Nedstyrtning af gavl Gennemgang af skadesårsag

Transkript

1 , Frederikshavn Nedstyrtning af gavl , Rambøll & John D. Sørensen, Aalborg Universitet 1/10

2 1. Afgrænsning Søndag d. 9/11 mellem kl. 11 og 12 styrtede en gavl ned i Mølleparken i Frederikshavn. I forbindelse med nedstyrtningen af gavlen styrtede etagedækket i 3 etager også ned. Nedstyrtningen skete i forbindelse med en gennemgribende renovering af boligbebyggelsen. På nedstyrtningstidspunktet var lejlighederne beboet, og 2 beboere kom til skade i forbindelse med nedstyrtningen. Søndag d. 9/11 kl foretog, Aalborg Universitet (JDS) en besigtigelse af ejendommen, uden dog at kunne komme tæt på den nedstyrtede del af bygningen pga. risiko for yderligere sammenstyrtninger. I forbindelse med besigtigelsen blev der endvidere indsamlet informationer fra bl.a. NCC. Efter nedstyrtningen blev undertegnede (, Rambøll og, Aalborg Universitet) bedt om af Energistyrelsen at undersøge årsagen til nedstyrtningen parallelt med totalentreprenørens egne undersøgelser. I den forbindelse foretog undertegnede en besigtigelse af ejendommen onsdag d. 12/11. Efterfølgende var der mulighed for et kort interviewmøde med totalentreprenøren og den tilknyttede rådgivende ingeniør. Nærværende notat er det foreløbige resultat af undersøgelserne. 2. Beskrivelse af gavlkonstruktion Bebyggelsen er opført i , og er senere ombygget af flere omgange. I forbindelse med en tidligere ombygninger er det oprindelige flade tag erstattet af en ny tagkonstruktion hvor der er indrettet boliger. Den oprindelige gavlkonstruktion bestod af en bærende ¾ stens bagmur (150mm). bagmuren står på et stribefundament og bærer 4 boligetager. Udvendigt, og i forlængelse af bagmuren er der en massiv murvinge (1150*470mm) der dels bærer tagkonstruktionen og dels bærer de udvendige altaner (se fig. 1). Udvendig murvinge (t=470mm) Bærende bagmur (t=150mm) Formur (t=110mm?) tværskillevæg (t=60mm) Figur 1: plan stue 2/10

3 Formur Etagedæk Bærende bagmur stuedæk Krybekælder Samlingsdetalje mur-stuedæk-fundament Fundament Figur 2: Opstalt gavl og samlingsdetalje mur-stuedæk-fundament Det nederste dæk (stueetagen) spænder imellem stribefundamenterne og over en krybekælder. De efterfølgende dæk hviler af på den bærende bagmur (se fig. 2). Før renoveringen startede virkede både formuren, den ydre murvinge, og de indvendige tværskillevægge stabiliserende på den bærende bagmur. 3. Materialer Der er meget sparsomme oplysninger omkring de indgående materialer. I henhold til tegningerne er bagmuren i de nederste 2 etager opmuret i en bastardmørtel og det resterende murværk er opmuret i en kalkmørtel. Ved besigtigelsen er mørtlen i den nederste etage inspiceret. Mørtlen virker meget svag og usammenhængende - ulig hvad man kunne forvente af en bastardmørtel. Samtidig er kvaliteten af murværket ringe bl.a. uden ordentligt mørteludfyldning af fuger. I beregningsmæssige sammenhæng vil de gamle mørteltyper, bastardmørtel hhv. kalkmørtel, blive behandlet forskelligt. Såfremt der ikke foreligger andre oplysninger en kalkmørtel og bastardmørtel benyttes normalt nedenstående materialedata som normalt er lidt på den sikre side 3/10

4 Bastardmørtel behandles som en KC50/50/700 mørtel med følgende mørteltrykstyrke og bøjningstrækstyrke: f m = 1,8 MPa (ML), f m,t = 0,5 MPa. Sammenholdt med en mursten i stenklasse 16 findes: f k = 3,71 MPa og E 0k = 1188 MPa Kalkmørtel behandles som murværk med en trykstyrke og et elasticitetsmodul på: f k = 2,4 MPa og E 0k = 355 MPa I forhold til murværkets styrke og elasticitetsmodul er der således stor forskel på de 2 mørtler, idet murstenens styrke får en del mere indflydelse på materialeparametrene når der anvendes en bastardmørtel, end ved den noget svagere rene kalkmørtel. Efterfølgende har totalentreprenøren udtaget en række prøver af murværket samt mørtlen. Disse er sendt til Murværkscentret hos Teknologisk Institut i Aarhus mhp. bestemmelse af murværkets styrke og cementindholdet i mørtlen. Murværkscentret har foretaget 2 trykprøver af murværket. Prøverne kan pga. størrelse og antal ikke udgøre en egentlig prøvebestemmelse, men kan tjene til indikation af murværkets reelle styrke og stivhed. Der er målt stenstyrker varierende fra 8MPa til 28 MPa. Der er foretaget 2 trykprøvning af ikke-standard prøvelegemer med styrkeresultater for murværket svarende til 3,62 og 5,32 MPa. Der er konstateret dårlig mørteludfyldning mellem stenene i den ene af prøverne svarende til ringe udført murerarbejde, hvilket er konsistent med observationerne på stedet. Der er målt et E brud =249 MPa, hvilket er i den lave ende af kalkmurværk. E brud kan dog ikke sammenlignes med E 0k. Vedhæftningsstyrken (bøjningsstyrken) vurderes til at være 0 MPa, svarende til kalkmørtel. De fundne værdier er konsistente med lave værdier for murværk opmuret i kalkmørtel. Mørtelpøvernes analyse viser at der har været iblandet en lille smule cement i mørtlerne, men kun i så ringe en grad at det ikke har nogen betydning for mørtelstyrken. I forhold til nærværende murværk vil en optimistisk værdi for murværkets styrke og elasticitetsmodul tage udgangspunkt i en middelværdi at de 2 målte prøver svarende til: (3.a) f k =4,47 MPa E 0k =670 MPa (iht. DS/INF 167 kan E 0k findes ud fra E 0k =150*f m *f k. Sættes f m til 1,0 MPa findes E 0k =670 MPa) I forhold til en egentlig projektering er det vanskeligt at fastsætte murens styrke- og stivhedsdata ud fra de foreliggende data. Antages en stenstyrke på 16 MPa, hvilket de fleste sten er målt til, kan murværkets materialedata fastlægges iht. Notat fra Teknologisk institut Beregning af ældre murværk. Benyttes dette findes, idet f m sættes til 1,0 MPa: (3.b) f k = 0,49 * f 0,7 b = 3,41 MPa * E 0k = 150*f m f k = 511 MPa Sammenlignes med de først nævnte generelle materialedata for en ren kalkmørtel ses at nærværende murværk er en lille smule stærkere, hvilket også skønnes at være tilfældet. 4/10

5 4. Eksisterende statiske beregninger NCC har oplyst, at det ikke har ikke været muligt at fremskaffe de oprindelige statiske beregninger ifm det oprindelige byggeri i og ombygningerne i 1980erne. Ifm med den nuværende renovering har vi fået tilsendt statiske beregninger af gavlmuren udført af den rådgivende ingeniør Frandsen & Søndergaard K/S. Beregningerne er udført ift. gældende Eurocodes, danske nationale annekser og med partialkoefficienter. Udskrift af beregninger fra programmet EC6design.com er dateret De statiske beregninger er foretaget for gavlvæggen for den situation / fase i renoveringen, hvor stuedæk forefindes. Beregningen viser tilstrækkelig bæreevne. Beregningen har dog som forudsætninger dels at muren er 168mm bred, hvor bredden i realiteten kun er 150mm, og dels en trykstyrke og et elasticitetsmodul for murværket der er noget for højt ift. de reelle værdier. 5. Belastninger Der ikke udarbejdet egentlige statiske beregninger med lastnedføringer. Vi har derfor været nødsaget til at skønne de aktuelle belastninger i forhold til vores observationer på stedet. Egenvægt 180mm betonhuldæk g = 3.0 kn/m 2 *) Egenvægt murværk g = 18.0 kn/m 3 Egenvægt tagkonstruktion g = 6.0 kn/m **) Nyttelast etager q = 0.5 kn/m 2 ***) *) Egenvægten af huldækkene er sat svarende til egenvægten af tilsvarende huldæk som de leveres i dag, inklusiv vægten af fugeudstøbningen. **) Egenvægten af tagkonstruktionen er skønsmæssigt ansat. I henhold til oplysninger givet på mødet d. 12/11 var egenvægten af tagkonstruktionen midlertidigt ført ned i den sammenstyrtede væg. ***) Nyttelasten på etagerne er sat meget lavt for at afspejle den lille belastning som der skønnes at have været i lejlighederne på ulykkestidspunktet. Det blev ved mødet d. 12/11 oplyst at den samlede last på bagmuren var af størrelsesorden 60 kn/m. ovenstående laste giver en samlet last på 62,6 kn/m. 6. Vindlast Der eksisterer ikke nogen direkte målinger af vinden på stedet på ulykkestidspunktet. DMI har oplyst følgende data fra målestation Stenhøj: tidsperiode vindretning 10 minutters maks.vind 8:00-9:00 ca. 9 m/s 9:00-10: grader ca. 10 m/s 10:00-12: grader Ca. 12 m/s Målestation Stenhøj er placeret ca. 10km længere inde i landet ift. Mølleparken. Eftersom vinden næsten har været pålandsvind ift. Frederikshavn er det vores vurdering at den maksimale vind på ulykkestidspunktet har været ca. 15 m/s. Vindretningen svarer til at vinden har virket direkte vinkelret ind på muren og med den mest ugunstige retning ift. understøtningsbetingelserne. 5/10

6 Beregningsmæssigt er det vores vurdering at vinden har medført en vindlast af størrelsesorden 0,15-0,20 kn/m 2. I forhold til de efterfølgende beregninger medtages denne vindbelastning dog ikke. 7. Gavlens opbygning på nedstyrtningstidspunktet Figur 3. Gavl før nedstyrtning På nedrivningstidspunktet er der foretaget en række nedbrydninger af bygningsdele for at kunne udføre den planlagte renovering. De vigtigste ændringer er som følger, se også fig. 3 og 4: 1. Den ydre massive murvinge og altanerne er fjernet. Murvingen har dels som funktion at bære taget og altanerne, og dels at virke afstivende på den bærende bagmur i gavlen fjernes denne vil det svække bæreevnen af bagmuren. 2. Formuren er fjernet for at give plads til mere isolering. Formuren er med til at afstive den bærende bagmur fjernes denne vil det svække bæreevnen af bagmuren. 3. Tagkonstruktionen understøttes af en midlertidig understøtning på det øverste etagedæk. Som en følge af 1/ opstilles på den øverste etage en række understøtninger for taget. Dermed merbelastes den bærende bagmur ift. oprindeligt. 4. I stueetagen er den indvendige 6cm murede væg fjernet. Den indvendige væg er med til at afstive bagmuren fjernes denne svækker det bæreevnen af bagmuren. 5. Stuedækket er fjernet for at give adgang til krybekælderen. Alle ovenstående forhold er med til at svække bagmurens bæreevne, men 5/ er klart det værste forhold. 6/10

7 Ved at fjerne stuedækket fjernes samtidigt en stor del af væggens understøtning. I stedet for at dækket er understøttet over en flade på 150mm er der nu kun 30mm tilbage. Tilbageværende understøtning (30mm) Fjernede bygningsdele Figur 4: Fjernede bygningsdele omkring understøtning for gavlvæg Kun 30mm understøtning tilbage for den bærende bagmur Figur 5: Foto af understøtningsforhold for sammenstyrtet bagmur 7/10

8 8. Beregning af svækket bagmur Foretages en beregning af den svækkede bagmur med ovenstående forhold taget i regning findes følgende resultat, se figur 6. Beregningen er foretaget med programmet EC6design udarbejdet af Teknologisk institut. Beregningerne er baseret på Eurocodes DS/EN1990, DS/EN 1991, DS/EN 1996 alle med tilhørende nationale annekser og NCI er. Figur 6: NM-diagram for svækket bagmur iht. Eurocode Resultatet er at muren er udsat for en belastning på 190% af bæreevnen. Af beregningstekniske årsager er muren vendt på hovedet ovenstående excentricitet e 0 er i realiteten murens excentricitet ved fundamentet. I beregningen er anvendt karakteristiske værdier for belastninger og middelværdier for materialeparametre (3.a) (svarende til bedste estimater af værdierne på nedstyrtningstidspunktet). Dette er gjort for at finde murens bæreevne i den, for muren, mest gunstige situation uden normmæssig sikkerhed via partialkoefficienter og karakteristiske værdier. Med en udnyttelsesgrad på 190% ses det klart, at der ingen mulighed er for at muren kan blive stående det var kun et spørgsmål om hvornår den styrtede sammen. Som tidligere nævnt er vindlasten ikke medtaget i ovenstående beregning. Dette er gjort for at demonstrere at selv i den mest gunstige situation med: Minimal nyttelast på etagerne Ingen sikkerhed / partialkoefficienter på belastningerne og materialeparametre Optimistisk fastsættelse af murværkets styrke- og stivhedsdata svarende til (3.a) Ingen tværlast fra vind er muren voldsomt overbelastet og kollaps er uundgåelig. Betragtes den oprindelige væg før dækskiver fjernes, og gennemføres en beregning med karakteristiske belastninger og med regningsmæssige materialeparametre svarende til (3.b), findes resultatet som vist i fig. 7. Her skal bemærkes at der på den sikre side ikke er regnet med formurens indflydelse på bagmurens stabilitet, og der er yderligere påført en vindlast på 0,45kN/m 2. Denne vindlast svarer til den karakteristiske værdi af den vindlast totalentreprenøren anvender i beregningerne reduceret til 90% pga. at belastningen kun er i den midlertidige situation i oktober-november. 8/10

9 Figur 7: beregning af bagmurens bæreevne før renoveringen er startet. Beregningen viser at bagmuren med samme belastning kun er udnyttet til 89% af sin bæreevne. Fjernes alle de afstivende vægge fra beregningen stiger udnyttelsesgraden til 188%. Konklusionen er at renoveringsarbejdet godt kunne have fundet sted, men kun så længe fjernelsen af stuegulvet var foretaget på en måde der ikke havde ændret understøtningsforholdene for bagmuren, og sålænge bagmuren var afstivet svarende til dels den ydre murvinge og dels den indre tværskillevæg. 9. Diskussion af usikkerheder Ovenstående beregninger er præget af en række usikkerheder hvoraf de vigtigste er: 1. Belastninger. Vi har ikke modtaget beregninger fra totalentreprenøren, og har derfor søgt at fastlægge belastningerne ud fra de oplysninger vi har til rådighed. De reele belastninger kan variere lidt ift. dem vi har fastlagt, men det vil ikke rykke nævneværdigt ved konklusionen. 2. Karakteristiske belastninger. Vi har anvendt karakteristiske belastninger for at modellere bagmuren så tæt på virkeligheden som muligt. Af samme årsag har vi undladt at påføre en vindlast. En indførelse af partialkoeficienter (sikkerhed) på belastningerne vil forøge overbelastningen meget betragteligt. 3. Murværkets materialedata. Der er i ovenstående beregninger anvendt data for murværk svarende til hhv. (3.a) og (3.b). Data (3.a) er nok en del for optimistisk, mens (3.b) formentlig er tættere på de rigtige materialedata. En egentlig styrke- og stivhedsmæssig prøvning af murværket er derfor absolut påkrævet. 10. Konklusion Det er vores konklusion at sammenstyrtningen primært skyldes at understøtningen for bagmuren er fjernet i forbindelse med nedrivningen af stuedækket (dæk over krybekælder). Totalentreprenør/ingeniør har ikke foretaget statiske beregninger af den pågældende væg med understøtningsforholdene på sammenstyrtningstidspunktet. En korrekt anvendelse af de gældende bygningsnormer ville have vist en overhængende risiko for sammenstyrtning af muren. Der er ikke foretaget beregninger af de midlertidige situationer som de forskellige mure bliver udsat for under renoveringsprocessen (fjernelse af afstivende vægge, delvis fjernelse af understøtning etc.). 9/10

10 Beregning af det eksisterende murværk er meget følsom overfor anvendelse af korrekte materialedata. Det er derfor af største vigtighed at disse bestemmes snarest muligt således at det kan eftervises at sikkerheden for bygningerne i renoveringsprocessen til stadighed er tilstede. De nuværende prøver foretaget af Murværkscentret er indikative og ikke fyldestgørende i forhold til en korrekt bestemmelse af styrke- og stivhedsdata for det eksisterende murværk. Murværkscentrets prøveværdier viser materialedata der er noget lavere end hidtil antaget. Hvis de er korrekte kan det betyde at der er flere konstruktionselementer i bebyggelsen der ikke har/vil have den nødvendige sikkerhed for kollaps. Rambøll Aalborg Universitet 10/10