Arkitektonik og husbygning

Transkript

1 Arkitektonik og husbygning Program lektion rep. Lektion 3 Gennemgang af bygningsmaterialers egenskaber Pause Gennemgang af bygningsmaterialers egenskaber Pause Gennemgang af bygningsmaterialers egenskaber. Kursusholder Poul Henning Kirkegaard, institut 5, Aalborg Universitet :22 P.H. Kirkegaard Slide 1/70 Massive træelementer. Lilleheden Gæsteforelæsning fra Lilleheden, (AFLYST) :22 P.H. Kirkegaard Slide 2/70 1

2 Rep. Lekt. 3: Modulstørrelser Byggemodulen M = 100 mm iflg. DS Planlægningsmodulet er 3M = 300 mm (horisontal) Planlægningsmodulet er 2M = 200 mm (vertikal) Byggemål = basismål + fugemål = modulmål Basismål = det enkelte elements fysiske mål :22 P.H. Kirkegaard Slide 3/70 Planlægningsmodulet vælges som udgangspunkt med afstande mellem modullinierne således af målrækken: 300 mm, 600 mm, 900 mm, 1200 mm, osv :22 P.H. Kirkegaard Slide 4/70 2

3 Rep. Lekt. 3: Arbejdskurver σ Flydespænding: Proportionalitetspænding: σ y σ pl Stål σ E = pl ε pl Aluminum = Elasticitetsmodul ε Elastisk Plastisk :22 P.H. Kirkegaard Slide 5/70 Rep. Lekt. 3: Hooke s lov og Poisson s forhold :22 P.H. Kirkegaard Slide 6/70 3

4 Rep. Lekt. 3: Teglsten - typer Format: Normalformat, 228x108x54 mm. Bredsten, 228x168x54 m Anvendelsesområde: Udvendig og indvendig murværk (frostfaste) Miljøklasse: Konstruktioner i aggressivt og moderat miljø Stentryksstyrke: MPa Bruttodensitet: kg/m 3 Vandoptagelse: 17-22% Minutsugning: 1,7-2,4 kg/m :22 P.H. Kirkegaard Slide 7/70 Beton og Cement BETON er en blanding af cement, sand, sten og vand. Danner en tyktflydende masse, som stivner i en form eller forskalling. Beton er ikke hygroskopisk (vandsugende) og kan udføres i vandtæt kvalitet. Hvis der ikke er sten i blandingen, kaldes det cementmørtel. CEMENT er et pulver af kalk og ler, som brændes sammen ved høje temperaturer og pulveriseres. Blandes med vand umiddelbart inden anvendelsen og hærder til stenhård masse i løbet af en uge eller 14 dage. Anvendes som bindemiddel (cementpasta) til at lime sand og sten sammen til beton, eller som bindemiddel i mørtel eller maling. Cement er normalt gråt, så derfor får betonen en grå farve. Hvis man ønsker sin beton lys eller hvid, kan dette opnås ved anvendelse af Aalborg Portlands hvide AALBORG WHITE cement. Cement har 7 styrkeklasser : BASIS-, ABC-, RAPIP-, LAVALKALI SULFATBESTANDIG-, AALBORG WHITE- og MESTER :22 P.H. Kirkegaard Slide 8/70 4

5 Beton Det er størrelsen af stenene i betonen, der har lagt navn til de forskellige betontyper; f.eks. nøddestensbeton, ærtestensbeton osv. Man anvender normalt fire forskellige stenstørrelser: Singels mm (anvendes ikke i praksis) Nøddesten mm Ærtesten 8-16 mm Perlesten 4-8 mm Sand og grus har følgende størrelser: Betonsand 0-4 mm Betongrus 0-16 mm Som en god regel gælder det i øvrigt, at stenene ikke må være større end ca. 1/3 af betonlagets tykkelse - det vil sige til et betongulv på 8-10 cm tykkelse, bør stenene ikke være større en 2,5-3 cm i diameter :22 P.H. Kirkegaard Slide 9/70 Blanding af beton Betonblandinger betegnes stort set altid med tre tal, der er adskilt med koloner - f.eks. 1:3:5. Det betyder, at den pågældende blanding består af 1 del cement, 3 dele sand (eller grus) og 5 dele sten. Der er altid tale om rummål - ikke om kg - det vil i praksis sige spandfulde, skovlfulde eller lignende :22 P.H. Kirkegaard Slide 10/70 5

6 Betons egenskaber (almindelig beton) Trykstyrke: f c = 5-50 MPa Trykstyrke: f c = MPa (CRC) afhænger af fiberindhold Trækstyrke: f t = MPa Elasticitetesmodul: E o =14 50 GPa Tværdeformation/Poisson s forhold: ν = Varmeudvidelse: α = 10-5 m pr. Grad Celcius Densitet: ρ = kg/m 3 Svind Krybning Holdbarhed :22 P.H. Kirkegaard Slide 11/70 Værd at vide om beton Beton må ikke tørre for hurtigt - så risikerer den at revne! I varme perioder skal overfladen derfor holdes fugtig i en periode på en lille uges tid, efter du har støbt. De mest almindelige gulve støbes i én flade. Men i f.eks. et meget langt og smalt rum kan det være fornuftigt at dele støbningen op i to dele, ved at skille på midten med en strimmel masonitplade. Betonens styrke afhænger af vand/cementtallet - det vil sige det indbyrdes forhold mellem vand og cement, og jo mindre vand du anvender, desto stærkere bliver betonen. Et slidlag er betongulvets øverste fine lag, hvor der er anvendt små sten - ellers er blandingsforholdet det samme :22 P.H. Kirkegaard Slide 12/70 6

7 Styrkeudvikling. Den hærdnede betons trykstyrke måles ifølge DS 411 på støbte cylinderformede prøvelegemer med diameter 150 mm og højde 300 mm efter 28 døgns vandlagring. Styrkekrav angives som krav til mindste styrkeklasse, der kan anvendes. Styrkeklasse udtrykkes som mindste karakteristiske trykstyrke ( 5% fraktil) i MPa :22 P.H. Kirkegaard Slide 13/70 Betonens trykstyrke som funktion af v/c-forhold :22 P.H. Kirkegaard Slide 14/70 7

8 Betons trykstyrke :22 P.H. Kirkegaard Slide 15/70 Betons arbejdskurve :22 P.H. Kirkegaard Slide 16/70 8

9 Arbejdskurve Mikrorevner mellem tilslagsmaterialer og cementpastaen kan være en mulig forklaring på betons ikke-lineære arbejdskurve :22 P.H. Kirkegaard Slide 17/ :22 P.H. Kirkegaard Slide 18/70 9

10 Normkrav til betonkonstruktioner De vigtigste krav der stilles til beton-tilslagsmaterialer er; renhed, bestandighed og densiet. Urenheder er især humus indhold samt ler. Humussyre forhindrer cementen i at størkne. Ler har ingen styrke og som belægning på stenmaterialet forhindrer de cementen i at binde til sten og sand. Krav til vandets renhed :22 P.H. Kirkegaard Slide 19/70 Styrkeklasser :22 P.H. Kirkegaard Slide 20/70 10

11 :22 P.H. Kirkegaard Slide 21/ :22 P.H. Kirkegaard Slide 22/70 11

12 :22 P.H. Kirkegaard Slide 23/70 Støbning af beton :22 P.H. Kirkegaard Slide 24/70 12

13 Vibrationsfri beton - selvkomprimerende beton :22 P.H. Kirkegaard Slide 25/70 Vibrationsfri beton - selvkomprimerende beton :22 P.H. Kirkegaard Slide 26/70 13

14 Vinterstøbning Frisk beton behøver varme, for at afbindingen kommer igang. Den efterfølgende hærdeproces er også helt afhængig af temperaturen. Derfor kræver støbning ikoldt vejr en omhyggelig planlægning og gode foranstaltninger til beskyttelse af både den friske beton og den hærdende beton. Med de rigtige foranstaltninger kan betonarbejde I koldt vejr udføres med fint resultat :22 P.H. Kirkegaard Slide 27/70 Letbeton og Letklinkebeton LETBETON: Et produkt fremstillet af uorganiske bindemidler, porøse tilslagsmaterialer og vand, eventuelt med sand og tilsætningsstoffer.porøse tilslagsmaterialer defineres som angivet i DS 406, Lette tilslagsmaterialer. Letbeton kaldes også porebeton/gasbeton. LETKLINKEBETON: Letbeton med porøse tilslag af ekspanderet brændt ler (letklinker/lecabeton) :22 P.H. Kirkegaard Slide 28/70 14

15 Fiberbeton Stålfiberbeton: Beton tilsat stålfibre er især velegnet ved krav om høj slidog slagstyrke Plastfiberbeton: Beton tilsat plastfibre minimerer svindrevner i betonen :22 P.H. Kirkegaard Slide 29/70 Højstyrkebeton CRC-beton CRC er en forkortelse for Compact Reinforced Composite - en fiberarmeret højstyrkebeton udviklet af Aalborg Portland A/S i CRC har stor styrke og en særdeles god holdbarhed. Tilsætning af stålfibre i matricen giver en sejhed, der tillader udnyttelse af små dæklag og tætliggende armering, således at konstruktioner i CRC typisk er med slanke tværsnit. CRC baseret på kvartstilslag og med 6 vol.% stålfibre har typisk en trykstyrke på ca MPa og en styrke målt i direkte træk på ca. 8 MPa. Bøje-trækstyrken er ca. 25 MPa. Ved beregninger regnes med en karakteristisk trykstyrke på 115 MPa, og der benyttes normalt armering med karakteristisk flydespænding på 550 MPa. Det statiske E-modul er på ca. 45 GPa. Udmattelsesforsøg viser, at CRC opfører sig lidt bedre end konventionel beton, primært pga. en bedre evne til omfordeling af spændinger. CRC-materialer kan således have styrker op til ståls styrker, stivheder der er det halve og vægt der er det halve af ståls :22 P.H. Kirkegaard Slide 30/70 15

16 Spændbeton FORSPÆNDT BETON bruges oftes til præfabrikere betonelemeter EFTERSPÆNDT BETON bruges til større konstruktioner som broer, højhuse etc :22 P.H. Kirkegaard Slide 31/70 Grøn beton Beton anvendes i store mængder og er vel nok verdens vigtigste konstruktionsmateriale. Alene i Danmark bruges der årligt ca. 8 mio. ton beton. Det svarer til 1,5 ton beton pr. indbygger. Beton er et miljøvenligt materiale. Den danske cement- og betonbranche har gjort en stor indsats for at nedsætte miljøbelastningen ved cement- og betonproduktion. Men fordi der bruges meget beton, er der god grund til at arbejde med at gøre betonkonstruktioner endnu grønnere. Eks: Flyve aske er et vigtigt produkt for fremtidens miljørigtige betonkonstruktioner :22 P.H. Kirkegaard Slide 32/70 16

17 Pris pr. m 3 excl. moms :22 P.H. Kirkegaard Slide 33/70 Stål Produktion Dept. Building Tech. & Structural Engineering AAU 17

18 Stål Produktion :22 P.H. Kirkegaard Slide 35/70 Stål profiler H-profil I-profil VKR-profil U-profil :22 P.H. Kirkegaard Slide 36/70 18

19 :22 P.H. Kirkegaard Slide 37/70 Kold presset stål C-, Σ-, og Z-profil :22 P.H. Kirkegaard Slide 38/70 19

20 :22 P.H. Kirkegaard Slide 39/70 Arbejdskurve σ Tryk f u Τræk f y E = f y / ε y ε ε y ~10 ε y ~20 ε y :22 P.H. Kirkegaard Slide 40/70 20

21 Ståls styrke :22 P.H. Kirkegaard Slide 41/70 Ståls egenskaber (almindelig stål) Elasticitetesmodul: E = 210 GPa Tværdeformation/Poisson s forhold: ν = 0.3 Varmeudvidelse: α = 12x10-6 m pr. grad Celcius Densitet: ρ = 7850 kg/m 3 Isotrop og homogen :22 P.H. Kirkegaard Slide 42/70 21

22 Træ til konstruktioner KONSTRUKTIONSTRÆ (MASSIVT TRÆ) skal sorteres efter regler, der sikrer, at dets egenskaber er tilfredsstillende, og især at styrke- og stivhedsegenskaberne er pålidelige. De karakteristiske styrkeværdier skal henføres til emnedimensionerne som angivet i DS 413:1998. LIMTRÆ Limtræ til bærende konstruktioner skal fremstilles i overensstemmelse med DS/EN 386. SNEDKERLIMTRÆ anvendes ikke til bærende konstruktioner og er derfor ikke omfatet af kravene i DS :22 P.H. Kirkegaard Slide 43/70 Opskæring af træstammer :22 P.H. Kirkegaard Slide 44/70 22

23 Tømmer-definition Tømmer er iht. DS146 savede træemner med et kvadratisk tværsnit med følgende dimensioner: mm. De tilsvarende dimensioner for høvlet tømmer er iht. DS 1002: mm :22 P.H. Kirkegaard Slide 45/70 Træs styrke og stivhed Træs styrke og stivhed afhænger af følgende: Trækvaliteten Lastretningen Lastvarigheden Fugtigheden :22 P.H. Kirkegaard Slide 46/70 23

24 Træs styrke og stivhed: Trækvalitet Trækvaliteten vurderes (visuelt/maskinelt) på baggrund af træets udseende herunder størrelse og antal af knaster, årringsbredde, placering af marv, densiteten m.m Konstruktions opdeles i styrkeklasser: K14, K18, K24, K30, hvor tallet angiver korttidsbøjningsstyrken i MPa Bjælke: K18 Bjælke: K :22 P.H. Kirkegaard Slide 47/70 Træs styrke og stivhed: Lastretning Styrken afhænger lastretningen i forhold til fiberretningen f t,90 f c,90 f m f t,0 f c,0 f v, :22 P.H. Kirkegaard Slide 48/70 24

25 Træs styrke og stivhed: Lastretning K30 K24 K18 K14 f m,k f t,0,k f t,90,k f c,0,k f c,90,k f v,k Karakteristiske styrketal i MPa, DS413 s :22 P.H. Kirkegaard Slide 49/70 Træs styrke og stivhed: Lastretning K30 K24 K18 K14 f m,k f t,0,k f t,90,k f c,0,k f c,90,k f v,k Karakteristiske styrketal i MPa, DS413 s :22 P.H. Kirkegaard Slide 50/70 25

26 Træs styrke og stivhed: Lastretning K30 K24 K18 K14 E E 0,k E 90,k G Stivhedstal i MPa DS413 s. 15 Middelværdier anvendes ved vurdering af deformationer :22 P.H. Kirkegaard Slide 51/ :22 P.H. Kirkegaard Slide 52/70 26

27 Træs styrke og stivhed: Lastvarighed Styrke og stivhed afhænger af, hvor lang tid lasten virker på konstruktionen, hvilket ses af Madisonkurven :22 P.H. Kirkegaard Slide 53/70 Træs styrke og stivhed: Lastvarighed Styrke og stivhed afhænger af hvor lang tid lasten virker på konstruktionen. Lastkombinationer henføres til en af følgende lastgrupper: P : Permanent last, (egenvægt) L : Langvarig last, (oplagrede varer) M : Mellemlang last, (variable laster ej nævnt) K : Korttids last, (snelast) Ø : Øjeblikkelig last, (Vindlast, påkørsel, ulykkeslast m.m) Den kortestvarende last i en lastkombination bestemmer lastgruppen :22 P.H. Kirkegaard Slide 54/70 27

28 Træs styrke og stivhed: Fugtigheden Fugtindholdet i træ afhænger af omgivelsernes temperatur og fugtighed. Styrke og stivhed falder med øget fugtindhold, som vurderes ud fra anvendelsesklasser (DS413 s. 10): Konstruktioner med træ henføres til følgende anvendelsesklasser: 1 : indendørs 2 : udendørs/overdækket, konstruktioner i ventilerede uopvarmede rum 3 : udendørs, udsat for nedbør, vand eller megen fugt Træets dimensioner ændrer sig (arbejder), når fugtigheden ændres. Øges fugtigheden vil træ udvide sig og modsat. Fugtændringer kan påføre trækonstruktioner en last :22 P.H. Kirkegaard Slide 55/70 Hovedregler for udendørs konstruktioner af træ Ved anvendelse af træ udendørs bør følgende hovedregler altid følges: Vand skal ledes væk fra konstruktionen Opadvendte flader skal være skrå Alle kanter skal være afrundede Vandfælder i konstruktionen skal undgås Frie endeflader skal afdækkes og/eller forsegles Retsiden (kerneside) af brædder og planker vendes opad/udad Fastgørelser gennem opadvendte flader undgås Knusninger i træsamlingers overflader undgås Samlinger mellem konstruktionselementer må ikke kunne opsamle snavs :22 P.H. Kirkegaard Slide 56/70 28

29 Jo større tagudhæng, desto mere af facaden beskyttes mod nedbør og solens UV-stråling. Umalede facader vil med tiden opnå et uensartet udseende på de beskyttede og ubeskyttede flader, så dette skal tænkes ind i arkitekturen :22 P.H. Kirkegaard Slide 57/70 Væggene er så høje at de ikke kunne laves af brædder i ét stykke. I samlingen er derfor monteret en drypkant af metal som leder regnvandet væk :22 P.H. Kirkegaard Slide 58/70 29

30 Underkanten af brædderne er skråt skåret så regnvandet kan løbe af - en drypkant. Jorden er dækket af søsten, så vandet ikke sprøjter op på træet :22 P.H. Kirkegaard Slide 59/ :22 P.H. Kirkegaard Slide 60/70 30

31 Krydsfiner Krydsfiner er det ældste af de træbaserede pladematerialer, der er i handelen i dag. Fremstillingen foregår ved, at der af træstammer (med en forholdsvis stor diameter og med et nogenlunde cirkulært tværsnit og uden krumning) afskrælles finerlag. Stammerne blødgøres forinden ved vandlagring eller kogning. Finerlagene sammenlimes dernæst således, at fiberretningen i én finer altid står vinkelret på fiberretningen i mindst én nabofiner. Krydsfiner fremstilles af både nåletræ og løvtræ :22 P.H. Kirkegaard Slide 61/70 Spånplade Spånplader er et af de ældre træbaserede pladematerialer. De vigtigste råvarer til fremstilling af spånplader er træ, lim og voks. Træet er oftest nåletræ, der leveres i form af høvlspåner, træflis og rundtræ. Spåner og flis kommer fra den træbearbejdende industri fx. savværks-, møbel- og vinduesproduktion. Rundtræet kommer fra udtynding i skovene. Spånerne og limen blandes og presses sammen under høj temperatur og tryk. Ved denne proces hærder limen, og efter afkøling opnår spånpladen stivhed og styrke :22 P.H. Kirkegaard Slide 62/70 31

32 Træk/Trykstyrke for træ, beton og stål Materialet træ er karakteriseret ved en større træk-styrke end trykstyrke. Materialet beton er karakteriseret ved en meget større trykstyrke end trækstyrke. Nogle ståltyper udviser flydning og er karakteriseret ved en stor trækstyrke :22 P.H. Kirkegaard Slide 63/70 Eyecatcher-bygningen, plast :22 P.H. Kirkegaard Slide 64/70 32

33 :22 P.H. Kirkegaard Slide 65/70 Pontresina broen, Schweiz :22 P.H. Kirkegaard Slide 66/70 33

34 Fiberline-broen ved Kolding :22 P.H. Kirkegaard Slide 67/70 Metalpladebeklædning NEG Micon A/S, Randers Curtainwall-løsning. Opbygget med profilglas, som besidder en mat stoflighed, der skaber et særligt raffineret spil :22 P.H. Kirkegaard Slide 68/70 34

35 Glasfacade Terminal 3, Kastrup 5500 m2 glasfacade udført med specielt udviklede aluprofiler med kuldebroisolering :22 P.H. Kirkegaard Slide 69/70 Thank You for Your Attention :22 P.H. Kirkegaard Slide 70/70 35