................................... 245
12.10 Rusttrege stål..................................................................... 246
12.11 Konstruktiv rustbeskyttelse........................................................ 247
13. Kontroll...............................................................................................................................249
13.1 Kontrollens oppgaver..................................................................................................249
13.2 Kontrollmetoder, ikke destruktive............................................................................249
13.3 Feil i sveiste forbindelser.............................................................................................252
13.4 Betydning av sveisefeil...............................................................................................255
13.5 Kontrollbestemmelser i NS 3472 ............................................................................. 255
13.6 Organisasjon av kontroll.............................................................................................257
14. Utvalgte beregnings- og konstruksjonseksempler...............................................................259
14.1 Vektoranvendelse ved beregning av forbindelser......................................................259
14.2 Anvendelse av plastisitetsteori ved beregning av skrueforbindelser..........................260
14.3 Ramme i stål..............................................................................................................263
14.4 Konsoll........................................................................................................................267
14.5 Beregning av søylefot..................................................................................................271
15. Feil og uklarheter i NS 3472. Kjent pr. 1. mai 1985..........................................................279
Symbolliste..........................................................................................................................281
Litteraturliste........................................................................................................................281
1. GENERELT
11. HVORFOR STÅLKONSTRUKSJONER?
Valget av konstruksjonsmateriale skal gi en optimal løsning. Hva er så en optimal løsning?
Forenklet kan det påstås at en optimal løsning gir den største bruksverdi i forhold til
omkostningene.
Omkomstningene ved å bruke en konstruksjon er en funksjon av konstruksjonens
innkjøpspris og driftsomkostninger. Hvis byggeren skal bruke konstruksjonen selv forblir dette
en firmaintern sak. Hvis konstruksjonen lages med formål utleie, kan såkalt profittmaksimering
være det økonomiske dimensjoneringskriterium. Dette vil si hvor hensiktsmessig, prestisje-
messig, etc., skal konstruksjonen utføres for at forholdet mellom kapital og avkastning
(leieinntekter) blir optimalt.
Profittmaksimeringsmotivet bestemmer særlig en del av de bygningstekniske løsninger, men
faller vel utenfor rammen av normale konstruksjonsforelesninger.
Konstruktørens oppgave er normalt å fremme løsninger som gir en balanse mellom
konstruksjonens innkjøpspris og driftsomkostninger, se Fig. 1.1. Valget av materialet inngår
bare som en liten del i større systemløsninger. Prisforskjellen mellom to hovedbærestammer i et
bygg er helt sekundær i forhold til hvilke valg som treffes vedrørende for eks. vegger, VVS og
EL.
I fremstillingsprosessen har konstruktøren hovedansvaret for å fremme et helhetssyn. Det er
hans oppgave hvis han er bygningsmann ved hjelp av konsulenter på alle andre spesialområder
som VVS, EL, rengjøring og annet å fremme den beste totalløsning. For større kontorbygg for
eks. vil antagelig i dag den riktigste løsningsvei være å bestemme kontorplan, VVS- og
EL-system og så gi dette en bygningsteknisk bærekonstruksjon. Den vanlige praksis hittil, å
konstruere en bærekonstruksjon hvori det derpå skal plasseres VVS- og EL-installasjoner, må
ansees som uhensiktsmessig.
Ved beregning, konstruksjon og utførelse vil konstruktøren måtte ta hensyn til lover,
forskrifter, standarder, klassifikasjonsregler, beregningsregler o.l.
Ved bygningskonstruksjoner kommer Byggeforskriftene særlig inn gjennom sine krav til
brannsikkerhet og isolasjon. Norsk Standard kommer inn ved valg av størrelse, mål, dimensjoner
slik at disse passer til de standardiserte industriprodukter.
Konstruksjons- og beregningsregler vedkommer i hovedsak konsulentene og utførende
verksted eller entreprenør.
Ved valg av materiale, profiltyper og visse bygningselementer er det viktig at disse er
tilgjengelige innenfor den forutsatte byggetid og til en rimelig pris. Dette fastlegges ved
forespørsel til leverandør (grossist).
Forsikringen vil for metallkonstruksjoner som kan bli utsatt for brann i mange tilfeller gi
høye kapitaliserte driftsutgifter. Ved prosjektering av bygningskonstruksjoner hvor Byggefor
skriftenes branntekniske krav er små, vil forsikringspremien ofte bestemme materialvalget.
Vedlikeholdet belastes ofte stålkonstruksjoner relativt hårdt fordi korrosjon og rust er et
fryktet fenomen. Omkostningene ved korrosjonsbeskyttelse er i dag kjent og kan nøyaktig tas
med i en kalkyle. Riktig korrosjonsbeskyttelse er ikke dyrt. Vedlikeholdsproblemet eksisterer
også ved andre materialer som for eks. betong og tre.
De enkelte konstruksjonsdelene utgjør ulike omkostningsandeler ved forskjellige konstruk
sjoner. Ved bygg overvurderes prisandelen av den bærende stamme og ytterveggandelen
undervurderes. VVS-anlegget viseren stadig økende andel. Se tabell 1.1. for diverse eksempler.
- 2 -
BYGGHERRE
BYGGEFORSKRIFTENE
ARKITEKT
NORSK STANDARD
KONSTRUKSJONSREGLER
KONSULENTER STÅLVERK
BEREGNINGSREGLER
BYGG ?
GROSSIST
ELEKTRO?
VVS?
ENTREPENOR FORSIKRING
VERKSTED VEDLIKEHOLD
‘INNKJØPSPRIS” KAPITALISERTE
KONSTRUKSJON DRIFTSUTGIFTER
___ 4______
TOTALE OMKOSTNINGER VED KJOP OG BRUK
AV FERDIG KONSTRUKSJON (*SALG)
Fig. 1.1 Fremstillingsprosessen for en bygningskonstruksjon
Tabell 1.1: Kostnadsandeler div. stålbygg i prosent.
A B C D
Fundamentering 2 5 2 2
Bærende og stabiliserende:
Søyler 1 1 8 8
Hovedbjelker 4 6 8
Bjelkelag + trapp 8 12
Avstivningsforband 2 1 3 6
Gulv (ikke stål) 36 38
Yttervegger 13 12 27 15
Taket:
Takåser 5 10
Takkledning 19 13
Komplettering
(innevegger, etc.) 23 33
VVS 34 17
EL 13 13
A: Kontorbygg 9. etg. (London)
B: Kontorbygg i flere etasjer (svensk)
C: Isolert verkstedshall med setningsikkert gulv
D: Uisolert verkstedshall med gulv på terreng.
