DAGENS ARBEIDSPROSESS DAGENS ARBEIDSSITUASJON DAGENS ARBEIDSFLYT Are Brug
DAGENS ARBEIDSPROSESS DAGENS ARBEIDSSITUASJON DAGENS ARBEIDSFLYT • Are Brug As lever åpne veggelementer til kundene, slik at vegg kan inspiseres før montasje. 1. Sende bort arbeidsgave til rådgiver ingeniørfirmaer, som Rambøll eller Stabil. • TEK 17 § 10 krever at veggelementet skal tåle de kreftene de utsettes for uten å løsne fra konstruksjonselementet de er forankret til. I denne oppgaven fokuseres det på ULS: 2. Rådgivere kan beregne de opptredende kreftene. 3. Festemiddelprodusenter oppgir hvor stor aksialkraft og skjærkraft festemidlet håndterer i dets ETA’en. Velge festemiddel fra produsent. 4. Entreprenør bestiller produktet med utgangspunkt i dimensjonene som er beregnet 5. Produktene leveres til byggeplassen 6. Veggelementene monteres i den ferdige bærekonstruksjonen. De inngår selv ikke i bærekonstruksjonen, da de kun påkjennes av sin egenlast og horisontalkrefter. • • Å kontrollere likevektstap, store uakseptable forskyvninger eller utmattingsbrudd benyttes partialfaktormetoden til å kontrollere at tverrsnittets påkjenning er mindre enn dimensjonerende kapasitet ved brudd. Ved brudd i betongen er betongen sin strekkfasthet overskredet, så tverrsnittet er opprisset i strekksonen og opptrer ikke-lineært.
• Å standardisere hvordan de kan feste treveggelementer til betongdekke når deres kunde allerede har dimensjonert bæresystemet. Det var ønskelig å foreslå 3 -4 løsninger på hvordan man kan gjøre dette. Løsningen ble å: • • Ha dialog med entreprenører, Motek, ESSVE og Wüerth om hvordan man kan montere og vedlikeholde løsningene med tilhørende kostnad. Fordelen er at løsningene foreslått i oppgaven er byggbare og frekvent benytte i bransjen. Ulempen er at metodikken kan virke. Å kontrollere kapasiteten at innfestingen av veggelementer til betongdekke har tilstrekkelig dimensjonerende kapasitet til å håndtere de opptredende kreftene, f. eks i Dokka 6. Det var ønskelig at jeg benyttet Norsk Standard til å utføre beregningene. Løsningen ble å: • Se på eksempler i limtreboken, dimensjonering av trekonstruksjoner og betongelementboken. Disse så kun på treforbindelser og forankring i betong. Det er også valgt å legge ved et eksempel på hvordan man kan regne ut den kapasiteten ekspansjonsbolten har i betongen og trevirket. • Det ble holdt jevnlig dialog med Motek, ESSVE og Wüerth om hvordan beregningene kan utføres. De anbefalte å benytte verdiene (Nrec) og Vreg) oppgitt i festemidlet’s teknisk datablad, men også utføre egne forsøk. Fordelen med å ha en oversikt over anbefalt kapasitet til en gruppe festemidler er at konsulenten enkelt kan kontrollere at de opptredende lastene ikke overstiger kapasiteten til det valgte festemidlet og minste nødvendig diameter. Ulempen er at det kun er kapasiteten forankringen har i betongen som blir kontrollert, slik at en kan risikere at kapasiteten festemidlet har i trevirket eller skjærsnittet mellom betongen og trevirket ikke holder. En annen ulempe er at antall festemidler blir tatt høyde for: Kapasiteten vil ikke være lineært, da et festemiddel kan svikte før et annet. • For å kontrollere kapasiteten ekspansjonsbolten/betongskruen har i betongen, trevirket og samvirket mellom dem ble NS-EN 1992 -4, NS-EN 1995 -1 -1 og NS-EN 338 benyttet. Dimensjoneringsmetoden forankringen i betongen ble oppgitt i ytelseserklæringen til festemidlet, mens parameterne ble hentet fra festemidlet’s ETA. De aller fleste typene følger dimensjoneringsmetode A, hvor en ved skjærkraft kontrollerer at festemidlet ha tilstrekkelig kapasitet mot stålbrudd, betongkantbrudd og pry-out brudd. Fordelen er at man kan estimere hvor langt unna en skal plassere festemidlet. Det gir mer nøyaktige verdier for knutepunktet, slik at man kan spare penger. Ulempen er at metodikken er arbeidskrevende om en må kontrollere må utføre beregningen for flere festemidler, så det går raskere å først sjekke festemidlet mot en anbefalt verdi. En annen ulempe er at det kan en sjelden gang dukke opp festemidler, som benytter seg av andre metoder. (Motek, Personlig kommunikasjon, 2020) Bell, Dimensjonering av trekonstruksjoner, s. 10
LØSNINGER FOR Å FORANKRE PREFABRIKKERTE TREVEGGELEMENTER TIL BETONGDEKKE? • Forbindelsene avgjør konstruksjonens bæreevne, da de skal overføre strekk- og skjærkrefter mellom knutepunkter eg. innfesting av påhengte konstruksjoner til betongdekke Ekspansjonsbolt (ETA-18/1064, 2019) • Forbindelsene står for 5% av rammevekt og 30% av den totale kostnaden. Kostnad og vekt kan reduseres gjennom følgende tiltak: • redusere antall forbindelsestyper, slik at designede hjelpemidler og programvare kan benyttes • Standardisere komponenter, for å øke tilgjengelighet og redusere materialkostnadene, kjøpetiden, lagringstiden og aksjonstiden. Betongskrue (ETA-18/1064, 2019) • Redusere diameter gir raskere montering, mindre sideavivik og kostnadsreduksjon ved å handle i store kvanta • Minst mulig innhold av monteringsarbeid Beslagskrue(Motek, 2013 b)
BETONGSKRUE • Skruen skrus direkte inn i et rent forboret hull uten plugg. Det vil da skjæres en gjenge i betongen, slik at den låses mekanisk langs forankringshullet. Effekten er at skruen kan belastes med store krefter umiddelbart etter montering. • Demonterbar, så den kan gjenbrukes. • Raskeste løsning, så metoden har lavere monteringskostnad og arbeidsbelastning. • En pakke med 25 stykk elforsinkede Hilti HUS-H betongskruer 10 x 200/115/130 koster 1247, 4 kr, mens en pakke med 25 stykk syrefaste Hilti Hus-Hr betongskruer 10 x 75/5/15 koster 1556, 1 kr. • Elforsinket betongskrue har anbefalt kapasitet mellom 6 k. N ved diameter på 6 mm til 18. 8 k. N ved diameter på 14 mm • Syrefast betongskrue har kapasitet mellom 7. 8 k. N ved diameter på 6 mm og 27. 3 k. N ved diameter på 14 mm INNFESTING AV BINDINGSVERKSVEGG TIL BETONGDEKKE VED HJELP AV ETTER-INSTALLERTE SKRUER LIKHETER MELLOM EKSPANSJONSBOLT OG BETONGSKRUE • EKSPANSJONSBOLT • Vanligvis momentkontrollert hylse eller bolt, der forankringen foregår ved at kontakttrykket presses mot sidekantene i borehullet. • En pakke med 25 stykk elforsinkede Hilti HSA-ekspansjonsbolter M 10 x 133/70 koster eksempelvis 529, 20 kr, mens en pakke med 25 stykk syrefaste Hilti HSTekspanjsonsbolter M 10 X 130/50 koster 6029, 1 kr • Nest raskeste løsning, men arbeidskostnad og arbeidsbelastning koster mer enn for en betongskrue • Elforsinket ekspansjonsbolt har anbefalt kapasitet mellom 10. 1 k. N ved diameter på 6 mm og 44. 8 k. N ved diameter på 24 mm • Syrefast ekspansjonsbolt har kapasitet mellom 4. 3 k. N ved diameter på 6 mm og 57 k. N ved diameter på 24 mm • • • Ekspansjonsbolt og betongskrue kan monteres direkte gjennom bindingsverksvegg og betongdekke. Eg. (10) Enkel forankring i betong med Würth betongskrue! | Würth Norge – You. Tube). De kan også feste braketter, stålprofiler eller beslag til betong Grunnmurspapp benyttes for å bryte kapillærsjiktet mellom tre og betong Kjemisk innfesting kan benyttes for å få kapasitet oppgitte verdier. For mye slark gir høyere uttrekksverdier enn dimensjonert Støv må pumpes vekk for å forhindre at betongskruen bryter sammen eller ikke går ut av hullet. Korrosjonsmotstanden kan svekkes om en benytter verktøy med lavere korrosjonsmotstand Tilgjengelig som syrefast og elforsinket skrue hos de fleste forhandlere Festemidlet bør skiftes ut etter 50 -100 år.
• • • Beslag: • Korrosjon opptrer når metallet opptrer i ulike omgivelser eller omgis av vann med ulikt oksygeninnhold. Den går raskere når katoden er betydelig større enn anoden. Det er det uedleste metallet som korroderer. • Korrosjon kan raskt opptre om et beslag av syrefast stål festes til spiker og skruer av elforsinket stål –men ikke motsatt. Dette skyldes at beslaget utgjør en større del av kontaktflaten enn beslagskruene og spikerpluggen. • Hvert av benene i vinkelbeslaget festes med etter-installerte festemidler • Selges som varmforsket eller syrefast Beslagskrue • Feste beslag og lett trevirke til betong • Forbor hull, sette inn ankeret og slå inn spiker • En pakke Beslagskrue Motek 5, 0 x 40 mm A 4 på 2500 stykk koster 1120 kr • Selges som elforsinket og rusfrie Spikerplugg • Feste trevirke til tynne stålplater • En pakke med 250 stykk Spikerplugg Hilti HPS-1 5/15 x 25 koster 352, 42 kr • Hullet til spikerpluggen krever vedlikehold for å gi rett kapasitet etter montasje • Spikerplugg kan ha en kapasitet mellom 0. 15 k. N ved diameter på 4 mm og 0. 6 k. N ved diameter på 8 mm, altså er kapasiteten betraktelig lavere enn for betongskrue og ekspansjonsbolt. INNFESTING AV BINDINGSVERKSVE G MED VINKELBESLAG GENERELT OM LØSNINGEN • • • Beslag innfestes med beslagskrue i trevirke og plugg. Eg. Forankring av vegger – You. Tube av Igland Garasjen Stål benyttes, så oppleggsflaten bør ikke være mer enn 150 mm Muligheter for å flytte bindingsverksveggen lengre ut Flere elementer skal monteres, så løsningen medfører høyere monteringskostnad og arbeidsbelastning enn å forankre bindingsverksveggen til betongdekke ved hjelp av ekspansjonsbolt og betongskrue. Festemidlet bør skiftes ut etter 50 -100 år. Demonterbar, så vedlikehold går raskt. Korrosjonsmotstanden svekkes om festemidlet festes med et verktøy med lavere korrosjonsmotstand. Bør erstattes av å feste betongdekket til bindingsverksveggen med ekspansjonsbolt eller betongskrue om beslaget tillater større diametere enn 6 mm. Lønnsomt å benytte dersom beslaget ikke tilatter større diametere enn 6 mm.
OPPTREDENDE KREFTER • Når en kraft virker på skruene i en tresvill virker alle skruene tilbake igjen med tilsvarende kraft. • Bæresystemet kan ikke overføre krefter til forankringen, da deformasjonen ikke er tilstrekkelig stor til å trykke stenderne så langt nok ned til at de blir fast innspent og vekselsvirkningsprisnippet slår inn. • Egenvekten fra bindingsverksveggen er lav nok til at den opptas av bunnsvillen. Vindlast • Kraften som påkjenner en forankring består typisk av: • Vind. Den fordeles over øvre og nedre bunnsvill. • Egenvekten fra kledningen plassert eksentrisk i forhold til svill. Den overføres til bunnsvill. Egenlast fra eksentrisk veggdel (her skjermtegl)
KONTROLL AV SKJÆRSNITT MELLOM BETONG OG TRE • Skjærsnittet mellom tre-mot-betong har større stivhet til tre-mot-tre forbindelse og platemateriale mot tre. Tre-mot-betong forbindelsen kan derav kategoriseres som en tre-mot-stål forbindelse. • Forenklet sett kan betongdekke kategoriseres som tykke plate i dobbelsnittet forbindelse • Betongdekket er vanligvis tykt ettersom det er over tykkelsen til festemidler: Vanligvis er dekket over eller lik 200 mm, mens ekspansjonsbolter og betongskruer er opptil 20 mm tykke. • Om bunn- og toppsvillen har samme tykkelse, hullkantfasthet og flytemoment kan betongdekket kategoriseres som en dobbelsnittet forbindelse. • Betongdekket kan kategoriseres som en enkelsnittet forbindelse, dersom bunn- og toppsvillen har ulik tykkelse, hullkantfasthet eller flytemoment. • For å sikre at det er tilstrekkelig gap mellom festemidlene bør høyden til betongdekket bør være større enn den sammenlagte lengden til bunnsvillen sitt lengste festemiddel og toppsvilen sitt lengste festemiddel. I tillegg bør det være en glippe på minst fire ganger festemidlet’s diameter. • Ettersom en ekspansjonsbolt og betongskrue skal monteres slik at det går loddrett gjennom trevirket og betongen må det prosjekterte betongtverrsnittet minst være like stort som det prosjekterte trevirket for å unngå oppsplitting. Kontroll av overlapp
KONTROLL AV SKJÆRSNITT I TREFORBINDELSER MED EKSPANSJONSBOLT OG BETONGSKRUER • Oppklossing bør vurderes, der høyden på svillen er mindre enn nødvendig tykkelse på fiksturen(tfix). For å hindre at den dimensjonerende kapasiteten til forankringen reduseres bør tykkelsen på oppklossingen ikke være mindre enn tykkelsen på svillene. • Treforbindelser kontrolleres som tverrbelastede stavforbindere pkt 8. 2 etter NS-EN 1995 -1 -1, da ekspansjonsboltene og betongskruene belastes på tvers i trevirket. Tre-mot-tre forbindelsen vil da kategoriseres etter hvor mange skjærsnitt festemidlet går gjennom i trevirket. • • Om ekspansjonsbolten går gjennom et skjærsnitt beregnes det som en enkelsnittet forbindelse. Det vil da være gunstig å benytte ulike tykkelser på trevirkesdelene, slik at Johansens delen gir tre-mot-tre forbindelsen en høyere karakteristisk kapasitet. • Om ekspansjonsbolten går gjennom trevirkesdeler, hvor de to ytterste trevirkesdelene har samme tykkelse, hullkantfasthet og flytemoment kategoriseres forbindelsen som en dobbelsnittet forbindelsen. Det vil da være gunstig å benytte like tykkelser på trevirkesdelene, slik at Johansens delen gir tre-mot-tre forbindelsen en høyere karakteristisk kapasitet. • Ellers består forankringen i trevirket av flere områder, som må kontrolleres etter en blanding av enkelsnittet og dobbelsnittet forbindelser. Det vil da ikke være mulig å oppnå bruddform a, b, g og h. For å oppnå maksimal kapasitetten kan diameteren økes • Om bruddformene a, b, g og j virker begrensende bør diameteren på festemidlet økes. • Om bruddformene c, d, e, j og k virker begrensende bør Fh, k må være så større enn for trevirkesdel 2 enn trevirkesdel 1. • Om bruddformene f, j og k virker begrensende bør også Myrk økes, gjerne ved å øke diameteren. • • t 1 er minst av tykkelsen i kontakt med tredelen og inntregningsdybden i den tredelen som mottar spissen t 2 er tykkelsen av den midtre tredelen • • t 1: Tykkelse i tredel med spikerhodet t 2: Inntreningsdybden til delen som mottar spissen
KONTROLL AV KAPASITETET TIL KNUTEPUNKTET I SKJÆRSNITT I TREVIRE OG MELLOM TREVIRKE OG BETONG • Faxrk er ikke oppgitt av produsent, så den settes til null ved dimensjonering. Effekten er at den dimensjonerende kapasiteten til trevirket er lavere enn den treforbindelsen i realiteten innehar. • Trevirkets hullkantfasthet(fhk) kan økes ved å øke diameteren(d) og trevirkets karakteristiske densitet(ρk). • Forbinderens karakteristiske flytemoment(Myrk) bør øke ved å øke fuk. Barvirke - Vind er korttidslast (<1 uke) - Konstruksjon er klimaklasse 1 (<65% fukt hvert år) Forboringskrav ved følsomt trevirke
DIMENSJONERING AV STÅLBRUDD MED EKSPANSJONSBOLT OG BETONGSKRUER • Om forankringen har lite diameter eller lav stålkvalitet vil stålet være svakere enn betongen, slik at det oppstår stålbrudd. Bruddet etterfølges av at betongen knuses eller avskalles foran ankeret. Kontroll av kapasitet mot stålbrudd: • Betongens bæreevne øker parallelt med kraften når stål blender med betong. Dette blir sett vekk fra under dimensjonering. • Vrds øker etter hvert som diameteren til ekspansjonsanker og betongskruen øker, men økningen foregår i forskjellig grad mellom ulike produsenter. • Materialfaktor tar høyde for geometriske avvik, armeringsavvik og modellusikkerhet. • Om fuk er <= 500 Mpa kan k 6 settes lik 0. 6, mens om den er 500 – 1000 MPa kan k 6 settes til 0. 5. NS-EN 1992 -4; Tabell 7. 1.
DIMENSJONERING AV BETONGKANTBRUDD MED EKSPANSJONSBOLT OG BETONGSKRUER Dimensjonerende kapasitet mot betongkantbrudd: • Betongkantbruddet oppstår om skjærkraft opptrer nær betongkanten eller betongen er for tynn • For at V 0 rkc skal øke må den effektive forankringslengden øke. • Det er gunstig at ekspansjonsankre og betongskruer har størst settedybde • Øke diameteren, da festemidlet med større diameter har større forankringsdybde • Benytte syrefaste betongskruer, da syrefaste betongskruer har større hef enn elforsinkede betongskruer. • Motstanden mot betongkantbrudd øker proporsjonalt med avstanden fra festemidlet til kanten(C 2’), så lenge halvannen av c 1 er over lik c 2. Om kun deler av kapasiteten dannes en trykkforstyrrelse, slik at kapasiteten reduseres med faktoren Ψs, v. • Ψec, V er stort sett neglisjerbar forankringen av bindingsverksvegg til betongdekke. • Ψre, V settes lik 1 for festemidler uten endeforankring eller bøyler • Materialfaktor tar høyde for geometriske avvik, armeringsavvik og modellusikkerhet. Karakteristisk kapasitet mot betongkantbrudd: Basis motstand til et festemiddel belastet vinkelrett på enden Trykkforstyrrelse i betongen forårsaket av skjærkraft grunnet nærheten til enden Faktor for å ta hensyn til betongendens motstand ikke reduseres proporsjonalt med elementtykkelsen NS-EN 1992 -4, Tabell 7. 1 og pkt. 7. 2. 2. 5
• DIMENSJONERING AV BETONGKANTBRUDD MED EKSPANSJONSBOLT OG BETONGSKRUER Faktor for å ta hensyn til at skjærkraften øker mot kanten grunnet betongens motstand
• BRUDDET FOREGÅR VED AT DELER AV BETONGOVERFLATEN BRYTES I FORM AV EN HALV KJEGLE DER FORANKRINGEN PRESSES MOT BETONGEN. OM SENTERAVSTANDEN MELLOM EN GRUPPE FORANKRINGER IKKE ER TILSTREKKELIG STOR NOK TIL AT TO HALVE KJEGLER DANNES HAR DE SAMME BRUDDFLATE. • KAPASITETEN TIL FORANKRINGEN KAN ØKES VED Å ØKE KANT- OG SENTERAVSTANDENE OG HØYDEN TIL BETONGEN I DE N AV SKJÆRSNITTENE MED MINST ACV, SLIK AT DEN OPPTREDENDE KRAFTEN HAR ET STØRRE AREAL Å BRE SEG UT PÅ. VED BEREGNING AV HJØRNET ER DET NØDVENDIG Å REGNE PÅKJENNINGEN FRA BEGGE ENDER OG BENYTTE WORST-CASE. ET SKJÆRSNITT KAN HER SES PÅ SOM EN LINJE MELLOM EN RAD AV FESTEMIDLENE SOM STÅR VINKELRETT PÅ SKJÆRKRAFTEN.
DIMENSJONERING AV PRY-OUT BRUDD MED EKSPANSJONSBOLT OG BETONGSKRUER • Dimensjonerende motstand mot Pry-out brudd: Karakteristisk motstand mot betongkjeglebrudd Faktor for å ta hensyn til trykkforstyrrelse i betongen grunnet nærheten til enden ved aksialkraft Faktor for å ta hensyn til densitet til forsterkning i området festemidlet er installert Faktor for å ta hensyn til gruppeeffekten når ulike strekkrefter opptrer på individuelle festemidler i en gruppe Faktor for å ta høyde for trykkrefter mellom fiksturen og betongen ved bøyemomentet med og uten aksialkraft NS-EN 1992 -4; Tabell 7. 1, pkt 7. 2. 2. 4 og pkt. 7. 2. 1. 4
• FORHOLDET MELLOM ACN OG A 0 CN TAR HENSYN TIL DEN GEOMETRISKE EFFEKTEN TIL AKSIALAVSTAND OG KANTAVSTAND • VED HJØRNET ENDRES DEN ENE VERDIEN 0. 5*SCR. N MED KANTAVSTANDEN C 1 • ANDELEN SENTERAVSTANDER ØKER TILNÆRMET LINEÆRT MED ØKNINGEN AV ANDELEN FESTEMIDLER LANGS DEN ENE ENDEN SENTERAVSTANDEN BEREGNES FOR.
- Slides: 15