Objectives References - Trent Global · Lecture Topic 1 Itdti&St lF Course Outline Introduction...

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15/3/2016 1 AD01CTS AD01CTS ‐ ADVANCED CONSTRUCTION ADVANCED CONSTRUCTION TECHNOLOGY AND SERVICES TECHNOLOGY AND SERVICES TECHNOLOGY AND SERVICES TECHNOLOGY AND SERVICES Alfrendo Satyanaga Lecture Topic 1 It d ti & St lF Course Outline Course Outline 1 Introduction & SteelFrame 2 Concrete Frame 3 Precast Concrete in Buildings 4 Service Integration 5 Refurbishment of Buildings 6 Sustainable Building – Part 1 7 Sustainable Building – Part 2 Exam preparation Class schedule: Tuesday – 7 pm and Thursday – 7 pm Objectives Objectives Construction techniques for different building structures Service installation and service integration Refurbishment technologies Sustainability in construction of building References References

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AD01CTS AD01CTS ‐‐ADVANCED CONSTRUCTION ADVANCED CONSTRUCTION TECHNOLOGY AND SERVICESTECHNOLOGY AND SERVICESTECHNOLOGY AND SERVICES TECHNOLOGY AND SERVICES 

Alfrendo Satyanaga

Lecture Topic1 I t d ti & St l F

Course OutlineCourse Outline

1 Introduction & Steel Frame2 Concrete Frame3 Precast Concrete in Buildings4 Service Integration5 Refurbishment of Buildings 5 e u b s e t o u d gs6 Sustainable Building – Part 17 Sustainable Building – Part 2

Exam preparationClass schedule: Tuesday – 7 pm and Thursday – 7 pm

ObjectivesObjectives

• Construction techniques for different building structures

• Service installation and service integration

• Refurbishment technologies• Sustainability in construction of building 

ReferencesReferences

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AssessmentAssessment

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

• Passing criteria: 50 %Passing criteria: 50 %

Construction TechnologyConstruction 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 f ilit t th t tifacilitate the construction process 

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

Construction TechnologyConstruction Technology

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

Selection of MaterialsSelection of Materials

• The availability of materials and labourC t• Cost

• Speed of construction• Ability to standardize• Size and nature of site• Performance of requirements, i.e. fire resistance, q , ,sustainability

• The arrangement of frame• Type of floor system

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Structural Elements & FramesStructural Elements & Frames Materials used in ConstructionMaterials 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 ResourcesMaterial Information Resources

• American Society for Testing and MaterialsAmerican Society for Testing and Materials 

(ASTM)

• American National Standards Institute (ANSI)

• British Standards Institution (BSI)• British Standards Institution (BSI)

• Singapore Standards (SS)

International Classification for StandardsInternational Classification for Standards

• International classification for standardsInternational classification for standards 

(ICS) used in the Singapore Standards 

catalogue:

• 91 – Construction Materials & Building91  Construction Materials & Building

• 93 – Civil Engineering

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Regulation InvolvedRegulation Involved

• Qualified Person (QP) who is a ProfessionalEngineer (PE) in civil & structural orEngineer (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 Lecture 1 –– Steel FrameSteel Frame

SteelSteel

• A building material that has been extensively used

in various structures in Singapore.

• Synonymous with modern architecture.

Advantages of Steel as a Structural Advantages of Steel as a Structural MaterialMaterial

• 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

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Advantages of Steel as a Structural Advantages of Steel as a Structural MaterialMaterial

• 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 Disadvantages of Steel as a Structural MaterialMaterial

• 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 MaterialUses of Structural Steel Material

Speed of construction

• Less labour instensive

• Cleaner work site

• Economy y

•Allow design flexibility due to excellent strength 

and predictable behavoir under loading

Factors on Selection of Structural Steel Factors on Selection of Structural Steel 

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

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

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

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Various Steel ProductsVarious Steel Products Factors Influencing Design of SteelFactors Influencing Design of Steel

• The spans involved

• The vertical loading

• The horizontal loading

• The service loading

• The ground conditions

Categories of Steel Building ConstructionCategories 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 & ErectionFabrication & 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

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Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Structural steel 

members are erected, 

braced, and secured 

together to create a 

structural framework.

Structural Steel ConstructionStructural 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 ConstructionStructural Steel Construction

In long span 

construction, long 

distances are spanned 

with built‐up structural 

steel girders and 

trusses.

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

In wall bearing 

construction, 

horizontal steel beams 

and joists are 

supported by other 

construction materials 

such as masonry.

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Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Pre‐engineered metal 

buildings consist of 

prefabricated structural 

steel members 

including beams, 

columns, girts, and 

trusses.

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Various types and grades of steel are used in 

l lstructural steel construction.

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

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Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

.

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Tie rods are used to brace across long distances

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

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Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Long Span Structures For large building services For large building services

Troja bridge in Prague

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Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Modular  / Volumetric Construction Constructed in factory Constructed in factory Using light steel section

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

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Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Gas welding:h l h ldi i ill 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 be

h d d h d i h h flpreheated and post heated with the flame toreduce the cooling rate and, thus, avoid theformation of brittle martensite.

Structural Steel ConstructionStructural 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 ConstructionStructural Steel Construction

Arc weldingl d d ld d d Bare electrode wire and welding rods or coated 

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Details provide information regarding welded connectionsconnections.

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Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

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

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Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

End plate beam to column connectiond l i h i l l d d Endplate connections have a single plate weded

to the end of the beam which is bolted to the column using two or more bolts arranged in pairs.

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Haunch beam to column connectionhi h f For high moment transfer

Increase the effective depth of the section Using multiple pairs of bolts through endplate Common in portal frame

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Endplate beam to beam connectionl d l b l Similar to endplate beam to column 

connection, but the incoming beam must be notched

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Pinned tube connectionh d b f l d d ld d b l d The end tube is profiled and welded or bolted using simple fin plates

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Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Column base connectioni b l i h Casting bolts into the 

concrete

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

QuiconTM connectioni i l li i h d f Using special connector to eliminate the need for 

onsite bolting

Structural Steel ConstructionStructural Steel Construction

Steel to concrete connectionl b k Using steel bracket

CladdingCladding

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

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CladdingCladding

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 CladdingRequirement 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

CladdingCladding

Strongback System

Sub‐frame that supports thin cladding panels

Materials: stone, coated stell and stainless steel

CladdingCladding

Integral Panels

From concrete

Able to support own weight and resist wind 

load without additional frame

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CladdingCladding

Stick System

Consists of vertical and 

horizontal members to 

form a grid

To restrain solid panel To restrain solid panel 

or glass

CladdingCladding

Brick

Attach to steel using shelf angles fitted to the 

slab edge

CladdingCladding

Light steel cladding

Build up system with liner sheet

Build up system with liner trays

Composite panel system

CladdingCladding

Bolted glazing system

Sophisticated bolted glazing system where 

glass panel can be attached to steel without 

additional frame

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Fire ProtectionFire Protection

Intumescent Coating

Brush or spray into steel

Fire ProtectionFire Protection

Board System

Forming rectangular encasements around steel 

member (i.e internal beam and column)

Fire ProtectionFire Protection

Sprayed Materials

Using cementitious materials and applied onto 

surface of steel

Fire ProtectionFire Protection

Concrete Filled Structural Hollow Sections

Structural hollow section can be fire protected 

by filling with reinforced concrete

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Tutorial QuestionsTutorial Questions

1. Steel has been extensively used as materials for major 

constructions in Singapore. What are advantages and 

disadvantages of steel as structural materials? There 

are certain requirements must be fulfilled in designing 

steel structure. Describe several factors affecting the g

structural design using steel.

Tutorial QuestionsTutorial Questions

2. Two types of steel are commonly used in 

construction, i.e. mild steel and high strength steel. 

Describe the differences between mild steel and 

high strength steel with respect to properties and 

their usage in construction. g

Tutorial QuestionsTutorial Questions

3. Steel can be manufactured through different process. 

State 5 various types of steel products. Since steel is 

flexible and ductile, it can be formed into different 

shapes. State 5 different steel shapes that are 

commonly used in construction.y

Tutorial QuestionsTutorial Questions

4. Steel frame is used as beam or column and it can be 

connected easily between steel materials or between 

steel and other materials in construction process. 

Describe 4 different type of connections either 

between steel to steel or between steel to other 

materials.

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Tutorial QuestionsTutorial Questions

5. Cladding is one important aspect that need to be 

considered when using steel as structural materials. 

What is cladding? Explain at least 4 different type of 

cladding.

Tutorial QuestionsTutorial Questions

6. Steel can be easily brittle due to fire attack. 

Therefore, fire protection is key aspect that need to 

fulfill upon completion of construction using steel 

frame. Explain 4 different methods for steel against 

fire hazard.

THANK YOU