Dokumentationsrapport trækonstruktioner

Transkript

1 Ny fabrikationshal i Kjersing for KH Smede- og Maskinfabrik A/S Dokumentationsrapport trækonstruktioner B4-2-F11-H

2 Titelblad Titel: Dokumentationsrapport trækonstruktioner Tema: Gruppe: Bygningen og dens omgivelser B4-2-F11-H111 Periode: Vejledere: Jens Hagelskjær Allan Andersen Sven Krabbenhøft Jan Kirchner (Hovedvejleder) (Vejleder i stålkonstruktion) (Vejleder i geoteknik og beton) (Vejleder i afløbsteknik) Synopsis En bygherre ønsker at få projekteret en ny fabrikationshal, hvortil der er opstillet en række krav og ønsker, udspecificeret i et byggeprogram, der skal sikre at fabrikationshallen får de egenskaber, som er tiltænkt fra bygherres side. I projektet er fabrikationshallens bærende konstruktioner blevet dimensioneret såvel som 12 væsentlige samlinger og 5 forskellige fundamenter, således at bygherrens krav opfyldes, samtidig med at gældende konstruktionsnormer og anden lovgivning overholdes. Foruden dimensioneringen af fabrikationshallen fremlægges der i projektet også en analyse af eksisterende kloakeringsforhold i form af TV-inspektion af spildevandsledning samt tjek af oplandets spildevandmængder i området Kjersing i Esbjerg. Analysen er afsæt til dimensionering af en ny pumpestation, der skal lede spildevandet til Rensningsanlæg Vest. Ydermere udføres der kapacitetsundersøgelse af eksisterende regnvandsledning, hvor det findes at de er underdimensioneret, og der forslås nye dimensioner. 2

3 Forord Denne rapport er udarbejdet af fem bygningsingeniørstuderende på det ingeniør-, natur- og sundhedsvidenskabelige 4.semester 2011 på Aalborg Universitet Esbjerg. Dette projekt henvender sig primært til andre bygningsingeniører og ingeniørstuderende. Projektet omhandler projektering af en ny fabrikationshal opført af stålrammer, hvor der indgår følgende typer af konstruktioner: Stålkonstruktioner Trækonstruktioner Jernbetonkonstruktioner og herunder fundering. Kloakering Det er af praktiske årsager valgt at opdele dokumentationen for projektet jævnfør ovenstående 4 punkter samt en separat rapport for laster, hvor nærværende rapport således omhandler trækonstruktioner og en samlet præsentationsrapport for alle evne. Læsevejledning Til kildehenvisninger benyttes slutnoter angivet med hævede arabertal i kronologisk rækkefølge med undtagelse af egenlasterne i dokumentationsrapporten for laster. I dette afsnit anvendes fodnoter angivet med tal for at lette adgangen til kilderne. Alle figurer og tabeller er ligeledes nummereret fortløbende, og med eventuelle kildehenvisninger angivet sidst i figurteksten. Elementerne i fabrikationshallen har fået følgende navne. Elementnavne: F= fundamenter G = gitter S = søjle B = bjælke P = plade Å= ås R = stålramme De er nummeret med 1, 2, 3 osv. Disse henvises til på tegninger og i overskrifter er de opgivet med blød parentes. Tegninger er opdelt i to hovedkategorier med forskellige bogstaver i navngivning af tegningerne. A for arkitekttegninger, I for ingeniørtegninger og herunder D for detaljetegninger med tilhørende nummer og navn til hver tegning. Henvisninger til tegninger angives med kantet parentes f.eks. [A-01] for Arkitekttegning nummer 1. Henvisning til dokumentationsrapporter fremgår med forkortelse og store bogstaver, mellemrum og afsnitsnummer, der henvises til. Forkortelserne vises herunder: DOK.L = Dokumentationsrapport for laster DOK.T = Dokumentationsrapport for trækonstruktioner DOK.S = Dokumentationsrapport for stålkonstruktioner DOK.B = Dokumentationsrapport for jernbeton og fundering DOK.K = Dokumentationsrapport for kloakering 3

4 Indholdsfortegnelse 1 Indledning Forudsætninger Materialer Lasttilfælde Bærende træelementer Tagåse på fabrikationshallen (Å1), [A-06, A-07, I-02] Facadeåse i fabrikationshallen (Å2), [A-06, A-07, I-02] Halvtagsåse (Å3), [A-06, I-02] Bjælkespær (B3), [A-06, I-02] Rem (B4), [A-06, I-02, I-06] Træsøjle (S7), [A-06, I-02, I-06] Samlinger Gerbersamling mellem halvtagsåse [D-01] Samling mellem bjælkespær og bjælkesko [D-02] Forankring af ås til bjælkespær [D-03] Samling mellem bjælkespær og rem [D-04] Samling mellem rem og træsøjle [D-05] Samling mellem træsøjle og søjlefod [D-06] Litteraturliste

5 1 Indledning Nærværende rapport udgør dokumentationsrapporten for Trækonstruktioner i forbindelse med projektering af ny fabrikationshal til bygherre KH Smede- og Maskinfabrik A/S, på Storstrømsvej i Kjersing, Esbjerg N. I rapporten behandles følgende Trælelementer: Tagåse i fabrikationshallen Facadeåse i fabrikationshallen Halvtagsåse Bjælkespær Rem Træsøjle Desuden behandles følgende samlinger: Gerbersamling mellem halvtagsåse Forankring af ås til bjælkespær Samling mellem bjælkespær og bjælkesko Samling mellem bjælkespær og rem Samling mellem rem og træsøjle Samling mellem træsøjle og søjlefod 5

6 2 Forudsætninger Konsekvensklasse er vurderet til at være CC2 hvilket medfører Partialkoefficienter i :, for egenlaster til ugunst, for egenlaster til gunst, variable laster til ugunst Reduktionsfaktorer ii : Snelast:, ved kombination med dominerende vind, ellers Vindlast: 2.1 Materialer Normal kontrolklasse er anvendt hvilket medfører: Stål: Ved beregninger af samlinger med stål anvendes: Træ: Alle elementer undtagen søjlerne i halvtaget er valgt til at være anvendelsesklasse 2. Søjlerne er pga. regn valgt til at være anvendelsesklasse 3. Ved beregninger af elementerne anvendes følgende partialkoefficienter: For limtræ For konstruktionstræ 6

7 3 Lasttilfælde Ved dimensionering af konstruktionen betragtes i alt otte forskellige lasttilfælde. 1. Egenlast til ugunst, dominerende vindlast fra øst, snelast og nyttelast (herunder kranlaster): Dette lasttilfælde giver det største bøjningsmoment i rammehjørnet. 2. Egenlast til ugunst, dominerende snelast, vindlast fra øst og nyttelast (herunder kranlaster): Dette lasttilfælde giver det største lodrette tryk på halkonstruktionen. 3. Egenlast til gunst og dominerende vindlast fra syd: Dette lasttilfælde giver det største løft i halkonstruktionen. 4. Egenlast til ugunst, dominerende snelast, vindlast fra syd: Dette lasttilfælde giver det største lodrette tryk på halvtagskonstruktionen. 5. Egenlast til gunst og dominerende vindlast fra øst: Dette lasttilfælde giver det største løft i halvtagskonstruktionen. 6. Dominerende vindlast fra nord alene: Dette lasttilfælde giver det største tryk i vindgitteret. 7. Dominerende vindlast fra øst alene: Dette lasttilfælde giver det største træk i vindgitteret. 8. Egenlast til ugunst og dominerende nyttelaster: Dette lasttilfælde benyttes til betonkonstruktioner og kranbjælken. 7

8 4 Bærende træelementer 4.1 Tagåse på fabrikationshallen (Å1), [A-06, A-07, I-02] Her vises dimensionsberegninger af Å1 som er åsene til taget på fabrikationshallen. Den monteres med 800 mm indbyrdes afstand og er boltet til lasker som er svejst på stålrammen. Lastdata Den anvendte styrkekvalitet: C24 Åsene er anlagt pr. 800 mm Figur 1: Statisksystem for tagåsene, beregnes som simpelt understøttetbjælke over 1 fag Egenlast: Den fordelte last stammer fra DOK.L. 1.1 for laster under egenlast af egenlast af tagkonstruktion. Vindlast: Snelast: Åsene er dimensioneret efter Lasttilfælde 2 fra afsnit 3 side 7: 8

9 Reaktioner og snitkræfter: Styrkeparametre: Dimensionering for y-akse (egenlast) Lasttilfælde: Egenlast, vindlast, snelast, sne dominerende Forskydningspænding: 9

10 Tværsnit på 63x175mm savskåret træ: 2-akset bøjningsspænding: Udnyttelsesgraden af Å1: Anvendelsesgrænsetilstanden undersøges herefter ved at tjekke den maksimale nedbøjning: Den ofte anvendte nedbøjningsgrænse: Åsens maksimale nedbøjning overskrider denne nedbøjning, men da denne værdi ikke er et decideret krav, bliver denne nedbøjning accepteret pga. at afvigelsen er acceptabel. Dimensionen er OK! Dvs. til åse på taget af fabrikationshallen skal anvendes: Konstruktionstræ: C24 63x175mm 10

11 4.2 Facadeåse i fabrikationshallen (Å2), [A-06, A-07, I-02] Facadeås på fabrikationshallen dimensioneres i dette afsnit. Styrkekvalitet: C18 Statisk system er, i det lodrette plan, en simpelt understøttet bjælke over 3 fag for egenlasten med ensfordelt last og 2 punktlaster, som stammer fra de små træsøjler. Derimod er det statiske system i det vandrette plan en simpelt understøttet bjælke over ét fag med ensfordelt last, da vindlasten virker ind på den vandrette akse. Disse statiske systemer kan ses på Figur 2. Figur 2: Statiske systemer for den dimensionsgivende af åsene Lastdata Åsene er anlagt pr mm Egenlast: Lasten er taget fra DOK.L 1.4 under egenlast af ydervæg. 11

12 Vindlast: Egenlasten virker ned på y-aksen og vinden virker ind på z-aksen. Desuden virker egenlasten fra de små træsøjler ned på den dimensionsgivende ås som punktlaster på ca. 7 kn. Reaktioner og snitkræfter: Fra Trusslab Styrkeparametre Bøjningsstyrke: Forskydningsstyrke: Tværsnit på 100x200 savskåret træ: 12

13 Dimensionering for y-akse (egenlast) Lasttilfælde: Egenlast alene Forskydning Bøjning Dimensionering for z-akse (vindlast) Lasttilfælde: Vindlast dominerende Forskydning Bøjning Dimensionering for bøjning om 2 akser Herefter vises at: 13

14 Udnyttelsesgraden af Å2: Dimensionen er OK. Dvs. til åse på facaderne af fabrikationshallen skal anvendes: Konstruktionstræ: C18 100x200mm 14

15 4.3 Halvtagsåse (Å3), [A-06, I-02] I følgende afsnit vil tagåsene til halvtaget blive undersøgt for bøjnings- og forskydningsspænding i brudgrænsetilstanden samt udbøjning i anvendelsesgrænsetilstanden. Figur 3: Statiksystem for tagåsene med snelasten Figur 4: Statisksystem for tagåsene med vindlasten Lastdata: Egenlast kn/m 2 Tagstålplader kn/m 2 Snelast 0.72 kn/m 2 Snelast, ophob kn/m 2 Vindlast, træk 1.533kN/m 2 Vindlast, tryk 0.23 kn/m 2 15

16 16

17 17

18 18

19 Dvs. til åse på halvtaget skal anvendes: Konstruktionstræ: C24 75x225mm 19

20 4.4 Bjælkespær (B3), [A-06, I-02] I dette afsnit dimensioneres bjælkespær i halvtaget. Figur 5: Statisk system for bjælkespær med vindlasten Figur 6: Statisk system for bjælkespær med snelasten 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 Dvs. til bjælkespær på halvtaget skal anvendes: Limtræ: GL32h 115 mm x 600 mm 27

28 4.5 Rem (B4), [A-06, I-02, I-06] Limtræsrem i halvtaget bliver i følgende afsnit dimensioneret. Denne bliver undersøgt for bøjnings- og forskydningsspænding i brudgrænsetilstanden samt udbøjning i anvendelsesgrænsetilstanden. Reaktionerne fra spærbjælkerne overføres som laster til remmen, se statisk system nedenfor. Figur 7: Statisk system for remmen 28

29 Lasttilfælde 4 gøres regningsmæssigt herefter: Lasttilfælde 5: Lasttilfælde 5 gøres regningsmæssigt herefter: 29

30 Regningsmæssig bæreevne: 30

31 Anvendelsesgrænsetilstanden: Dvs. til remmen i halvtaget skal anvendes: Limtræ: GL32h 160 mm x 500 mm 31

32 4.6 Træsøjle (S7), [A-06, I-02, I-06] I følgende afsnit vil søjlerne til halvtaget blive dimensioneret. Der undersøges slankhedsforhold og om det nødvendige vederlag overholdes. Statisk system for søjlen er valgt til at være en Eulersøjle (simpelt understøttet i begge ender). Systemet kan ses på Figur 8. Figur 8: Statisk system for søjlen Det karakteristiske tryk parallelt med fiberretningen gøres regningsmæssig: Korrektionsfaktor for lastvarighed og anvendelsesklasse: Tryk i fiberretningen: f c.0.d 32

33 Reaktionerne kommer fra lasttilfælde 4 og 5 se afsnit 3 side 7. 33

34 Da overstående værdier er under 1 er dimensionen OK. 34

35 Og pga. at dette nedunder er opfyldt er vederlaget OK. Dvs. til søjlerne i halvtaget skal anvendes: Limtræ: GL24h 160 mm x 167 mm 35

36 5 Samlinger 5.1 Gerbersamling mellem halvtagsåse [D-01] Dette afsnit omhandler gerbersamling mellem halvtagsåse. Denne samling vises på Figur 9. Figur 9: Tegning af gerbersamlign i halvtaget 36

37 5.2 Samling mellem bjælkespær og bjælkesko [D-02] I dette afsnit dimensioneres bindemidler og plade for bjælkeskosamlingen. Figur 10: Skitse af bjælkeskoen og hulafstande 37

38 Figur 11: Skitse at valgte afstande i bjælkeskoen 38

39 Og pga. at det nedenunder er opfyldt er vist at vederlaget er OK Det forudsættes at boltene skal kunne håndtere når der er løft i bjælkespærret, og boltene vil så kunne klare den numeriske samme trykkraft. Den resterende del af trykkraften vil blive optaget af plade bunden i bjælkeskoen. Det er fravalgt at dimensionere og eftervise selve bjælkeskoen mht. godstykkelse og svejsninger, da lignende beregninger er gennemført, og det har haft første prioritet at nå igennem så mange forskellige beregninger som muligt. 39

40 5.3 Forankring af ås til bjælkespær [D-03] Dette afsnit omhandler dimensionering af samling mellem ås og bjælkespær i halvtaget. Tegning af denne samling kan ses på Figur 12. Figur 12: Tegning af tagåsanker 40

41 dvs. at samlingen er OK 41

42 På grund af at tværbæreevnen for spærbjælken er større end i åsen kan der antages at antallet af søm ikke overstiger 11. Så der antages at der anvendes 11 søm i hver flig. Til samlingen buges SPF290 fra Strong-Tie, to for hver samling. Nærmere samlingsdetalje kan ses på [D- 03]. 5.4 Samling mellem bjælkespær og rem [D-04] Afsnittet herunder omhandler dimensionering af samlingen mellem bjælkespær og rem i halvtaget. Her nedunder vises skitse af designet af samlingen. Figur 13: Skitse af samling mellem bjælkespær og rem i halvtaget 42

43 Derefter vælges afstande mellem bolte udefra de beregnede minimumsafstande. Se skitse nedunder for at se de valgte bolteafstande i plade 1. 43

44 Figur 14: Skitse af bolteafstande i plade 1 i samlingen Se skitse nedunder placering på rem og bolteafstande på plade 2. 44

45 Figur 15: Placering på rem og bolteafstande på plade 2 Til at finde antal skrue i samlingen anvendes Sømdim 45

46 For at se valgte afstande af skrue for plade 2, se Figur 15: Placering på rem og bolteafstande på plade 2Figur 15. Herefter tjekkes svejsningen mellem plade 1 og plade 2. For at se placeringen af svejsningen se Figur 16 herunder. 46

47 Figur 16: Her ses plade 1 og plade 2 i samlingen og placering og størrelse af kantsømmet mellem pladerne Nærmere samlingsdetalje kan ses på [D-04]. 47

48 5.5 Samling mellem rem og træsøjle [D-05] Dette afsnit omhandler dimensionering af bladsamling i halvtaget som omfatter rem og søjle. Denne samling kan ses på Figur 17. Figur 17: Tegning af bladsamling mellem rem og søjle i halvtaget 48

49 49

50 50

51 Figur 18: Skitse af bolteafstande i bladsamlingen 51

52 Figur 19: Skitse af endelige valgte bolteafstande i bladsamlingen Nærmere detalje af samlingen kan ses i Tegningsmappen under [D-05]. 52

53 5.6 Samling mellem træsøjle og søjlefod [D-06] Dette afsnit omhandler dimensionering af samling der har det formål at ankre søjle i halvtaget til fundamentet. Designet og antal og afstande på bolte i samlingen kan ses på Figur 20. Figur 20: Samlingen mellem søjlefod og søjle i halvtaget Beregningerne af samlingen laves med hjælp fra programmet Sømdim som beregner hvor meget hver bolte kan tage ud fra forudsætningerne som nævnes herefter. 53

54 54

55 Nærmere detalje af samlingen kan ses i Tegningsmappen under [D-06]. 55

56 6 Litteraturliste Bøger: - Bjarne Chr. Jensen, Betonkonstruktioner, 2008,1.udgave, Nyt Teknisk Forlag - Bent Bonnerup, Stålkonstruktioner, 2009, 1.udgave, Nyt Teknisk Forlag - Gunnar Mohr, Teknisk Ståbi, 2009, 20. udgave, Nyt Teknisk Forlag - Niels Krebs Ovesen, Lærebog i Geoteknik, 2009, 1.udgave, Polyteknisk Forlag - Leif Winther, Afløbsteknik, 5. udgave, 2006, Polyteknisk Forlag Planer: - Spildevandsplan , april 2008, Esbjerg kommune - Skrift nr. 27 Funktionspraksis for afløbssystemer under regn, 2005, IDA spildevandskomiteen - Bekendtgørelse om kloakarbejde, nr. 473, 7. oktober 1983 Produkter: - Bygningsbeslag til trækonstruktioner, Simpson Strong-Tie A/S, SundDATEPS, Sundolitt, DEMAG, C 3152, ITT Flygt Eurocodes: - DS/EN 1990: Projekteringsgrundlag for bærende konstruktioner - DS/EN : Generelle laster - Densiter, egenlast og nyttelast for bygninger - DS/EN : Generelle laster - Snelast - DS/EN : Generelle laster - Vindlast - DS/EN : Generelle laster - Kranlaster - DS/EN : Generelle regler samt regler for bygningskonstruktioner - DS/EN : Generelle regler samt regler for bygningskonstruktioner - DS/EN : Stålkonstruktioner - Samlinger - DS/EN : Generelt Almindelige regler samt regler for bygningskonstruktioner - DS/EN : Geoteknik Generelle regler Nationale annekser: - EN 1990 DK NA EN DK NA EN DK NA EN DK NA EN DK NA EN DK NA EN DK NA EN DK NA EN DK NA

57 Andre: - EN DK NA Jysk Geoteknik, Ny udstrækning Borggårdsvej, 6731 Tjæreborg, geoteknisk rapport i EN 1990 DK NA Tabel A1.2 (A) ii EN 1990 DK NA Tabel A1.1 57