A1 Projektgrundlag. Aalborg Universitet. Gruppe P17. Julie Trude Jensen. Christian Lebech Krog. Kristian Kvottrup. Morten Bisgaard Larsen

Transkript

1 Gruppe P17 Aalborg Universitet A1 Projektgrundlag Aalborg Universitet Gruppe P17 Julie Trude Jensen Christian Lebech Krog Kristian Kvottrup Morten Bisgaard Larsen Palle Sand Laursen Kasper Rønsig Sørensen 1

2

3 Indholdsfortegnelse 1 Bygværket Bygværkets art og anvendelse Konstruktionens art og opbygning Udførelse Beskrivelse, modeller og tegninger Fremtidige udvidelser Grundlag Normer og standarder Sikkerhed IKT-værktøjer Forundersøgelser Grunden og lokale forhold Geotekniske forhold Konstruktioner Statisk virkemåde Funktionskrav Levetid Robusthed Konstruktionsmaterialer Beton Stål Jord Laster Lastkombinationer Brudgrænsetilstand Anvendelsesgrænsetilstand Permanente laster Nyttelaster Vindlast Snelast Litteratur 16 3

4 Bygværket Bygværkets art og anvendelse Byggeriet er et nybyggeri til undervisnings- og forskningsbrug, samt dertilhørende laboratoriefaciliteter, for Aalborg Universitets Institut for Byggeri og Anlæg. Konstruktionen opføres som en fireetagers konstruktion foruden kælder samt en tagterrasse. Konstruktionen bliver på ca m Konstruktionens art og opbygning Konstruktionen opføres hovedsageligt som et betonelementbyggeri af præfabrikerede elementer, og bliver derfor regnet med skivevirkning. 1.3 Udførelse Konstruktionen er så vidt muligt opbygget af præfabrikerede betonelementer. Enkelte steder, bl.a. til kælder samt samlinger af de præfabrikerede elementer, er det nødvendigt at lave in-situstøbning. 1.4 Beskrivelse, modeller og tegninger Konstruktionsberegninger og tegninger, der ligger til grund for den statiske dokumentation, kan ses i appendiks A1-A10, samt appendiks D1-D Fremtidige udvidelser Konstruktionen bygges op som et modulbyggeri, så bygningen kan tilpasses til nye brugsmønstre og -krav. Dette gøres ved anvendelse af lette vægsystemer, der kan opstilles og nedtages uden væsentlig bygningsmæssig indgriben. Installationer er placeret så disse understøtter fremtidige tilpasninger af konstruktionen. [Rambøll, Kjaer og Richter, Møller og Grønborg,

5 Grundlag Normer og standarder Projektet vil blive udført ud fra de gældende Eurocodes og de tilhørende nationale annekser. Anvendte Eurocodes: Eurocode 0 - Projekteringsgrundlag for bærende konstruktioner Eurocode 1 - Last på bærende konstruktioner Eurocode 2 - Betonkonstruktioner Eurocode 7 - Geoteknik 2.2 Sikkerhed Da konstruktionen er i flere etager, og højden fra terræn til gulvet på øverste etage er mere end 12 m, og da bygningen bruges til bl.a. kontor, vurderes konstruktionen at henføre til høj konsekvensklasse. [Eurocode 0, 2010 Konstruktionen regnes som geoteknisk kategori 2, da konstruktionstypen ikke falder uden for sædvanlig standard, samt at der ikke er særdeles vanskelige jordbundsforhold. [Eurocode 7-1, 2007 Der benyttes en normal dokumentationsklasse, da byggeriet er af simpelt og traditionel karakter og høj konsekvensklasse. [Jensen og Hansen, IKT-værktøjer LaTeX - Tekstbehandlingsprogram Maple 15 - Matematisk beregningsprogram MathCAD 14 - Matematisk beregningsprogram Adobe Photoshop - Billedbehandlings- og tegneprogram Paint.NET - Billedbehandlings- og tegneprogram Google SketchUp 8-3D tegneprogram AutoCAD Tegneprogram Microsoft Excel - Regneark Microsoft Project Tidsplanlægningsprogram 5

6 Forundersøgelser Grunden og lokale forhold Der henvises til den Geotekniske Rapport. 3.2 Geotekniske forhold Der henvises til den Geotekniske Rapport. 6

7 Konstruktioner Statisk virkemåde Konstruktionen udføres som en betonelementkonstruktion. Væg-, facade- og dækelementer over kælderniveau udføres som præfabrikerede elementer. Kælder støbes på stedet. Den lodrette last føres ned til fundamentet igennem de bærende vægge. Den vandrette last på bygningen antages at angribe i de enkelte elementers tyngdepunkt og føres via dækelementerne til de stabilliserende vægge. Flere af betonelementerne er valgt udført som opspændt beton, og dette er med til at sikre bygningens stabillitet. 4.2 Funktionskrav Der er ingen særlige funktionskrav til konstruktionen. 4.3 Levetid Jf. tabel 4.1, og det at bygningen antages som værende en permanent konstruktion, fastsættes den forventede levetid til 50 år. Kategori for Vejledende forventet Eksempler forventet levetid levetid [år 1 10 Ikke-permanente konstruktioner 2 10 til 25 Udskiftelige bærende dele, f.eks. kranbjælker, lejer 3 15 til 25 Landbrugets avlsbygninger o.l Andre almindelige konstruktioner Monumentale bygninger, broer og anlægskonstruktioner Tabel 4.1. Forventet levetid. [Eurocode 2, Robusthed Da konstruktionen henføres til høj konsekvensklasse (CC3), skal der foreligge dokumentation af konstruktionens robusthed. [Eurocode 0,

8 Konstruktionsmaterialer Beton Da det forudsættes, at der anvendes samme betontype i indvendige og udvendige elementer, sættes miljøklassen til aggressiv, dog med den undtagelse, at der benyttes passiv miljøklasse til de indre samlinger. Herudfra forudsættes værdierne listet i tabel 5.1. Parameter Betegnelse Størrelse Densitet, færdigblandet beton ρ 24 kn m 3 Minimumsværdi af betonstyrke f ck 35 MPa Minimum dæklag (aggressiv miljøklasse) c min,a 30 mm Minimum dæklag (passiv miljøklasse) c min,p 10 mm Tolerancetillæg, armering t 10 mm Betons maksimale stenstørrelse d g 16 mm Præfabrikerede betonkonstruktioner Betons trykstyrke og E-modul i armeret beton γ c 1,40 γ 3 Betons trækstyrke γ c 1,60 γ 3 Tabel 5.1. Betonparametre. 5.2 Stål Stålparametrene for armeringen er angivet i tabel 5.2. Parameter Betegnelse Størrelse Stålklasse S MPa Elasticitetsmodul E MPa Densitet ρ kg m 3 Armeringens flydespænding f yd 550 MPa Partialkoefficient for armeringsstyrker γ s 1,20 γ 3 Normal kontrolklasse γ 3 1 Tabel 5.2. Stålparametre. 5.3 Jord Jordparametrene kan ses i den Geotekniske Rapport. 8

9 Laster Lastkombinationer Der ses på to grænsetilstande hhv. brud- og anvendelsesgrænsetilstanden. For hvert af disse tilfælde opstilles lastkombinationer på baggrund af de fundne laster Brudgrænsetilstand Konstruktionen dimensioneres for vedvarende eller midlertidige dimensioneringstilfælde. Der vælges at dimensionere efter STR/GEO, som anvendes ved styrkesvigt eller stor deformation af en konstruktionsdel [Eurocode 1.1, Til beregning af den dimensionsgivende last anvendes formel (6.1). E d = K FI γ G,j G k,j + K FI γ Q,1 Q k,1 + K FI γ Q,i ψ 0,i Q k,i (6.1) E d Regningsmæssig lastpåvirkning [ kn m 2 K FI Konsekvensklassefaktor [- γ G,j Partialkoefficient for den permanente last [- G k,j Den permanente last [ kn m 2 γ Q,1 Partialkoefficient for den dominerende variable last [- Q k,1 Dominerende variabel last [ kn m 2 γ Q,i Partialkoefficient for øvrige variable laster [- ψ 0,i Lastkombinationsfaktor [- Q k,i Den øvrige variable last [ kn m 2 Partialkoefficienterne til brug ved beregning af den regningsmæssige lastpåvirkning i brudgrænsetilstand er anført i tabel 6.1. K FI γ Gj,sup γ Gj,inf γ Q,1 γ Q,i Konsekvensklasse Tyngde af Tyngde af jord Tyngde af Tyngde af jord CC3 konstruktions- og grundvand konstruktions- og grundvand dele dele 1,1 1,0 1,0 0,9 1,0 1,5 1,5 Tabel 6.1. Partialkoefficienter til beregning af regningsmæssig lastpåvirkning i brudgrænsetilstand. Lastkombinationsfaktoren for de forskellige tilfælde til beregning af den regningsmæssige lastpåvirkning i brud- og anvendelsesgrænsetilstand, kan ses i tabel 6.2 på den følgende side. 9

10 Gruppe P17 Aalborg Universitet Last ψ 0 ψ 1 ψ 2 Nyttelast B Kontorarealer 0,6 0,4 0,2 H Større forsamlingsarealer 0,6 0,6 0,5 Nyttelast på tage Snelast Ved kombination med dominerende vindlast 0,0 0,0 0,0 Ellers 0,3 0,2 0,0 Vindlast 0,3 0,2 0,0 Tabel 6.2. Tabeloversigt over lastkombinationsfaktorer. De fundne lastkombinationer for bygningen kan ses i tabel 6.3. STR Perm. last Nyttelast B Nyttelast C Vindlast Snelast Dom. var. last 1 1,1 G k,j,sup 1,25 Q k,1 1,25 Q k,1 0,49 Q k,i 0,49 Q k,i Nyttelast 2 1,1 G k,j,sup 0,99 Q k,i 0,99 Q k,i 1,65 Q k,1 0 Vindlast 3 1,1 G k,j,sup 0,99 Q k,i 0,99 Q k,i 0,49 Q k,i 1,65 Q k,1 Snelast 4 0,9 G k,j,inf 1,25 Q k,1 1,25 Q k,1 0,49 Q k,i 0,49 Q k,i Nyttelast 5 0,9 G k,j,inf 0,99 Q k,i 0,99 Q k,i 1,65 Q k,1 0 Vindlast 6 0,9 G k,j,inf 0,99 Q k,i 0,99 Q k,i 0,49 Q k,i 1,65 Q k,1 Snelast Tabel 6.3. Oversigt over lastkombinationer i brudgrænsetilstand Anvendelsesgrænsetilstand Der anvendes tre forskellige lastkombinationer i anvendelsesgrænsetilstanden, karakteristisk (6.2), hyppig (6.3) og kvasipermanent (6.4). E d,kar = G k,j + P + Q k,1 + ψ 0,i Q k,i (6.2) E d,hyp = G k,j + P + ψ 1,1 Q k,1 + ψ 2,i Q k,i (6.3) E d,kva = G k,j + P + ψ 2,i Q k,1 (6.4) De fundne lastkombinationer for bygningen i anvendelsesgrænsetilstanden kan ses i tabel 6.4 på modstående side. 10

11 Gruppe P17 Aalborg Universitet Lastart Karakteristisk Hyppig Kvasipermanent Permanent last (ugunst) G k,sup G k,sup G k,sup Permanent last (gunst) G k,inf G k,inf G k,inf Vindlast dominerende Q k,1 0,2 Q k,1 0 Øvrige - Sne Øvrige - Nytte B 0,6 Q k,i 0,2 Q k,i 0,2 Q k,i Øvrige - Nytte C 0,6 Q k,i 0,5 Q k,i 0,5 Q k,i Snelast dominerende Q k,1 0,2 Q k,1 0 Øvrige - Vindlast 0,3 Q k,i 0 0 Øvrige - Nytte B 0,6 Q k,i 0,2 Q k,i 0,2 Q k,i Øvrige - Nytte C 0,6 Q k,i 0,5 Q k,i 0,5 Q k,i Nyttelast B dominerende Q k,1 0,4 Q k,1 0,2 Q k,1 Øvrige - Vindlast 0,3 Q k,i 0 0 Øvrige - Sne 0,6 Q k,i 0,2 Q k,i 0,2 Q k,i Øvrige - Nytte C 0,6 Q k,i 0,5 Q k,i 0,5 Q k,i Nyttelast C dominerende Q k,1 0,6 Q k,1 0,5 Q k,1 Øvrige - Vindlast 0,3 Q k,i 0 0 Øvrige - Sne 0,6 Q k,i 0,2 Q k,i 0,2 Q k,i Øvrige - Nytte B 0,6 Q k,i 0,5 Q k,i 0,5 Q k,i Tabel 6.4. Oversigt over lastkombinationer i anvendelsesgrænsetilstand. 6.2 Permanente laster Som fastlagt i tabel 5.1 på side 8 har betonen en densitet på 24 kn m 3. Dette bruges til at fastlægge egenvægten af et givet element. Et beregningseksempel på egenvægten af en væg med en højde på 5,1 m, en tykkelse på 0,15 m og en bredde på 3,2 m, kan ses i formel (6.5). p = 24 kn 0, 15 mm 3, 2 m 5, 1 m = 58, 75 kn (6.5) m3 Egenvægten for et givet elemenet vil bl.a. blive brugt til den lodrette lastnedføring som forefindes i Hovedrapporten. 6.3 Nyttelaster Som beskrevet under afsnit 1.1 på side 4, anvendes bygningen til forskellige gøremål, som f.eks. kontor og forelæsninger, dette gør at der findes flere forskellige nyttelaster. De forskellige nyttelaster der optræder i projektet kan ses i tabel 6.5. Kategori q k [ kn m 2 Q k [kn B (Kontorarealer) 2,5 3 C2 (Forelæsningslokaler) 3,5 4 Tabel 6.5. Nyttelaster. Det vælges dog kun, at anvende nyttelasten C2 (forlæsningslokaler), da denne er mest kritisk og for at, kunne benytte etagereduktionsfaktoren. Ved etagebyggeri reduceres 11

12 Gruppe P17 Aalborg Universitet nyttelasten vha. etagereduktionsfaktoren, som regnes ved formel (6.6). α n = 2 + (n 2) ψ 0 n (6.6) α n n ψ 0 Etagereduktionsfaktor Antal etager (>2) fra samme kategori Lastkombinationsfaktor Lastkombinationsfaktoren ψ 0 afhænger af nyttelastkategorien og hvilken lastkombination, der benyttes. Værdierne for faktoren kan ses i tabel 6.2 på side 10. Udregning af den benyttede etagereduktionsfaktor kan ses i (6.7). Reduktionsfaktoren regnes for fem etager samt kategori B/C for nyttelast. α n = 2 + (5 2) 0, 6 5 = 0, 76 (6.7) 6.4 Vindlast Det udvendig og indvendig vindtryk er beregnes vha. hhv. formel (6.8) og (6.9). [Eurocode 1.4, 2007 w e = q p (z e ) c pe (6.8) w e Vindtryk på udvendige flader [ kn [ q p (z e ) Peakhastighedstrykket i højden z kn e m 2 z e Referencehøjde for udvendig vindtryk [m c pe Formfaktor for udvendig vindtryk [- m 2 Det udvendige og indvendige vindtryk regnes ud fra værdierne i tabel 6.6. Det ses ud fra tabellen, at der kun regnes vind for en referencehøjde. Derved indregnes en sikkerhed i form af større vindtryk på den nederste del af bygningen, end der reelt forekommer. Parameter V N/S/Ø Referencehøjde z [m [ 20,45 20,45 Basisvindhastighed V m b,0 s Retningsfaktoren c dir [- 1 0,8 Sæsonfaktoren c season [- 1 1 Terrænfaktor (kategori III) k r [- 0,215 0,215 Turbulensfaktoren k I [- 1 1 Peakhastighedstryk q p (z) [ kn 0,79 0,63 m 2 Tabel 6.6. Værdier til udregning af vindtrykket. Det udvendige vindtryk på bygningen kan ses i tabel 6.7 og 6.8 på modstående side. Illustration af vindtrykket på bygningen kan ses på figur 6.5 på side

13 Gruppe P17 Aalborg Universitet Område Facade Faktor c pe [- [ Vindtryk vest w kn e m 2 [ Vindtryk øst w kn e m 2 A -1,2-0,94-0,75 B -0,8-0,63-0,50 C -0,5-0,39-0,31 D 0,7 0,55 0,44 E -0,3-0,23-0,18 Tag F -1,8-1,42-1,13 G -1,2-0,94-0,75 H -0,7-0,55-0,44 I ± 0,2 ± 0,15 ± 0,12 Tabel 6.7. Udvendigt vindtryk for vest og øst. Område Facade Faktor c pe [- [ Vindtryk nord w kn e m 2 [ Vindtryk syd w kn e m 2 A -1,2-0,75-0,75 B -0,8-0,50-0,50 D 0,75 0,47 0,47 E -0,4-0,25-0,25 Tag F -1,8-1,13-1,13 G -1,2-0,75-0,75 H -0,7-0,44-0,44 I ± 0,2 ± 0,12 ± 0,12 Tabel 6.8. Udvendigt vindtryk for nord og syd. Angivelse af zonerne fra tabel 6.7 og 6.8 kan ses på figur 6.1 til 6.4 på den følgende side og illustration af værdierne kan ses på figur 6.5 på næste side. Figur 6.1. Zoner for vind på facaden, kommende fra øst eller vest. [Eurocode 1.4, 2007 Figur 6.2. Zoner for vind på facaden, kommende fra nord eller syd. [Eurocode 1.4,

14 Gruppe P17 Aalborg Universitet Figur 6.3. Zoner for vind på taget, kommende fra øst eller vest. [Eurocode 1.4, 2007 Figur 6.4. Zoner for vind på taget, kommende fra nord eller syd. [Eurocode 1.4, 2007 Figur 6.5. Illustration af udvendigt vindtryk. Højre side viser taget, venstre side viser siderne. Alle værdier er i kn m 2. 14

15 Gruppe P17 Aalborg Universitet Det indvendige vindtryk er beregnet vha. formel (6.9). w i = q p (z i ) c pi w i Vindtryk på indvendige flader [ kn [ q p (z i ) Peakhastighedstrykket i højden z kn i m 2 z i Referencehøjde for indvendig vindtryk [m c pi Formfaktor for indvendig vindtryk [- m 2 (6.9) Det indvendige vindtryk kan ses i tabel 6.9. Faktor c pi [- [ Vindtryk V w kn i m 2 [ Vindtryk Ø/N/S w kn i m 2 0,2 0,16 0,13-0,3-0,24-0,90 Tabel 6.9. De indvendige vindtryk. Ønskes yderligere beregninger kan disse findes i appendiks D Snelast Den karakteriske snelast kan beregnes ud fra formel [Eurocode 1.3, 2007 s = µ i C e C t s k (6.10) s µ i Formfaktor for snelast [- C e Eksponeringsfaktor [- Snelast [ kn m 2 C t Termisk faktor [- s k Karakteristiske terrænværdi [ kn m 2 Taghældning α [ µ i [- C e [- C t [- s k 0 0,8 0,9 1 1 Tabel Faktorer og værdier til beregning af snelast. Ud fra formel (6.10) og værdierne i tabel 6.10 er snelasten s udregnet til 0,72 kn m 2. 15

16 Litteratur Eurocode 0, Eurocode 0. Eurocode 0: Projekteringsgrundlag for bærende konstruktioner. Dansk standard, Eurocode 1.1, Eurocode 1.1. Eurocode 1: Last på bærende konstruktioner - Del 1-1: Generelle laster - Densiteter, egenlast og nyttelast for bygninger. Dansk standard, Eurocode 1.3, Eurocode 1.3. Eurocode 1: Last på bærende konstruktioner - Del 1-3: Generelle laster - Snelast. Dansk standard, Eurocode 1.4, Eurocode 1.4. Eurocode 1: Last på bærende konstruktioner - Del 1-4: Generelle laster - Vindlast. Dansk standard, Eurocode 2, Eurocode 2. Eurocode 2: Betonkonstruktioner. Dansk standard, Eurocode 7-1, Eurocode 7-1. Eurocode 7 Geoteknik: Del 1: Generelle regler. Dansk standard, Jensen og Hansen, Bjarne Chr. Jensen og Svend Ole Hansen. Bygningsberegninger. ISBN: , 1. udgave. Nyt Teknisk Forlag, Rambøll, Kjaer og Richter, Møller og Grønborg, Rambøll, Kjaer og Richter, Møller og Grønborg. Byggeprogram og dispositionsforslag fra d. 18. januar Aalborg Universitet,