Top Banner
Constructing Environments: A01 Final Logbook ENVS10003 Juhyun Son 354978
57
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Juhyun son 354978a01 final submition part1

Constructing  Environments:  A01  -­‐  Final  Logbook    ENVS10003  

Juhyun  Son  354978  

     

Page 2: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   2    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   2    

Week1      

Page 3: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   3    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   3    

CONSTRUCTION    The  meaning  of  building  construction  is  the  process  of  preparing;  planning,  design  and  financing.  In  the  first  week,  we  have  studied  about  materials  for  the  construction,  basic  structural  forces,  site  analysis,  load  path  diagrams  and  bluestone  that  often  used  in  construction  in  Melbourne.  Moreover,  we  construct  a  tower  by  using  MDF  (Medium  Density  Fibreboard)  to  understand  the  nature  and  behaviour  of  modular  mass  construction  and  how  loads  can  be  transferred  through  the  compression  structures.    

 Figure  1  Construction  site  

 Figure  2  knowledge  map  of  construction  

Materials-­‐Melbourne’s  bluestone  Bluestone  is  the  material  of  cultural  or  commercial  or  building  stone  varieties.  It  is  often  used  in  Melbourne’s  construction.  Building  stone  of  bluestone  is  basalt  that  can  easily  found  in  volcanoes  around  Melbourne  area.  Basalt  is  used  in  construction  because  it  is  easy  to  find  near  Melbourne,  however,  sandstone  is  normally  used  in  Sydney  and  clay  for  bricks  and  limestone  is  used  in  Perth.  Basalt  is  commonly  dark  colouring,  therefore,  it  makes  city  dark.  

 Figure  3  bluestones  (basalt)  with  bubbles  

 Figure  4  knowledge  map  of  Melbourne's  bluestone  (basalt)  

Page 4: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   4    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   4    

Basic  structural  forces  The  change  in  the  shape  or  movement  of  a  body  can  be  determined  as  a  Force.  Both  magnitude  and  direction  need  to  be  considered  as  a  vector  function  by  an  arrow  whose  length  is  proportional  to  the  magnitude  and  whose  orientation  in  space  represents  the  direction.  In  the  construction,  the  force  can  be  divided  into  tension  forces  and  compression  forces.        

 Figure  5  Force  diagram  

 

 Figure  6  force  diagram  with  description.  

Tension  forces  Tension  force  is  pulling  force.  For  example,  when  a  structural  member  is  pulled  over  by  an  external  load,  it  is  moving  apart  and  undergoes  tension.  It  will  cause  the  extension  on  a  member  depending  on  the  stiffness  of  the  material,  cross  sectional  area,  and  the  magnitude  of  the  load.  Tension  can  be  determined  as  opposite  of  compression.    Tension  force  on  a  structural  member  is  most  often  used  as  it  can  span  large  distances.          

 Figure  7  tension  force  described  by  green  colour  

 

 Figure  8  the  changes  of  member  shape  after  applied  tension  force  

Page 5: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   5    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   5    

Compression  forces  Compression  forces  on  a  structural  member  are  pressed  from  each  end  of  a  member.  It  is  the  opposite  effect  of  a  tension  force  as  mentioned  above.  It  will  cause  the  compaction  of  a  member  and  the  material  will  be  shortened  by  compression  force.  Compression  members  are  commonly  used  in  columns.          

 Figure  9  A  compression  force  is  pushing  outward  along  the  curve  

 Figure  10  the  shape  changes  after  applied  compression  force  

 Load  path  diagram  For  this  part  of  studies,  live  load  is  the  only  one  has  to  be  considered.  Live  load  is  an  applied  load  and  it  has  to  be  considered  how  it  transfers  to  the  ground.  When  an  applied  load  is  placed  on  the  beam,  it  only  transfers  to  the  column  and  reaction  forces  from  the  ground  to  stable  the  structure  will  support  it.    

 Figure  11  Examples  of  the  load  path  diagram  on  a  structure  

 

 Figure  12  Load  path  diagram  of  simple  structure  and  description  

Page 6: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   6    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   6    

Site  analysis  One  of  the  most  important  thing  in  construction  is  site  planning.  It  includes  the  boundaries  of  architecture,  landscape  architecture,  engineering,  real-­‐estate  development,  urban  planning  and  economics.  There  are  several  points  that  significantly  important  for  site  analysis;  location,  neighborhood  context,  site  and  zoning,  legal  elements,  natural  physical  features,  utilities,  human  and  cultural.  Also,  the  climate  is  really  important  issues  in  construction,  therefore,  it  is  considered  well  by  engineer’s  site  analysis.      

 Figure  13  Examples  of  site  analysi  

 Figure  14  Examples  of  site  analysis  2  

Studio  session-­‐Mass  Construction  Tower  (Pavilion)  Build  a  Mass  Construction  Tower  as  high  as  possible  using  the  least  amount  of  MDF.  There  are  two  methods  of  constructing  the  MDF  blocks;  Stack  Bond  and  Stretcher  Bond.  One  of  these  methods  has  to  be  decided  to  construct  a  tower  as  high  as  possible.  Our  group  has  chosen  the  stretcher  bond  method  because  the  force  from  upper  block  can  be  transferred  to  two  different  blocks  that  placed  below.  It  will  make  the  tower  more  stable.  Furthermore,  it  will  prevent  the  collapse  of  the  tower  even  if  we  remove  the  blocks  in  the  middle  of  the  construction.  

 Figure  15  Stretcher  Bond  method    

 Figure  16  how  the  load  transfer  to  the  ground  for  each  structure  method  

Page 7: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   7    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   7    

One  side  of  the  tower  should  be  open  with  the  gate  to  obtain  the  object  the  size  of  17blocks  for  the  height  11  blocks  for  the  width;  however,  our  group  has  decided  to  construct  a  tower  with  one  side  open  from  the  bottom  to  the  top  as  shown  in  figure  17.  Actually,  the  first  designed  tower  was  with  the  gate  at  the  bottom.  But  the  purpose  of  this  workshop  is  to  build  a  tower  as  high  as  possible  with  the  least  amount  of  blocks.  Therefore,  to  obtain  the  object  and  build  a  tower  as  high  as  possible,  the  design  has  been  changed  as  shown  in  following  figures.  Furthermore,  the  rubber  band  which  makes  the  top  of  the  gate  stable  makes  the  tower  unstable  when  it  gets  higher.  

 Figure  17  A  tower  with  whole  side  open  

 Figure  18  original  design  of  our  tower  

The  material  that  we  used  in  this  workshop  is  MDF  (Medium-­‐density  fibreboard).  The  material  is  very  strong  and  much  more  dense  that  particle  board,  therefore,  it  is  often  used  as  a  building  material  similar  in  application  to  plywood.  To  test  the  stability  of  the  tower,  the  blocks  in  the  middle  of  the  tower  had  been  removed.  The  construction  method  was  stretcher  bond;  therefore,  the  tower  was  really  stable  even  if  many  blocks  were  removed  in  the  middle.  (Shown  in  the  following  figures)  

 Figure  19  The  stability  of  the  tower  when  the  blocks  are  removed  in  the  middle

 

Figure  20  Load  path  diagram  shows  the  stability  of  the  tower  by  transffering  the  load  through  the  hole  

Page 8: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   8    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   8    

By  comparing  the  project  with  other  group,  the  tower  that  we  constructed  was  the  highest  and  used  the  least  amount  of  blocks.  Nevertheless,  all  other  groups  had  the  gate  at  the  bottom  or  in  the  middle  of  the  tower.  It  causes  other  groups  to  take  more  time  to  get  higher  towers.  Our  group  has  chosen  not  to  have  a  gate  at  the  front,  but  the  purpose  of  the  constructing  mass  tower  was  to  build  a  tower  as  high  as  possible  by  using  the  least  amount  of  blocks.        

Page 9: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   9    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   9    

Week2        

Page 10: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   10    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   10    

 

Page 11: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   11    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   11    

 

Page 12: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   12    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   12    

 

Page 13: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   13    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   13    

 

Page 14: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   14    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   14    

 

Page 15: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   15    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   15    

Week3      

Page 16: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   16    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   16    

STRUCTURAL  ELEMENT    Structural  Element  is  classified  into  strut,  tie,  beam  and  slab/plates.  Each  element  has  own  distinct characteristics. Firstly, a strut is a slender element design to carry load parallel to its long axis. The load produces compression such as columns. A tie is a slender element design to carry load parallel to its long axis. The load produces tension such as a cable storey bridge.

 Figure  22  compression  and  tension  in  strut  and  tie  

 Figure  23  beam  and  slab  diagrams  in  construction  drawing  

   

A  beam  is  generally  a  horizontal  element  designed  to  carry  vertical  load  using  its  bending  resistance.  The  load  applies  normally  from  the  top  middle  of  the  beam  and  both  end  of  the  beam  supports  it.  The  slab/plate  is  a  wide  horizontal  element  designed  to  carry  vertical  load  in  bending  usually  supported  by  beams.  The  following  diagrams  and  photos  are  presenting  the  beams  and  slabs.    

 Figure  24  Beam  and  slab/plate  force  diagram  

Figure  21  Examples  of  tie  and  strut

Page 17: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   17    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   17    

Foundations  and  Footings  Foundations  are  found  at  the  bottom  of  buildings  where  the  building  meets  the  ground.  The  foundations  are  the  substructures  of  the  building  and  their  function  is  to  safely  transfer  all  loads  acting  on  the  building  structure  to  the  ground.  Where  parts  of  the  substructure  are  located  below  the  ground,  the  foundations  must  also  resist  the  force  of  the  soil  pressing  against  the  foundation  or  retaining  walls.    Settlement:  over  time,  buildings  compress  the  earth  beneath  them  and  the  buildings  tend  to  sink  a  little  into  the  earth.    Footings  and  foundations  should  be  designed  to  ensure  that  this  settlement  occurs  evenly  and  that  the  bearing  capacity  of  the  soil  is  not  exceeded.    Cracking  in  a  building  often  occurs  with  differential  settlement.          

 Figure  25  Foundations  and  Footings  (ching)  

 Figure  26  Foundations  and  footings  reaction  forces  (ching)  

 Figure  27  Foundations  and  Footings  in  construction  site  

         

Page 18: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   18    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   18    

There  are  several  types  of  footings:    Shallow  Footings:  are  used  where  soil  conditions  are  stable  and  where  the  required  soil  bearing  capacity  is  adequate  close  to  the  surface  of  the  ground.  Load  is  transferred  vertically  from  the  foundation  to  the  ground.    Deep  foundations:  are  used  where  soil  conditions  are  unstable  or  where  the  soil  bearing  capacity  is  inadequate.  Load  is  transferred  from  the  foundations,  through  the  unsuitable  soil  and  down  to  levels  where  bed  rock,  stiff  clay,  dense  sand/gravel  is  located.    Pad  Footings:  also  called  isolated  footings,  these  types  of  footings  help  to  spread  a  point  load  over  a  wider  area  of  ground.    Strip  footings:  used  when  loads  from  a  wall  or  a  series  of  column  are  spread  in  a  linear  manner.    Raft  foundation:  sometimes  also  called  a  raft  slab,  this  type  of  foundation  provides  increased  stability  by  joining  

the  individual  strips  together  as  a  single  mat.    

 Figure  28  Different  types  of  footings  (ching)  

           

 Figure  29  Examples  of  footing  (www.sustland.umn.edu)  

                         

Page 19: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   19    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   19    

Deep  foundations  Deep  foundations  can  generally  be  divided  into  two  types:    End  bearing  piles:  extend  the  foundations  down  to  rock  or  soil  that  will  provide  support  for  the  building  loads.    Friction  piles:  rely  on  the  resistance  of  the  surrounding  earth  to  support  the  structure.      Various  methods  and  materials  can  be  used  for  constructing  these  piles,  including:    -­‐  Driving  along  timber,  steel  or  concrete  members  into  the  ground  -­‐  Drilling  into  the  ground  and  then  filling  the  hole  with  concrete  (cages  of  steel  reinforcing  are  of  the  placed  into  the  holes  before  the  holes  are  filled  with  concrete).            

 Figure  30  installations  of  deep  foundations  (ching)  

 Figure  31  Showing  the  installations  of  deep  foundations  (astm.nufu.eu)  

               

Page 20: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   20    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   20    

Retaining  and  foundation  walls    Are  used  when  sites  are  excavated  to  create  basements  or  where  changes  in  site  levels  need  to  be  stabilized.  The  pressure  load  of  the  earth  behind  the  wall  needs  to  be  considered  to  prevent  the  wall  from  overturning.    

 Figure  32  Retaining  walls  in  LA  (www.ultimate-­‐handyman.com)  

 Figure  33  Retaining  and  foundation  walls  (ching)  

 

     

Page 21: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   21    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   21    

Mass  Materials  These  materials  are  stone,  earth,  clay  and  concrete.  Stone  is  a  hard  material  that  resists  abrasion  –  scratching  and  blasting.  Earth  is  compressive  strength.  Clay  is  good  material  for  thermal  mass.  Lastly,  Concrete  is  durable  materials.  Mass  construction  can  be  divided  into  Modular/Non-­‐modular.  Modular:  clay  brick,  mud  brick  (adobe),  concrete  block,  Ashlar  stone.  Non-­‐Modular:  concrete,  rammed  earth,  monolithic  stone  (columns  &  beams)    

 Figure  34  Mass  construction  in  site  (www.eugenef.com)  

   

 Figure  35  knowledge  map  of  mass  construction  

 Masonry  materials  It  refers  to  building  with  units  of  various  natural  or  manufactured  products.  It  is  also  usually  with  the  use  of  mortar  as  a  bonding  agent.  In  the  details  of  masonry  materials,  bond  is  the  pattern  or  arrangement  of  the  units  and  course  is  a  horizontal  row  of  masonry  units.  Joint  is  the  way  units  are  connected  to  each  other.  Lastly  mortar  is  mixture  of  cement  or  lime,  and  water  used  as  a  bonding  agent.  The  properties  of  the  unit  are  to  a  degree  applicable  to  the  built  element.  In  other  words,  the  units  together  act  as  a  monolithic  whole.  

 

 Figure  36  knowledge  map  of  masonry  materials  

 Figure  37  Examples  of  masonry  concrete  joint  (www.sustainableconcrete.org)  

 

Page 22: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   22    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   22    

Geometry  and  Equilibrium  Equilibrium  is  a  state  of  balance  or  rest  resulting  from  the  equal  action  of  opposing  forces.  In  other  words,  as  each  structural  element  is  loaded,  its  supporting  elements  must  react  with  equal  but  opposite  forces.  For  an  object  to  be  in  equilibrium,  any  applied  forces  must  be  resisted  by  equal  and  opposite  forces.  These  forces  are  called  reaction  forces.  In  a  building  structure,  the  reaction  forces  are  developed  in  the  supporting  elements.  

 Figure  38  Equilibrium  diagram  (Ching,  'Building  construction  illustrated',  p2.12  (2008)  

 Figure  39  Example  of  force  equilibrium  

Free  Body  Diagrams  Objects  or  systems  in  equilibrium  can  be  represented  in  diagrammatic  from  called  free  body  diagrams.  Applied  force  and  reaction  forces  should  be  the  same  amount  would  cause  the  equilibrium  of  the  structure.  The  following  diagrams/pictures  will  show  the  equilibrium  and  free  body  diagrams.          

   

 Figure  40  Free  body  diagram  (en.wikiversity.org)  

 Figure  41  Free  body  diagram  in  a  beam  

   

Page 23: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   23    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   23    

Bricks  Bricks  are  very  common  material  in  Australia.  A  standard  size  masonry  unit  made  out  of  clay.  It  proportions  may  vary  slightly  depending  on  types  and  countries  but  it  will  always  be  a  hand  sized  unit.  Clay  bricks  are  manufactured  from  clay  or  shale  that  is  shaped  and  then  hardened  by  a  firing  process.  As  one  of  the  oldest  building  materials  the  uses  are  very  broad.  Main  uses  today  include  walls,  arches  and  paving.  

 Figure  42  3  main  types  of  brick  (e-­‐learning)  

         

 Figure  43  different  bond  patterns  of  bricks  (e-­‐learning)  

 Joints-­‐clay  bricks  Mortar  joints  are  usually  10mm  (vertical  joints  are  called  perpends  and  horizontal  joints  are  called  bed  joints).  There  are  a  range  of  joint  finishing  profiles  that  are  selected  depending  on  the  type  of  brick,  weather  exposure  and  aesthetics.    

 Figure  44  CLAY  BRICKS  (E-­‐LEARNING)  

Properties  of  Bricks  -­‐ Hardness:  med  to  high.  Can  be  

scratched  with  a  metallic  object  -­‐ Fragility:  medium.  Can  be  broken  

with  trowel  -­‐ Ductility:  very  low  ductility  -­‐ Flexibility/  plasticity:  very  low  

flexibility  and  plasticity  -­‐ Porosity/  permeability:  med  to  

low.  Becomes  soaked  only  if  placed  in  prolonged  contact  with  water  

-­‐ Density:  medium.  Approximately  2~2.5  times  more  dense  than  water  

-­‐ Conductivity:  poor  conductors  of  heat  and  electricity  

-­‐ Durability/  life  span:  typically  very  durable  

-­‐ Reusability/  recyclability:  high.  Can  be  re-­‐used  with  no  change  or  crushed  to  be  used  as  recycled  aggregate  

-­‐ Sustainability  &  carbon  footprint:  tends  to  be  locally  produced.  The  firing  process  adds  to  its  carbon  footprint  

-­‐ Cost:  generally  cost  effective  but  required  labour  costs  

Page 24: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   24    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   24    

Concrete  blocks  A  standard  size  masonry  unit  made  out  of  concrete.  There  is  a  large  range  of  sizes  and  proportions  available  in  order  to  suit  different  purposes.  Concrete  blocks  are  manufactured  from  cement,  sand,  gravel  and  water.  The  manufacture  process  involves  mixing,  moulding  and  curing.  

 Figure  45  Concrete  blocks  (e-­‐learning)  

Concrete  blocks  have  several  different  styles  such  as  hollow  and  solid.  It  can  be  classified  as  load-­‐bearing  or  non-­‐load  bearings  are  used.  Load  bearing  block  is  known  as  a  concrete  masonry  unit.      

   Properties  of  concrete  blocks  -­‐ Hardness:  med  to  high.  Can  be  

scratched  with  a  metallic  object  -­‐ Fragility:  medium.  Can  be  broken  

with  trowel  -­‐ Ductility:  very  low  ductility  -­‐ Flexibility/  plasticity:  very  low  

flexibility  and  plasticity  -­‐ Porosity/  permeability:  medium.  

Some  concrete  blocks  are  sealed  to  reduce  the  opportunity  for  water  absorption  

-­‐ Density:  medium.  Approximately  2  to  2.5  times  more  dense  than  water  

-­‐ Conductivity:  poor  conductors  of  heat  and  electricity  

-­‐ Durability/  life  span:  typically  very  durable  

-­‐ Reusability/  recyclability:  medium.  Sometimes  reused  with  no  change  but  more  often  crushed  to  be  used  as  aggregate  in  other  concrete  products  

-­‐ Sustainability&  carbon  footprint:  inclusion  of  recycled  and  waste  products  from  other  processes  is  allowing  a  positive  reduction  in  carbon  footprint  and  increase  in  sustainability  for  many  concrete  products  

-­‐ Cost:  generally  cost  effective  but  labour  penalties  are  often  applied  as  the  larger  format  units  mean  construction  usually  progresses  at  a  faster  rate  

 As  a  result,  concrete  shrinks  over  time  while  clay  bricks  will  expand.                

Figure  46  brick  details  drawing    

Page 25: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   25    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   25    

Activity:  on  site  1. Lot  6  café  The  building  is  supported  by  concrete  column  and  concrete  slabs.  And  the  structure  of  the  building  is  a  solid  structure.  

 Figure  48  Lot  6  café  

   

           

 2. Underground  carpark  &  south  

lawn  Underground  car  park  had  been  designed  by  engineering  practice  and  its  placed  under  south  lawn.  All  the  columns  of  underground  car  park  are  hollow  type  and  it  is  designed  as  water  can  be  drained  through  column.  Also,  there  are  steel  inside  of  the  concrete  column  its  called  In  situ.  The  following  photos  are  showing  the  cracks  on  concrete  columns.  

 

 Figure  49  Concrete  cracks  in  column  

3. Arts  west  centre    

 Figure  50  Arts  west  centre  

 Figure  51  load  transfer  diagram  for  figure  50  

         Figure  47  load  transfer  from  concrete  column  to  I  

beam  

Page 26: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   26    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   26    

   

4. Stairs  on  west  end  of  union  house  It  is  designed  membrane  structure.  It  looks  like  the  wires  are  holding  the  stairs  like  a  cable  storey  bridge.  However,  in  fact,  it  is  not  actually  holding  it.  These  wires  are  for  just  visualization.    

 Figure  52  stairs  

 Figure  53  visual  designed  stairs  with  wire  

5. North  court  Union  house  There  is  a  hole  for  the  water  to  drain.  

 

 Figure  54  northcourt  

 Figure  55  water  drained  diagram  

   

6. Beaurepaire  centre  pool  The  structure  is  visible  for  this  building.  And  the  window  has  a  steel  portal  frame.  There  is  no  resistance  to  lateral  load  like  wind  and  the  brick  walls  are  holding  the  structure  at  the  back.    

   

 Figure  56  window  steel  frame  and  the  brick  wall  

Page 27: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   27    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   27    

 Figure  57  visible  structure  

7. Oval  pavilion  It  will  be  more  discussed  in  the  other  activities.  

 Figure  58  running  the  construction  

8. New  Melbourne  school  of  design  under  construction  New  architecture  building  is  in-­‐situ  steel  and  it  has  two  types  of  governised.  

 Figure  59  New  architecture  building                            

                                                                                                                     

Page 28: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   28    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   28    

Glossary  1. Moment  

-­‐  In  physics,  moment  relates  to  the  perpendicular  distance  from  a  point  to  a  line  or  a  surface,  and  is  derived  from  the  mathematical  concept  of  moments.  It  is  frequently  used  in  combination  with  other  physical  quantities  as  in  moment  of  inertia,  moment  of  force,  moment  of  momentum,  magnetic  moment  and  so  on.  

2. Retaining  wall  -­‐  Retaining  walls  are  structures  designed  to  restrain  soil  to  unnatural  slopes.  They  are  used  to  bound  soils  between  two  different  elevations  often  in  areas  of  terrain  possessing  undesirable  slopes.  

3. Pad  footing  -­‐  This  carries  point  loads  where  the  columns  come  down  and  is  used  a  lot  in  portal  frames.  Piles  can  be  placed  on  problem  sites  under  the  pad.  This  system  allows  the  portal  frame  to  be  put  up  quickly  with  the  slab  able  to  be  placed  after.  

4. Strip  footing  -­‐  This  runs  under  load  bearing  walls,  which  need  supporting  along  their  whole  length.  Strip  footing  would  be  used  for  example  under  precast  concrete  panels.  

5. Slab  on  ground  The  slab  on  the  ground  is  constructed  similar  to  the  stiffened  raft,  however,  it  does  not  require  internal  stiffening  beams  and  can  only  be  constructed  on  class  A  or  class  S  sites.  

6. Substructure  -­‐ The  supporting  part  of  a  

structure;  the  foundation  -­‐ The  earth  bank  or  bed  supporting  

railroad  tracks  -­‐ A  structure  forming  a  foundation  

or  framework  for  a  building  or  other  construction  

     

Page 29: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   29    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   29    

Week4      

Page 30: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   30    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   30    

Span  and  spacing  Span  is  the  distance  measured  between  two  structural  supports.  It  can  be  measured  between  vertical  supports  (horizontal  member)  or  between  horizontal  supports  (vertical  member).  It  is  not  necessarily  the  same  as  the  length  of  a  member.  Spacing  is  the  repeating  distance  between  a  series  of  like  or  similar  elements.  It  is  often  associated  with  supporting  elements  (such  as  beams,  columns  etc.)  and  can  be  measured  horizontally  or  vertically.  Spacing  is  generally  measured  center-­‐line  to  center-­‐line.  

 Figure  60  Span  and  Spacing  in  structure  (nationalvetcontent.edu.au)  

 Figure  61  Span  &  Spacing  in  structure  

Floor  system:  Concrete,  steel  &  timber  Concrete  systems-­‐slabs  of  various  types  are  used  to  span  between  structural  supports.  These  can  be  one-­‐way  or  two-­‐way  spans.  Steel  systems:  Steel  framing  systems  take  various  forms;  with  some  utilising  heavy  gauge  structural  steel  members  &  other  using  light  gauge  steel  framing.  In  many  instances  a  combination  of  member  types  &  materials  are  combined  depending  on  their  structural  function.  Steel  framing  systems  sometimes  combine  with  concrete  slab  systems  to  

where  the  particular  benefits  of  steel  framing  &  shallow  depth  floor  slab  systems  are  desired.  The  spanning  capabilities  of  the  particular  materials  help  to  determine  the  spacing  requirements  of  the  supports.    Timber  systems:  traditional  timber  floor  framing  systems  use  a  combination  of  bearers  (primary  beams)  &  joists  (secondary  beams).  The  span  of  the  bearers  determines  the  spacing  of  the  piers  of  stumps  &  the  spacing  of  the  bearers  equals  the  span  of  the  joists.  

 Figure  62  concrete  floor  slab  (http://www.tn173.com/)  

Page 31: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   31    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   31    

 Figure  63  Steel  framing  system  (  http://www.steelframingsystems.com.au/)  

 Figure  64  Timber  framing  system  (http://steelmax.com.au/)  

   

Concrete:  Component  When  cement  is  mixed  with  water  it  binds  the  sand  and  gravel  aggregates  together  to  make  the  hard,  solid  material  we  call  concrete.  A  common  concrete  mix  is:    

-­‐ Part  cement:  Portland,  Lime  -­‐ Parts  fine  aggregate:  Sand  -­‐ Parts  coarse  aggregate:  Crushed  

rock  -­‐ 0.4-­‐0.5  part  water  

   

 Figure  65  concrete  components  (e-­‐learning)  

     

Concrete:  Provenance  When  the  cement  powder  and  water  are  mixed,  a  chemical  reaction  takes  place  and  heat  is  released.  This  process  is  called  hydration.  During  this  process  crystals  are  formed  that  interlock  and  bind  the  sand,  crushed  rock  and  cement/water  paste  together.  If  too  much  water  is  added  to  the  concrete  mix,  the  final  concrete  will  not  be  strong  enough  (weak).  If  too  little  water  is  added,  the  concrete  mixture  will  be  too  stiff  and  it  will  be  very  difficult  to  work  with  (unworkable).    

 Figure  66  materials  of  cast  concrete  provenance  (  http://www.examiner.com/article/experience-­‐the-­‐nature-­‐of-­‐sculpture-­‐the-­‐nathan-­‐manilow-­‐sculpture-­‐park)  

 

Page 32: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   32    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   32    

Concrete:  Process  One  of  the  great  advantages  of  concrete  is  fluid  and  shapeless  before  it  hardens.  It  can  be  formed  in  to  any  shape  we  desire.  Formwork  is  the  term  used  for  the  temporary  support  or  a  mould  used  to  hold  the  liquid  concrete  in  place  unit  it  becomes  hard.  It  can  be  built  at  the  building  site  as  IN  SITU/  PRE-­‐CAST  with  a  range  of  different  materials  such  as  timber,  metal,  plastic,  form-­‐ply  etc.    Wall  formwork  process:  

-­‐ Spreaders:  keep  formwork  apart  -­‐ Formwork  ties  -­‐ Plywood  sheating  -­‐ Inner  surface  of  panels  leaves  an  

impression  on  concrete  -­‐ Timber  studs  -­‐ Horizontal  walers  reinforce  the  

vertical  members  -­‐ Sill  plate  -­‐ Bracing  

           

 Figure  67  wall  formwork  process  (  ching)  

 During  the  curing  process  the  formwork  needs  to  be  supported  as  the  weight  of  the  wet  concrete  is  very  heavy.  Props  and  bracings  of  various  types  could  be  used  to  achieve.  Concrete  generally  reaches  75%  of  its  compressive  strength  in  approximately  7days  by  testing  for  the  require  strength  causing  28  days.  The  formwork  can  be  removed  carefully  since  the  concrete  is  hardened  and  strong  enough.      

 Figure  68  Examples  of  concrete  (  www.brighthubengineering.com)  

 Figure  69  Concrete  finishes  (e-­‐learning)  

Page 33: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   33    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   33    

Concrete:  Reinforcement  Concrete  is  also  known  as  ‘artificial  stone’.  It  is  showing  that  the  concrete  and  stone  are  the  similar  materials.  It  is  very  strong  in  compression  but  it  is  weak  in  tension.  To  improve  tension  forces,  steel  reinforcement  is  required  in  the  form  of  mesh  or  bars.    Properties  of  concrete:  

-­‐ Hardness:  High,  can  be  scratched  with  a  metallic  object  

-­‐ Fragility:  Low,  can  be  chipped  with  a  hammer  

-­‐ Ductility:  Very  low  ductility  -­‐ Flexibility/  Plasticity:  Low  

flexibility  and  plasticity  -­‐ Porosity/  Permeability:  Med,  

Depending  on  proportions  and  components  (aerated  or  high  water  ratio  concrete  has  a  high  porosity  vs  waterproof  concrete  that  is  created  when  permeability  reducing  admixtures  are  included  in  the  concrete  mix  

-­‐ Density:  Med  to  High,  Approximately  2.5  more  dense  that  water  

-­‐ Conductivity:  Poor  conductor  of  heat  and  electricity  

-­‐ Durability/  Life  span:  Typically  very  durable  

-­‐ Reusability/  Recyclability:  Med  to  Low.  Can  be  partially  re-­‐used  when  crushed  to  be  used  as  aggregate  for  new  concrete  elements  

-­‐ Sustainability  &  carbon  footpring:  High  embodied  energy.  Non-­‐renewable.  Long  Lasting  

-­‐ Cost:  generally  cost  effective.  Labor  dependent  for  formwork  &  pouring  

 Figure  70  Process  of  reinforcement  concrete  (dspace.jorum.ac.uk)  

Concrete:  Considerations  One  of  the  main  issues  is  that  the  concrete  is  permeable  material  but  it  is  not  completely  waterproof.  Therefore,  the  steel  bars  cannot  be  protected  from  moisture  and  oxidation  if  it  is  close  to  the  surface.  It  can  occur  both  aesthetic  and  structural  degradation  of  the  concrete.  Another  issue  is  poor  vibration  of  the  concrete  while  the  pouring  is  processing.  Bubbles  can  compromise  the  structural  performance  of  the  element  and,  in  a  worst  case  scenario  will  result  in  the  element  failing.        

 Figure  71  reinforcement  concrete  failing  (inhabitat.com)  

Page 34: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   34    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   34    

Beams  A  Beam  is  mostly  horizontal  structural  element.  A  beam  can  carry  loads  along  the  length  of  the  beam  and  transfer  the  load  to  the  columns.  A  beam  normally  can  process:  

-­‐ Supported  at  both  ends  of  the  beam  

-­‐ Supported  at  numerous  points  along  the  length  of  beam  

-­‐ Supported  at  points  away  from  the  ends  of  the  beam  

-­‐ Supported  at  only  one  end  of  the  beam  

 

 Figure  72  force  tramsfer  along  the  beam  (ching)  

 

 Figure  73  Beam  and  column  joints  (www.condor-­‐rebar.com)  

     Cantilevers  A  cantilever  is  created  when  a  structural  element  is  supported  at  only  one  end.  The  function  of  a  cantilever  is:  

-­‐ Carrying  loads  along  the  length  of  the  member  and  transfer  these  loads  to  the  support.  

-­‐ Horizontal  -­‐ Vertical  -­‐ Angled  

     

 Figure  74  Examples  of  cantilever  (Ching)  

 

 Figure  75  Cantilever  beam  load  transfer  to  column  

Page 35: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   35    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   35    

IN  SITU  CONCRETE  It  has  been  poured  into  formwork  and  cured  on  the  building  site.  This  process  includes:  

-­‐ Fabrication  and  assembly  of  the  formwork  

-­‐ Placing  any  required  reinforcement  

-­‐ Pouring  -­‐ Vibration  and  the  curing  of  the  

concrete    There  is  a  limited  time  to  harden  the  concrete  to  become  unworkable  to  ensure  that  the  concrete  is  placed  in  the  proper  position  since  the  concrete  has  been  poured.  (Note:  the  air  bubbles  removed  and  the  desire  finish  applied)  

 Figure  76  Uses  of  IN  SITU  CONCRETE  (e-­‐learning)  

 

Uses  of  IN  SITU  In  situ  concrete  is  a  great  many  applications.  It  is  generally  used  for  structural  purposes:  

-­‐ Footings  -­‐ Retaining  walls  -­‐ Bespoke  (nonstandard)    -­‐ Structural  element  

 Sometimes  it  is  used  as:  

-­‐ Landscapes  -­‐ Swimming  pools  -­‐ Basement  walls  between  piers  or  

overhead  surfaces.    

 Figure  77  Examples  of  insitu  concrete  uses  (e-­‐learning)  

   

Joints  There  are  construction  joints  and  control  joints:  

-­‐ Construction  joints  are  used  to  divide  the  construction  into  smaller  and  more  manageable  sections  of  work.  

-­‐ Control  joints  are  required  to  absorb  the  expansions  and  contractions  that  thermal  variations  cause  and  the  long  term  tendency  of  concrete  to  shrink  over  time.  The  elongation/shrinkage  is  proportional  to  the  temperature  differential,  the  material  coefficient  and  the  dimensions  of  the  piece.  

These  joints  are  potential  weak  points  and  must  ensure  that  be  detailed  appropriately,  expecially  in  terms  of  water  and  moisture  control  

 Figure  78insitu  concrete  joints  (www.praton.com)  

Page 36: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   36    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   36    

PRE-­‐CAST  CONCRETE  The  concrete  has  been  fabricated  in  a  controlled  environment  and  then  transported  to  site  for  installation  can  be  called  as  pre-­‐cast  concrete.  It  may  avoid  many  of  the  quality  control  issues  associated  with  in  situ  concrete.  These  elements  also  allow  work  on  site  to  progress  at  a  much  faster  rate.        

 Figure  79  process  of  pre-­‐cast  concrete  (Ching)  

 

 Figure  80Pre-­‐cast  concrete  processing  (www.mhmarketingsalesmanagement.com419)  

Uses  of  Pre-­‐cast  concrete  It  is  widely  used  in  many  different  applications  such  as:  

-­‐ The  structure  of  a  building  -­‐ Bridge  or  civil  works  -­‐ Forming  part  of  the  primary  -­‐ Rarely  used  in  footings  -­‐ Common  in  retaining  walls,  walls  

and  columns          

 

 Figure  81  uses  of  pre-­‐cast  concrete  (e-­‐learning)  

Joints-­‐pre-­‐cast  concrete  There  are  two  types  of  joints  for  pre-­‐cast  concrete  such  as:  

-­‐ Construction  joints:  the  panel/element  nature  of  pre-­‐cast  concrete  mean  that  joints  naturally  occur  when  on  precast  element  meets  another  

-­‐ Structural  joints:  the  type  and  performance  of  the  structural  connections  joining  the  precast  elements  to  each  other  and  to  other  parts  of  the  structure  are  critical  for  the  overall  performance  of  the  building.  

 It  depends  on  the  desired  aesthetic  outcome.  

Page 37: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   37    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   37    

 Figure  82  Pre  cast  concrete  panel  (gsacriteria.tpub.com)  

   Considerations  of  Pre-­‐cast  concrete  These  elements  can  be  limited  in  size  due  to  transport.  It  is  very  difficult  to  incorporate  on  site  changes.      

 Figure  83  Pre  cast  concrete  finishes  (e-­‐learning)  

Activity:  Oval  pavilion  will  be  discussed  more  in  later  week.      

Page 38: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   38    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   38    

Glossary  1. Joist  

-­‐  In  architecture  and  engineering,  a  joist  is  one  of  the  horizontal  supporting  members  that  run  between  foundations,  walls,  or  beam  to  support  a  ceiling  or  floor.  They  may  be  made  of  wood,  engineered  wood,  steel,  or  concrete.  Typically,  a  beam  is  bigger  than  a  joist  and  beams  lay  out  in  repetitive  patterns  often  support  joists.  

2. Steel  decking  -­‐  A  structural  steel  deck  plate  is  stiffened  either  longitudinally  or  transversely,  or  in  both  directions.  This  allows  the  deck  both  to  directly  bear  vehicular  loads  and  to  contribute  to  the  bridge  structure’s  overall  load-­‐bearing  behavior.  

3. Span  Span  is  the  distance  between  two  intermediate  supports  for  a  structure,  e.g.  a  beam  or  a  bridge.  A  span  can  be  closed  by  a  solid  beam  or  by  a  rope.  The  first  kind  

is  used  for  bridges,  the  second  one  for  power  lines.  

4. Girder  -­‐  A  girder  is  a  support  beam  used  in  construction.  Girders  often  have  an  I-­‐beam  cross  section  for  strength,  but  may  also  have  a  box  shape,  Z  shape  or  other  forms.  

5. Concrete  plank  -­‐  is  a  precast  slab  or  pre-­‐stressed  concrete  typically  used  in  the  construction  of  floors  in  multi-­‐storey  apartment  buildings.    

6. Spacing  -­‐ In  architecture  and  structural  

engineering,  a  space  frame  or  spacing  is  a  truss-­‐like,  lightweight  rigid  structure  constructed  from  interlocking  struts  in  a  geometric  pattern.  Spacing  can  be  used  to  span  large  areas  with  few  interior  supports.  

   

Page 39: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   39    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   39    

Week5    

   

Page 40: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   40    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   40    

SHORT  AND  LONG  COLUMNS  Columns  are  vertical  structural  members  designed  to  transfer  axial  compressive  loads.  It  can  be  divided  into  Short  and  long  column.  Short  columns:  

-­‐ The  ratio  of  effective  column  length  to  the  smallest  cross  section  dimension  is  less  than  12:1  

-­‐ Structurally  adequate  if  the  load  applied  to  the  column  cross  section  does  not  exceed  the  compressive  strength  of  the  material.  

-­‐ Become  shorter  when  a  compressive  load  is  applied.  It  can  be  failed  by  crushing  when  the  compressive  strength  is  exceeded  

 Figure  84  crushed  by  compressive  strength  (e-­‐learning)  

 Figure  85  illustration  of  short  column  

Long  column  When  the  ratio  of  effective  column  length  to  the  smallest  cross  section  dimension  is  greater  than  12:1,  it  considers  as  a  long  column.  The  characteristics  of  long  columns  are:  

-­‐ Unstable  and  fail  by  buckling  -­‐ The  actual  length  is  between  the  

fixed  point  at  the  top  and  bottom  of  the  column  

-­‐ Column  changes  by  different  fixing  methods  

     

 Figure  86  long  column  illustration  (Ching)  

 Figure  87  long  column  buckling(www.civildb.com)  

Page 41: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   41    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   41    

Wall  systems  There  are  three  types  of  wall  systems.    

 1. Structural  Frames  -­‐ Concrete  frames  -­‐ Steel  frames  -­‐ Timber  frames  2. Load  bearing  walls  -­‐ Concrete  -­‐ Masonry  3. Stud  walls  -­‐ Light  gauge  steel  framing    -­‐ Timber  framing  

 

 Figure  88  3  different  types  of  wall  system  (ching)  

 Figure  89  Examples  of  wall  systems  (  www.neslo.com)  

Structural  Frames  1. Concrete  frames-­‐typically  use  a  

grid  of  columns  with  concrete  beams  connecting  the  columns  together  

2. Steel  frames-­‐typically  use  a  grid  of  steel  columns  connected  to  steel  girders  and  beams.  

3. Timber  frame  (post  and  beam)-­‐typically  uses  a  grid  of  timber  posts  or  poles  connected  to  timber  beams.  Bracing  of  members  are  required.  

 

 Figure  90  Examples  of  steel  frame  (  buildipedia.com)  

 Figure  91  Examples  of  timber  frame  (www.strandsystems.com)  

 

Page 42: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   42    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   42    

Load  bearing  walls  1. Concrete  -­‐ In  situ/precast  element  -­‐ Supporting  spandrel  panels  over  

and  link  into  other  strucgtural  elements  

2. Reinforced  masonry  -­‐ Constructed  from  core  filled  

hollow  concrete  blocks  or  grout  filled  cavity  masonry  

-­‐ Bond  beams  creates  special  concrete  blocks-­‐filled  with  concrete  to  bond  the  individual  units  together  

-­‐ Propping  can  be  removed  after  concrete  has  cured  

-­‐ Bond  beams  can  be  used  as  steel  or  concrete  lintels  

3. Solid  masonry    -­‐ Can  be  created  with  single  or  

multiple  skins  of  concrete  masonry  units  or  clay  bricks  

-­‐ Skins  of  masonry  joined  together  using  a  brick  or  with  metal  wall  ties  placed  within  the  mortar  bed  

4. Cavity  masonry  -­‐ Walls  formed  from  2  skins  of  

masonry  

-­‐ Advantage:  better  thermal  performance,  better  opportunities  for  insulation  within  the  cavity,  better  waterproofing  and  the  better  opportunity  to  run  services  within  the  wall  cavity  

-­‐ DAMP  PROOF  COURSE/WEEP  HOLES  in  a  wall  are  indicators  that  the  wall  is  a  cavity  wall  rather  than  a  solid  wall  

 

 Figure  92  examples  of  concrete  and  reinforced  masonry  bearing  walls  (e-­‐learning  

 

 Figure  93  solid  masonry  &  cavity  masonry  examples  (ching)  

Page 43: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   43    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   43    

Stud  framing  Metal  and  timber  stud  framed  walls  use  smaller  sections  of  framing  timber  or  light  gauge  framing  steel  to  meet  the  structural  demands  of  the  construction.  

-­‐ Smaller  sections:  repeated  at  smaller  intervals  and  require  restraining  along  their  lengths  with  rows  of  NOGGINGS  to  prevent  the  long  thin  members  from  buckling  

-­‐ It  consists  of:  top  and  bottom  plates,  vertical  studs,  noggins,  cross  bracing  and  ply  bracing  

 Figure  94  stud  framing  (www.architectionary.com)  

 Figure  95  ply  bracing  illustration  

Brick  veneer  construction    Combinations  of  1skin  of  non-­‐structural  masonry  and  1  skin  of  structural  frame  wall  are  widely  used  in  the  construction  industry.  

 Figure  96  Brick  veneer  construction  (e-­‐learning)  

 Figure  97  Examples  of  brick  veneer  construction  (www.workspacetraining.com.au)  

   

Page 44: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   44    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   44    

Wood  to  Timber  Provenance  Early  wood:  

-­‐ Rapid  growth  at  beginning  of  growing  season  

-­‐ Thin,  large  cells:  light  colour  Late  wood:  

-­‐ Slower  growth,  often  limited  by  lack  of  water  

-­‐ Thick  small  cells:  darker  colour  -­‐ Gives  the  growth  ring  

Growth  -­‐ One  ring  per  year  -­‐ Some  climates  may  have  more  

than  -­‐ One  growth  season  per  year  -­‐ Fires  or  disease  may  produce  an  

extra  ring  

 Figure  98  3  different  wood  type  (e-­‐learning)  

 Figure  99  Timber  (www.diytrade.com)  

 Activity:  Structural  concepts  Step1:  Draw  the  structure  with  1:20  scale    

 Figure  100  structure  drawing  

 

Step2:  place  the  balsa  wood  into  the  drawing    

 Figure  101  balsa  wood  used  for  the  structural  member  

 Figure  102  balsa  wood  used  for  the  structural  member  

 

Page 45: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   45    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   45    

Step3:  cut  the  each  structural  member  and  connect  it  together  as  same  shaped  as  the  drawing  

 Figure  103  1:20  scaled  structural  member  

 Figure  104  load  path  diagram  of  the  structure  

 

Our  group  had  used  super  glue  to  connect  each  structural  member,  however,  it  wasn’t  strong  enough  to  stick  together  because  the  structure  was  pretty  big.  Also,  the  balsa  wood  was  too  weak.  The  other  group  was  proper  wood  and  the  nails  to  create  the  structure  member  and  it  was  pretty  strong.  

 Figure  105  other  group's  structure  

Page 46: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   46    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   46    

Glossary    

1. Stud  A  wall  stud  is  a  vertical  framing  member  in  a  building’s  wall  of  smaller  cross  section  than  a  post.  They  are  a  fundamental  element  in  building  framing.  

2. Nogging  An  architectural  term,  it  refers  to  the  term  used  for  the  filling  in  between  wall  framing  in  buildings.  Also  it  is  a  horizontal  bracing  piece  used  to  give  rigidity.  

3. Lintel  A  lintel  can  be  a  load-­‐bearing  building  component,  a  decorative  architectural  element,  or  a  combined  ornamented  structural  item.  It  is  often  found  over  portals,  doors,  windows,  and  fireplaces.  

4. Axial  load  -­‐  is  a  force  that  is  exerted  along  the  lines  of  an  axis  of  a  straing  structural  member.  It  is  an  essential  mechanical  force  that  is  used  to  determine  an  ideal  column  in  structural  design.    

5. Buckling  In  a  compression  member  or  compression  portion  of  a  member,  the  load  at  which  bending  progresses  without  an  increase  in  the  load.  

6. Seasoned  timber  Wood  drying  reduces  the  moisture  content  of  wood  before  its  use.  

   

Page 47: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   47    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   47    

Week6      

Page 48: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   48    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   48    

Trusses  In  engineering  process,  a  truss  is  a  structure  comprising  five  or  more  triangular  units  constructed  with  straight  members  whose  ends  are  connected  at  joints  referred  to  as  nodes.  External  forces  and  reactions  to  those  forces  are  considered  to  act  only  at  the  nodes  and  result  in  forces  in  the  members  which  are  either  tensile  or  compressive  forces.  Moments  are  explicitly  excluded  because,  and  only  because,  all  the  joints  in  a  truss  are  treated  as  revolute.    

 Figure  106  Truss  load  transfer  

   

 Figure  107  Examples  of  timber  trusses  (www.eldortrusses.com)\  

Roof  Systems  There  are  two  roof  types  such  as  flat  roofs  and  pitched  and  sloping  roofs.  Flat  roofs  are  normally  consists  of  concrete  slabs,  flat  trusses/  space  frames,  beams  &  decking,  joinst  &  decking  and  roof  sheet.  To  be  pitched  roof  the  angle  should  be  greater  than  3degress.  It  consists  of  rafters,  beams  &  purlins  and  trusses.    Concrete  roofs  are  generally  flat  plates  of  reinforced  concrete  or  precast  slabs  with  a  topping  of  concrete.  The  top  

surface  is  sloped  towards  drainage  points  and  the  entire  roof  surface  finished  with  applied  waterproof  membrane.    

1. Flat  -­‐ Structural  steel  roofs  consist  

of  a  combination  of  primary  and  secondary  roof  beams  for  heavier  roof  finishes  such  as  metal  deck/concrete;  or  roof  beams  and  purlins  for  lighter  sheet  metal  roofing.  

2. Sloping  -­‐ Structural  steel  roofs  consist  

of  roof  beams  and  purlins  and  lighter  sheet  metal  roofing  

3. Portal  frames  -­‐ Consist  of  a  series  of  braced  

rigid  frames  (two  columns  and  a  beam)  with  purlins  for  the  roof  and  girts  for  the  walls.  

-­‐ The  walls  and  roof  are  usually  finished  with  sheet  metal.  

       

Page 49: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   49    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   49    

 Figure  108Examples  of  flat  roof  (alliedroofing.info)  

 

 Figure  109  Examples  of  sloping  roof  construction  (crate-­‐gate.com)  

 Figure  110  3d  drawing  of  frames  of  the  roof  

Trussed  roofs  -­‐ constructed  from  a  series  of  

open  web  type  steel  or  timber  elements  

-­‐ manufactured  from  steel  or  timber  components  

-­‐ fixed  together  to  form  efficient  elements  able  to  span  long  distances  

Space  frames  

-­‐ 3D  plate  type  structures  that  are  long  spanning  in  two  directions  

-­‐ Linear  steel  sections  of  various  cross  section  types  are  welded,  bolted  or  threaded  together  to  form  matrix-­‐like  structures.  

 Figure  111  welded  and  bolted  connections  

 Figure  112  Examples  of  space  frame  (commons.wikimedia.org)  

Page 50: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   50    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   50    

Light  framed  roofs  There  are  two  types  of  light  framed  roofs  such  as  gable  roofs  and  hip  roofs  Gable  roofs:  

-­‐ Characterized  by  a  vertical,  triangular  section  of  wall  at  one  or  both  ends  of  the  roof.  

-­‐ Consists  of  common  rafters,  ridge  beams  and  ceiling  joists.    

-­‐ Timber,  cold-­‐formed  steel  sections  are  used  

Hip  roofs:  -­‐ Characterized  by  a  vertical,  

triangular  section  of  wall  at  one  or  both  ends  of  the  roof  

-­‐ Consists  of  common  rafters,  hip  rafters,  valley  rafters,  jack  rafters,  ridge  beams  and  ceiling  joists.  

-­‐ Timber-­‐cold-­‐formed  steel  sections  are  used.  

 Figure  113  Gable  roofs  (Ching)  

 Figure  114  Examples  of  hip  roofs  (www.tecotested.com)  

Metal  -­‐ Metal  atoms  as  being  like  ball  

bearings  to  understand  why  metals  are  malleable  and  ductile  and  not  brittle  

-­‐ Subject  to  any  stress  the  metal  atoms  slide  past  each  other  and  the  mobile  electrons  rearrange  

-­‐ Packed  together  in  layers  and  these  layers  stacked  one  upon  another  

-­‐ copper  atoms  can  easily  slide  over  or  past  one  another  hence  copper  is  malleable  and  ductile  

 

 Figure  115  Examples  of  metal  (wiki)  

 Figure  116metal  atom  sketches  

Page 51: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   51    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   51    

Metal-­‐types  -­‐ Ferrous:  iron  is  the  4th  most  

common  element  in  the  earth  (relatively  cheap)  

-­‐ Non-­‐Ferrous:  all  other  metals  generally  more  expensive  (less  common).  Less  likely  to  react  with  oxygen  and  superior  working  qualities  

-­‐ Alloys:  combinations  of  two  or  more  metals  

 

 Figure  117  different  metal  types  and  used(www.handsmetals.co.uk)  

       

 Figure  118  different  metal  shapes  for  construction  (www.spartanmechanics.net)  

Metal-­‐properties  -­‐ Hardness:  varied.  Depending  

on  type  -­‐ Fragility:  low.  Generally  will  

not  shatter  or  break  -­‐ Ductility:  high  -­‐ Flexibility/plasticity:  med  to  

high.  Flexibility  and  high  plasticity  while  heated  

-­‐ Porosity/  permeability:  generally  impermeable/  used  for  guttering,  flashing  etc  

-­‐ Density:  high  (3times  greater  than  water  for  aluminium  to  

19times  greater  than  water  for  gold  

-­‐ Conductivity:  very  good  conductors  of  heat  and  electricity.  Can  be  advantage/disadvantage  

-­‐ Durability/  life  span:  can  very  durable.  Varies  depending  on  type,  treatment,  finishing  and  fixing  

-­‐ Reusability/  recyclability:  high  

-­‐ Sustainability  &  carbon  footprint:  very  high  embodied  energy,  recyclable  and  renewable  if  correctly  managed  

-­‐ Cost:  generally  cost  effective                        

Page 52: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   52    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   52    

Metal  consideration  -­‐ React  with  other  metals  by  

giving  up/taking  on  another  metal’s  ions.  

-­‐ Galvanic  series  lists  the  metals  in  order  of  their  tendency  to  give  up  ions  to  other  metals  and  corrode  

-­‐ Ion  transfer  caused  by  contacting  two  different  metals  

 

 Figure  119  different  type  of  metals  corrosion  order  (e-­‐learning)  

-­‐ Water  related  damage  -­‐ Oxidation  and  corrosion:  ions  

can  react  with  oxygen  forming  an  oxide  which  can  sometimes  protects  the  metal  but  in  other  instances  it  can  result  in  the  corrosion  of  the  metal.  Aluminum  oxidizes  to  form  a  protective  layer.  Rusty  steel  is  an  example  of  undesirable  corrosion.  

-­‐ Protect  against  water  to  reduce  corrosion:    1. Avoid  prolonged  exposure  

to  moisture  2. Seal  against  moisture  3. Chemical  treatment.  

 Figure  120  metal  corrosion  (www.uotechnology.edu.iq)  

Ferrous  metals  Iron  alloys  

-­‐ Steel  is  an  alloy  of  iron  with  carbon  being  the  primary  additional  alloy  element  

-­‐ Including  manganese,  chromium,  boron  and  titanium  among  others  

-­‐ Different  proportions  and  combinations  result  in  different  types  of  steel  

Steel  property  -­‐ Very  strong  and  resistant  to  

fracture  -­‐ Transfer  heat  and  electricity  -­‐ Can  be  formed  into  many  

different  shapes  -­‐ Long  lasting  and  resistant  to  

wear  

 Figure  121  iron  steel  (e-­‐learning)  

Page 53: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   53    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   53    

Steel-­‐types  and  uses  1. Framing  

-­‐ Columns,  beams,  purlins,  stud  frames  

-­‐ Hot  rolled  steel:  elements  are  shaped  while  metal  is  hot.  More  materials  is  required  for  this  type  or  process  

-­‐ Cold  formed  steel:  elements  are  folded  from  sheets  that  have  been  previously  produced  and  cooled  down.  Used  as  secondary  structure  (protected  by  hot  dip  process:  galvanization)-­‐joints  are  bolted  or  screwed  

-­‐ Reinforcing  bars:  due  to  its  good  tensile  resistance,  steel  is  used  in  conjunction  with  concrete  to  produce  reinforced  concrete.  Deformations  on  the  bars  assists  bonding  with  the  concrete  

2. Sheeting  -­‐ Cladding  and  roofing:  

protected  from  weather  exposure  (paint,  enameled  finishes,  galvanization)  

3. Stainless  steel  alloys  -­‐ Chromium  is  the  main  

alloying  element  -­‐ Alloy  is  miled  into  coils,  

sheets,  plates,  bars,  wire,  and  tubing  

-­‐ Generally  used  harsh  environments  or  where  specific  inert  finishes  are  required  

-­‐ Wall  ties  in  cavity  walls  are  often  made  from  stainless  steel  due  to  its  corrosion  resistance  

-­‐ Very  rarely  used  as  primary  structure  due  to  cost  

 Figure  122  stainless  steel  (www.thomasnet.com)  

 

 Figure  123  different  shapes  of  steel  (www.stainlesssteelblog.com)  

 

 Figure  124  steel  framed  structure  (chinaprefabhouse.en.made-­‐in-­‐china.com)  

Page 54: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   54    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   54    

Nonferrous  metals  Aluminium  

-­‐ Very  light  compared  to  other  metals  

-­‐ Non-­‐magnetic  and  non-­‐sparking  

-­‐ Easily  formed,  machined  and  cost  

-­‐ Pure  aluminium  is  soft  and  lacks  strength,  but  alloys  with  small  amount  copper,  magnesium,  silicon,  manganese,  and  other  elements  have  very  useful  properties  

 

 Figure  125  Aluminium  metal  property  (www.constellium.com)  

 

 Figure  126  Aluminium  atom  shape  

Uses  -­‐ Extruded  sections  are  

common  for  window  frames  and  other  glazed  structures  such  as  balustrades/  handrails  

-­‐ Door  handles  and  catches  for  windows  

-­‐ Rolled  aluminium  is  used  for  cladding  panels  

-­‐ Reacts  with  air  creating  a  very  fine  layer  of  oxide  that  keeps  it  from  further  

oxidation  giving  it  that  matte  natural  finish  

-­‐ Common  treatments  are  power  coating  and  anodisation  

 Copper  

-­‐ Reddish  with  a  bright  metallic  lustre    

-­‐ Very  malleable  and  ductile  -­‐ Good  conductor  of  heat  and  

electricity  Uses  

-­‐ Traditionally  roofing  material  -­‐ Widely  used  for  hot  and  cold  

domestic  water  and  heating  pipework  

-­‐ Electrical  cabling  

 Figure  127  copper  cable  (39clues.wikia.com)  

Page 55: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   55    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   55    

Zinc  -­‐ Present  use  in  construction:  

plating  thin  layers  of  zinc  on  to  iron  or  steel  is  known  as  galvanizing  and  helps  to  protect  the  iron  from  corrosion  (roofing  material).    

-­‐ Cladding  material  for  both  roofs  and  walls  

-­‐ Brittle  at  ambient  temperatures  but  is  malleable  at  100to  150  degress.    

-­‐ Reasonable  conductor  of  electricity  

 Figure  128  zinc  used  construction  (www.commodityonline.com)  

Lead  -­‐ Frequently  used  for  roofs,  

cornices,  tank  linings  and  flashing  strips  for  waterproofing  

-­‐ Less  commonly  used  to  day  because  it  is  now  known  to  be  toxic  to  humans.  It  occurs  high  enough  doses,  lead  can  be  toxic.  

-­‐ A  bluish-­‐white  lustrous  metal.  Very  soft,  highly  malleable,  ductile,  and  a  relatively  poor  conductor  of  electicity  

-­‐ Very  resistant  to  corrosion  but  tarnishes  upon  exposure  to  air  

 Figure  129  lead  material  (www.guptametalmart.com)  

Tin  -­‐ Very  rare  today  -­‐ Used  in  building  for  lining  

lead  pipes  and  occasionally  as  a  protective  covering  for  iron  plates  and  for  small  gas  pipes/tubing  

-­‐ Tin  is  a  silvery-­‐white  metal,  is  malleable,  somewhat  ductile,  and  has  a  highly  crystalline  structure  

-­‐ Resists,  distilled,  sea,  and  soft  top  water,  but  is  attacked  by  strong  acids,  alkalis,  and  acid  salts  

-­‐ Oxygen  in  solution  accelerates  the  attack  

 Figure  130  Tin  material  (www.proactiveinvestors.com.au)  

Page 56: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   56    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   56    

Titanium  -­‐ Used  in  strong  light-­‐weight  

alloys  -­‐ Making  an  attractive  and  

durable  cladding  material,  though  it  is  often  prohibitively  expensive  

-­‐ Well  known  for  its  excellent  corrosion  resistance  

-­‐ High  strength  to  weight  ratio  -­‐ Light,  strong,  easily  fabricated  

metal  with  low  density  

 Figure  131  Titanium  material  (www.titaniumjoe.com)  

 

Bronze  -­‐ Used  for  bearings,  clips,  

electrical  connectors  and  springs  

-­‐ Often  used  for  external  applications,  prior  to  the  discovery  of  aluminium,  due  to  its  toughness  and  resistance  to  corrosion  

-­‐ Corrosion  resistant,  harder  and  can  be  used  in  engineering  and  marine  applications  

 Figure  132  Bronze  I-­‐beam  (life.time.com)    

Brass  -­‐ Tough  and  typically  used  in  

elements  where  friction  is  required  such  as  locks,  gears,  screws,  valves  

-­‐ Commonly  cound  in  fittings  such  as  knobs,  lamps,  taps  

-­‐ Malleable  and  has  a  relatively  low  melting  point  and  is  easy  to  cast  

-­‐ Not  ferromagnetic    

 Figure  133  Brass  material  (brass-­‐turned-­‐parts.brass-­‐cable-­‐glands.co.uk)  

Page 57: Juhyun son 354978a01 final submition part1

LOGBOOK   57    

Ju  Hyun  Son-­‐354978   57    

Activity:  continue  from  week5.  We  have  actually  done  everything  in  week5.    Glossary  

1. Rafter  -­‐  A  rafter  is  one  of  a  series  of  sloped  structural  members  (beams)  that  extend  from  the  ridge  or  hip  to  the  wall  plate,  downslope  perimeter  or  eave,  and  that  are  designed  to  support  the  roof  deck  and  its  associated  loads.  

2. Purlin  -­‐  A  purlin  is  any  longitudinal  horizontal,  structural  member  in  a  roof  except  a  type  of  framing  with  what  is  called  a  crown  plate.    

3. Cantilever  -­‐  A  cantilever  is  a  beam  anchored  at  only  one  end.  The  beam  carries  the  load  to  the  support  where  it  is  forced  against  by  a  moment  and  shear  stress.  It  allows  for  overhanging  structures  without  external  bracing.  It  can  also  be  constructed  with  trusses  or  slabs.  

4. Portal  frame  

-­‐  is  a  method  of  building  and  designing  structures,  primarily  using  steel  or  stee-­‐reinforced  precast  concrete  although  they  can  also  be  constructed  using  laminated  timber  such  as  glulam.  The  connections  between  the  columns  and  the  rafters  are  designed  to  be  moment-­‐resistant,  i.e.  they  can  carry  bending  forces.  

5. Eave  -­‐  is  the  bottom  edge  of  a  roof.  The  eaves  normally  project  beyond  the  side  of  the  building  forming  an  overhang  to  throw  water  clear.  

6. Alloy  -­‐  is  a  mixture  or  solid  solution  composed  of  a  metal  and  another  element.  

7. Soffit  -­‐  formed  as  a  ceiling.  

8. Top  chord  -­‐  is  a  truss.