10/24/2003. Trækonstruktioner:litteratur. Konstruktion IIIb - trækonstruktioner. Rep. Lekt. 5: Vis resultater fra staadpro + bro5

Transkript

1 Konstruktion IIIb - trækonstruktioner Program lektion rep. Lektion 4 Trækonstruktioner Pause Beregning af trækonstruktioner Pause Opgave Kursusholder Poul Henning Kirkegaard, institut 5, Aalborg Universitet :49 P.H. Kirkegaard Slide 1/73 Rep. Lekt. 5: Vis resultater fra staadpro + bro5 + regningsmæssig ved spændinger :49 P.H. Kirkegaard Slide 2/73 Trækonstruktioner:litteratur :49 P.H. Kirkegaard Slide 3/73 1

2 Træbro ved Ikast Spænd 54m, 18 stk dragere, max bjælkehøjde 1.2m :49 P.H. Kirkegaard Slide 4/73 Gigantium, Aalborg Spænd ca. 80 m, Tykkelse 0.2 m, cc 7 m, max højde 1.2 m :49 P.H. Kirkegaard Slide 5/73 Ballymun svømmehal, Dublin :49 P.H. Kirkegaard Slide 6/73 2

3 Matvaruhus, Kirchpark :49 P.H. Kirkegaard Slide 7/73 Limtræspær i Aalborg Lufthavn :49 P.H. Kirkegaard Slide 8/73 Siemens Arena i Ballerup :49 P.H. Kirkegaard Slide 9/73 3

4 :49 P.H. Kirkegaard Slide 10/73 Træspær i staldbygning :49 P.H. Kirkegaard Slide 11/73 Svensk tradition for typehuse af træ :49 P.H. Kirkegaard Slide 12/73 4

5 Typisk dansk træsommerhus :49 P.H. Kirkegaard Slide 13/73 Lærketræhuse :49 P.H. Kirkegaard Slide 14/73 Traditionel opbygning af træhus :49 P.H. Kirkegaard Slide 15/73 5

6 Massivtræbyggeri :49 P.H. Kirkegaard Slide 16/73 Nyt konstruktivt træelement Massivt træbyggeri basere sig på bærende konstruktionselementer, der produceres ved sammensætning af brædder af relativt ringe kvaliteter og mindre dimensioner end de, der sædvanligvis anvendes til konstruktive formål. Tilgengæld for det ringere råmateriale anvendes større mængder træ. Princippet i selve elementfabrikationen er enkel; træ af bræddedimension lægges bredside mod bredside og sømmes eller limes sammen til elementer af en størrelse, der kan håndteres af to mand samt eventuelt en mindre kran. Med disse bærende elementer opføres råhuset tørt, idet de massive træelementer anvendes som bærende dele i vægge, dæk og tage :49 P.H. Kirkegaard Slide 17/73 Massive træelementer :49 P.H. Kirkegaard Slide 18/73 6

7 Ny dansk boligbyggeri i massive træelementer :49 P.H. Kirkegaard Slide 19/73 Ny dansk boligbyggeri i massive træelementer :49 P.H. Kirkegaard Slide 20/73 Öko-Hauptschule, Mäder :49 P.H. Kirkegaard Slide 21/73 7

8 Den Schweiziske Ingeniørskole for træindustrien :49 P.H. Kirkegaard Slide 22/73 Kapel, Zumthor :49 P.H. Kirkegaard Slide 23/73 Kapel, Zumthor :49 P.H. Kirkegaard Slide 24/73 8

9 Tegnestue, Zumthor :49 P.H. Kirkegaard Slide 25/73 Tegnestue, Zumthor :49 P.H. Kirkegaard Slide 26/73 Hus om romerske ruiner, Zumthor :49 P.H. Kirkegaard Slide 27/73 9

10 Kulturhus i Reihoku, Abe Hitoshi :49 P.H. Kirkegaard Slide 28/73 Træhuse fra k_m.architektur I Bregenz :49 P.H. Kirkegaard Slide 29/73 Træhuse fra k_m.architektur I Bregenz :49 P.H. Kirkegaard Slide 30/73 10

11 Træhuse fra k_m.architektur I Bregenz :49 P.H. Kirkegaard Slide 31/73 Kontorhus i Växjö :49 P.H. Kirkegaard Slide 32/73 Sibelius Hallen, Finland :49 P.H. Kirkegaard Slide 33/73 11

12 Colorline færgeterminal i Hirtshals :49 P.H. Kirkegaard Slide 34/73 Kvartershus, København :49 P.H. Kirkegaard Slide 35/73 Brücke Gaissau :49 P.H. Kirkegaard Slide 36/73 12

13 Hvad er træets største fordel? Det er let at bearbejde enten som små enheder på værkstedet eller på byggepladsen, man har en stor fleksibilitet. Træet har økonomisk fordele netop på grund af dets fleksibilitet og den nemme forarbejdning. Træ er et æstetisk materiale, reflekterer lyset varmt og har en god stoflighed. Let og stærk :49 P.H. Kirkegaard Slide 37/73 Hvad er træets største ulempe? Fugtproblematikkerne som det alt overskyggende problem.råd og fugtafhængig dimensionsændringer. Brandsikringen :49 P.H. Kirkegaard Slide 38/73 Brand- og lyd sætter begrænsninger i etagebyggeri Der er specielt to områder, brand- og lydforhold, som kan være med til at sætte begrænsninger for massivtræelementers anvendelsesområder i etagebyggeriet :49 P.H. Kirkegaard Slide 39/73 13

14 Brand sætter begrænsninger i etagebyggeri Dette giver to muligheder for at opføre træhusbyggerier i op til 4 etager, hvor gulv I øverste etage ikke er mere end 9,6 m over terræn, nemlig: 1. Bygningen kan forsynes med et automatisk sprinkleranlæg. 2. De bærende trækonstruktioner kan beskyttes af et ubrændbart eller næsten ubrændbart brandbeskyttelsessystem. (indpakning) :49 P.H. Kirkegaard Slide 40/73 Bygningsgeometri næsten uden begrænsninger Spændvidde op til 12 meter Buede konstruktioner Indbygning af fald :49 P.H. Kirkegaard Slide 41/ :49 P.H. Kirkegaard Slide 42/73 14

15 Facadebeklædning af træ Valg af træart Konstruktiv træbeskyttelse Overfladebehandling Eventuel imprægnering :49 P.H. Kirkegaard Slide 43/73 Tommelfingerregler for tilskåret, ubehandlet træ anvendt udendørs: Over jord har en tynd dimension som regel længere holdbarhed end en tyk. Den tynde dimension tørrer hurtigere efter opfugtning og har dermed ikke samme tendens til at akkumulere fugt. I jord er det omvendt. En tyk dimension holder længere end en tynd. Et træemnes tyndeste dimension bestemmer varigheden. For samme træart gælder næsten altid, at tungere ved høj densitet er mere varigt end let ved. Kerneved er mere varigt end splintved :49 P.H. Kirkegaard Slide 44/73 Konstruktiv træbeskyttelse Konstruktiv træbeskyttelse betyder udformning af konstruktionen, som skal minimere de klimatiske påvirkninger, træet udsættes for. I praksis skal facaden udformes, så træet skærmes mod sol og regn ved, at vandet kan ledes væk, og at træet holdes så tørt, at svampe og insekter ikke kan leve i det. Principperne for konstruktiv træbeskyttelse kan deles i 3 hovedgrupper: Minimal vandpåvirkning Samlinger og fastgørelser Den samlede konstruktion :49 P.H. Kirkegaard Slide 45/73 15

16 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 46/73 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 47/73 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 48/73 16

17 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 49/73 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 50/73 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 51/73 17

18 Om træ :49 P.H. Kirkegaard Slide 52/73 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 53/73 Opskæring af træstammer :49 P.H. Kirkegaard Slide 54/73 18

19 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 55/73 Træs styrke og stivhed Træs styrke og stivhed afhænger af følgende: Trækvaliteten Lastretningen Lastvarigheden Fugtigheden :49 P.H. Kirkegaard Slide 56/73 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 57/73 19

20 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, :49 P.H. Kirkegaard Slide 58/73 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 59/73 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 60/73 20

21 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 61/ :49 P.H. Kirkegaard Slide 62/73 Træs styrke og stivhed: Lastvarighed Styrke og stivhed afhænger af, hvor lang tid lasten virker på konstruktionen, hvilket ses af Madisonkurven :49 P.H. Kirkegaard Slide 63/73 21

22 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 kortest varende last i en lastkombination bestemmer lastgruppen :49 P.H. Kirkegaard Slide 64/73 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 :49 P.H. Kirkegaard Slide 65/73 Træs styrke og stivhed: Regningsmæssig styrke Karak. værdi 5% fraktil (DS413, s. 15) f d fk kmod = 1.64 γ 0 Modifikationsfaktor til lastvarighed og fugtighed, (DS413, s. 30) Faktor for sikkerhedsklasse, (DS413, s. 22) Partialkoeff. for konstruktionstræ, (DS413, s. 22) :49 P.H. Kirkegaard Slide 66/73 22

23 Træs styrke og stivhed: Regningsmæssig styrke f d fk kmod = 1.64 γ 0 regne, regne, regne. f d er for normal sikkerhedsklasse vist i tabeller i SBI 193 s. 70 eller Ståbi s. 274 I høj sikkerhedsklasse multipliceres værdierne med 0.9 I lav sikkerhedsklasse multipliceres værdierne med :49 P.H. Kirkegaard Slide 67/73 Træs styrke og stivhed: Regningsmæssig stivhed E d Ek = ( 1 + ψ 2 k )γ def Karak. værdi v. brudgrænsetilstand Middelværdi v. anvendelsesgrænsetilstand m Partialkoeff. for konstruktionstræ, (DS413, s. 22) γ m = 1.64 γ 0 i brudgrænsen γ m = 1.0 i anvendelsesgrænsen Tager hensyn til anvendelsesklasse (fugt) (DS413, s. 27) Tager hensyn til lastvarigheden (DS413, s. 26) :49 P.H. Kirkegaard Slide 68/73 Bestemmelse af spændinger: For et givet snit kendes snitkræfterne N, M y og M z. Max. kantspænding bestemmes af : σ = N A N M + W σ = σ + σ y M + W z y z m, y + σ m, z Ved bøjning om to akser opstår de maksimale normalspændinger ved tværsnittes hjørner :49 P.H. Kirkegaard Slide 69/73 23

24 Brudkriterier for træ under påvirkning af træk og/eller moment σ f t,0 t,0, d σ f t,0 t,0, d σ + km f σ + f m, y m, d m, y m, d σ + f σ + km f m, z m, d m, z m, d 1 1 k m = 0.7 for rektangulære tværsnit. Tager hensyn til at lavere sandsynlighed for at det svageste punkt i bjælken optræder ved tværsnittes hjørner. k m = 1.0 for andre tværsnit :49 P.H. Kirkegaard Slide 70/73 Brudkriterier for træ under påvirkning af træk/tryk vinkelret på fiberretningen og forskydning Træk vinkelret på fiberretningen kan medføre flækning, se DS og (4)P, (Behandles i lektion 4) Tryk vinkelret på fiberretningen: Se DS (s. 32 og 33), og side 30 og 31 i Dimensionering af træspær. Forskydning se DS :49 P.H. Kirkegaard Slide 71/73 Tværsnitsdimensioner og tværsnitskonstanter: Savskåret træ: bredde: 19, 25, 38, 50, 63, 75, 100, 125, 150, 175, 200 højde: 50, 56, 63, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250 Høvlet træ: bredde: 16, 21, 34, 45, 70, 95,120, 145, 170, 195 højde: 45, 70, 95, 120, 145, 170, 195, 225 Tværsnitskonstanter: A, W y, W z, I y, I z,i y, i z, Se også SBI 193 s. 63 og :49 P.H. Kirkegaard Slide 72/73 24

25 Thank You for Your Attention :49 P.H. Kirkegaard Slide 73/73 25

26

27

28

29