Statik og bygningskonstruktion Program lektion 1 8.30-9.15 Introduktion Planlovgivning Byggelovgivning 9.15 9.30 Pause 9.30 10.15 Konstruktionsnormerne Grænsetilstande Partialkoefficientmetoden 10.15 10.45 Pause 10.45 12.00 Lastkombinationer Bygningstegning/målafsætning Kursusholder Poul Henning Kirkegaard, institut 5, Aalborg Universitet September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 1/73 Introduktion Kursus-sammenhæng: Projekt Enhedskursus (PE). Formål med kursus: At give de studerende en indføring i bygningskonstruktion samt en introducering til grundlæggende begreber i statik og styrkelære. Kurset tilsigter at sætte de studerende i stand til i et vist omfang at anvende byggetekniskeprincipper samt redegør for statisk virkemåde ved udformningen af en bygning. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 2/73 Introduktion Indhold: regler og krav ved et byggeri byggetekniskeprincipper laster bygningers stabilitet statikkens grundsætninger, kræfter og ligevægt indre kræfter styrke og stivhed September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 3/73 1
Introduktion Indhold: regler og krav ved et byggeri byggetekniskeprincipper laster bygningers stabilitet statikkens grundsætninger, kræfter og ligevægt indre kræfter styrke og stivhed September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 4/73 Introduktion til planlægningssystemet Fysisk planlægning i Danmark: Den fysiske planlægning fastlægger rammerne for opførelse af bygninger, anvendelse af arealer, anlæg af veje, m.m. Bevarelse af byernes kvaliteter, beskyttelse af landskaber og miljøhensyn indgår i stigende grad i den fysiske planlægning. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 5/73 Planlægningen generelt Danmark er inddelt i: Byzoner Sommerhusområder Landzoner Formålet med inddelingen er at bevare det åbne land og sikre, at byudviklingen sker der, hvor den er mest hensigtsmæssig i forhold til offentlig service, bl.a. trafikbetjeningen September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 6/73 2
Zoner September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 7/73 Zoner Sommerhus -område Byzone Landzone September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 8/73 Introduktion til planlægningssystemet I Danmark foregår planlægningen på 3 niveauer: Lokalt i kommunerne Regionalt i amterne Nationalt i Miljø- og Energiministeriet Arbejdsdelingen og ansvaret imellem disse myndigheder er reguleret i loven om planlægning September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 9/73 3
Hierarki i planlægningssystemet Landsplan Regionplan Kommuneplan Lokalplan MEM Amt Kommune Kommune Lov om planlægning: Lokalplanen må ikke stride mod regionplanlægningen og kommuneplanen September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 10/73 Landsplanlægningen Landsplanlægningen er en ramme og et supplement til amternes og kommunernes planlægning, der skal sikre at samfundsudviklingen kan ske på et bæredygtigt grundlag. Landsplanlægningen omfatter emner og projekter, som vurderes at have national betydning, f.eks.: placering af skovarealer og vindmøller Lokalisering af jernbanestrækninger og motorveje mv. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 11/73 Landsplanlægningen (www.mem.dk) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 12/73 4
Regionplaner Amtsrådene udarbejder hvert fjerde år en regionplan, der fastlægger de overordnede rammer for udviklingen i amtet, f.eks. med hensyn til: byudviklingen den overordnede trafikstruktur beskyttelsen af arealer og naturressourcer placeringen af større anlæg og virksomheder September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 13/73 Regionplaner Eksempel på regionplan fra Nordjyllands Amt (www.nja.dk) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 14/73 Veje og stier September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 15/73 5
Tekniske anlæg og infrastruktur September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 16/73 Naturværdier September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 17/73 Kommuneplaner Kommunalbestyrelserne tager sig af planlægningen i de enkelte kommuner. Alle kommuner skal hvert fjerde år udarbejde en kommuneplan, der omfatter hele kommunen. Kommuneplanen skal sikre sammenhængen mellem regionplanlægningen og lokalplanlægningen. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 18/73 6
Kommuneplaner Eksempel på kommuneplan fra Aalborg (4 dele) (www.aalborg.dk) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 19/73 Rammebestemmelser September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 20/73 Lokalplaner Kommunalbestyrelserne udarbejder også lokalplaner, som er detaljerede planer for bestemte områder i kommunen, f.eks.: Nyt industriområde på mange hektarer Stort boligområde Også for en enkelt ejendom, et torv, et butikscenter eller et tema, f.eks. eksempel skiltning. Der skal altid laves lokalplaner i forbindelse med større byggerier, anlægsarbejder og nedrivninger i kommunen. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 21/73 7
Lokalplan September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 22/73 Lokalplan September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 23/73 Nu skal der bygges! Der skal opføres nyt byggeri hvad så?? Der skal laves lokalplan i forbindelse med større byggeri Der skal indhentes byggetilladelse i kommunen (hvis byggeriet er af en vis størrelse) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 24/73 8
Nu skal der bygges! Godkendelse af byggetilladelsen kræver at: Byggeriet er i overensstemmelse med planlovgivningen, dvs. der foreligger en lokalplan (er klaret!!) Byggeriet er i overensstemmelse med byggeloven og det dertil knyttede bygningsreglement (??) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 25/73 Byggeloven Byggeloven er vedtaget i folketinget og skal overholdes Formål med Byggeloven? ( 1 i Byggeloven) at sikre, at bebyggelse udføres og indrettes således, at den frembyder tilfredsstillende tryghed i brand- og sikkerhedsog sundhedsmæssig henseende Dvs. at byggeriet skal opføres, så det kan holde! September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 26/73 Hvordan overholdes Byggeloven? ( 6 i Byggeloven): I bygningsreglementet kan fastsættes regler om udførelse og indretning af bebyggelse med hensyn til: a. varetagelse af sikkerheds-, brandog sundhedsmæssige hensyn Dvs. ved hjælp af Bygningsreglementet September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 27/73 9
Hvad er Bygningsreglementet? Bygningsreglementet er udarbejdet af By- og Boligministeriet (www.byogbolig.dk) Bygningsreglementet indeholder regler for, hvordan Byggeloven kan overholdes September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 28/73 Hvornår gælder Bygningsreglementet? Reglementet gælder for alt byggeri, der ikke er omfattet af bygningsreglementet for småhuse. Hoved-anvendelsesområdet er: Etagebyggeri Erhvervs- og institutionsbyggeri Garager, udhuse Tofamiliehuse (Enfamiliehuse -> BR-S) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 29/73 Begrænsninger Reglementet gælder ikke for: Broer, tunneler og andre anlæg til trafikale formål. Varetages af vej- og jernbanemyndigheder. (f.eks. Vejdirektoratet og Banestyrelsen) Master til elforsyningsanlæg, transformatorstationer. (Energistyrelsen) Højhuse?? September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 30/73 10
BR kan ikke bruges til huse over 45 meter. Ferrings Domicil er 80 meter højt!! September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 31/73 Bygningsreglementets indhold 2. Grundens udnyttelse 3. Bebyggelsens højde- og afstandsforhold 4. Bygningers indretning 5. Konstruktive bestemmelser 6. Brandforhold 7. Fugtisolering 8. Varmeisolering 9. Lydforhold 10. Ildsteder og skorstene 11. Indeklima 12. Installationer 13. Avls- og driftsbygninger og vindmøller September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 32/73 6.Brandforhold - eksempel I forbindelse med loftkonstruktioner mod uudnytteligt tagrum angiver Bygningsreglementet en række krav. BD- branddrøje, BS-brandsikre. BD-30 loft BD-30 kravet gælder alle bygninger opført efter Bygningsreglementet, med undtagelse af avls- og driftsbygninger. Brandkam/Brandkamserstatning, BD-60 Kan udelades ved brandsektionsvægge i 1-etages bygninger under visse forudsætninger. Brandcellevægge, BD-60 Kræves ikke ført til tagdækning. Brandsektions-/brandvæg, BS-60/120 Føres op gennem tagrum og afsluttes med brandkam eller brandkamserstatning. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 33/73 11
6.Brandforhold - eksempel BD-30 loft /13 mm gipsplade 1. 13 mm gipsplade el. gipsplank. Brand- og lydmæssigt er spartling ikke påkrævet 2. Forskalling 19* x 95 mm c/c max. 450 mm 3. 0,15 mm PE-folie 4. 45 x 95 mm træspær c/c 1000 mm 5. 95 mm Rockwool Flexi A-Batts 6. 150 mm Rockwool Flexi A-Batts 7. Brandcellevæg ført 150 mm over loftbeklædning 8. Akustisk fugemasse 9. Af hensyn til varmeisoleringen anbefales det at lægge en række Batts over væggen, således at isoleringstykkelsen også her er min. 250 mm *) Gipsproducenter kan anbefale kraftigere forskalling. (www.rockwool.dk) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 34/73 6.Brandforhold - eksempel BD- Bærende skillevæg 1. 45 x 95 mm træstolper c/c 600 mm 2. 2 x 12 mm kl. 2 beklædning, skjulte beklædninger i pladeform 3. 95 mm BD-60 Flexi Batts fastholdt med søm el. ståltråd, se fastgørelse af isoleringen 4. Akustisk fuge (www.rockwool.dk) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 35/73 BR-krav indenfor brand, lyd og varmeisolering. ROCKWOOL KvikSpec Find den rigtige konstruktion med få klik! (Med forklaring af tekniske begreber) Trapperum U-værdi: Skillevægge mod rum, der er uopvarmede eller opvarmet til en temperatur, der er mere end 8 C lavere end temperaturen i det aktuelle rum: 0,40 W/m²K, ellers intet krav. Luftlydsisolation: Mod boligenhed 52 db. Brandklasse: Mindst BD 60 med et brandbeskyttelsessystem. Overfladekrav: Overflader på vægge og loft skal udføres mindst som kl. 1 beklædning. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 36/73 12
5. Konstruktive bestemmelser 5.1.2 Dimensionering af konstruktioner Stk. 1. Ved dimensionering af bygnings-konstruktioner skal anvendes følgende normer for bygningskonstruktioner: DS 409 Sikkerhedsbestemmelser for konstruktioner DS 410 Last på konstruktioner DS 411 Betonkonstruktioner DS 412 Stålkonstruktioner DS 413 Trækonstruktioner DS 414 Murværkskonstruktioner DS 415 Fundering DS 417 Svejste lagertanke af stål til brandfarlige væsker DS 419 Aluminiumskonstruktioner DS 420 Letbeton DS 446 Tyndpladekonstruktioner DS 451 Kompositkonstruktioner, betonstål September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 37/73 5. Konstruktive bestemmelser 5.1.2 Dimensionering af konstruktioner Stk. 2. Der kan afviges fra bestemmelserne i normerne, når det dokumenteres overfor kommunalbestyrelsen, at afvigelsen er forsvarlig. Dvs. byggeloven overholdes hvis: Byggeriet dimensioneres i henhold til konstruktionsnormerne Byggeriets dimensioneringsgrundlag kan dokumenteres overfor kommunalbestyrelsen (Teknisk Forvaltning) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 38/73 Hvad er en norm? Normerne indeholder en række krav, der tilsigter opnåelse af forsvarlig sikkerhed og funktion af lastpåvirkede konstruktioner. Disse krav er opstillet på baggrund af erfaringer. Dvs. normerne er baseret på en systematisering af kendt teknisk viden. Konstruktionsnormerne er udarbejdet af DIF (Danmarks Ingeniørforening) i perioden 1893-1992. I 1992 blev normstyrelsen integreret i Dansk Standard. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 39/73 13
Standarder I konstruktions-normerne forekommer der henvisninger til danske og internationale standarder, f.eks.: Standarder vedr. materialekvaliteter Standarder vedr. prøvningsmetoder September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 40/73 Byggeloven opsummering September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 41/73 Konstruktionsnormerne Konstruktionsnormerne udgør et sammenhængende, konsistent normsæt, hvis fælles grundlag er: DS 409 Sikkerhedsbestemmelser for konstruktioner DS 410 Last på konstruktioner Materialeinddelte hoved normer DS 411 Betonkonstruktioner DS 412 Stålkonstruktioner DS 413 Trækonstruktioner DS 414 Murværkskonstruktioner DS 415 Fundering Samt flere tilknyttede special normer September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 42/73 14
Konstruktionsnormerne Eksempler på anvendelsesområder DS 409 og DS 410 udgør sikkerheds- og lastgrundlaget for beregning og udførelse af bærende konstruktioner. DS 412: Normen danner sammen med DS 409 og DS 410 grundlaget for dimensionering og udførelse af stålkonstruktioner. Normen omfatter ikke tyndplade-konstruktioner. DS 415: Normen danner sammen med DS 409 og DS 410 grundlaget for beregning og udførelse af funderings- og jordarbejde. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 43/73 Grundlæggende begreber (DS 409) Konstruktioner indenfor det normale erfaringsområde henføres til en af følgende sikkerhedsklasser: Lav sikkerhedsklasse Evt. svigt indebærer meget lille risiko for personskade og kun små samfundsmæssige konsekvenser Normal sikkerhedsklasse Høj sikkerhedsklasse Evt. svigt indebærer stor risiko for personskade og store samfundsmæssige konsekvenser September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 44/73 Grundlæggende begreber (DS 409) De fleste konstruktioner henføres til normal sikkerhedsklasse Lav sikkerhedsklasse: Lagerbygninger Mindre master og tårne Mindre siloer Høj sikkerhedsklasse: Bygninger over 5 etager Tribuner Større vejbroer og tunneler Dæmninger September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 45/73 15
Grundlæggende begreber (DS 409) Hvad er en last? En last er en påvirkning, der medfører spændinger eller deformationer i en konstruktion l l P P September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 46/73 Grundlæggende begreber (DS 409) Hvad er en materialeparameter? Materialeparameter bruges som betegnelse såvel for selve materialets egenskaber som for en konstruktions egenskaber. Styrken af stål eller beton (kender I flere?) En bjælkes bøjningsstyrke September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 47/73 Grundlæggende begreber (DS 409) Hvad er brud og bæreevne? P P max Brud P l l P l September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 48/73 16
Grænsetilstande (DS 409) Kravene til en konstruktions sikkerhed formuleres i forhold til grænsetilstande En grænsetilstand er en tilstand, hvor en konstruktion netop ikke kan opfylde et stillet krav I normerne inddeles grænsetilstandene i: Brudgrænsetilstand (BGT) Anvendelsesgrænsetilstand (AGT) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 49/73 Brudgrænsetilstanden (BGT) Brudgrænsetilstande svarer til brud af hele konstruktionen eller en del af den. Materialebrud Instabilitet Sammenstyrtning September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 50/73 BGT Eksempler Totalsvigt af konstruktion September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 51/73 17
BGT Eksempler Svigt i konstruktionsdel September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 52/73 BGT Eksempler Svigt i konstruktionsdel September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 53/73 BGT Eksempler Svigt i konstruktionsdel September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 54/73 18
BGT Eksempler Svigt i konstruktionsdel September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 55/73 BGT Eksempler Svigt i konstruktionsdel September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 56/73 Anvendelsesgrænsetilstanden (AGT) Anvendelsesgrænsetilstande svarer til grænsen mellem acceptable og uacceptable tilstande under normal brug Uacceptable forhold vedr.tæthed, korrosion, hygiejne, udseende eller komfort pga. deformationer, revnedannelser og svingninger/vibrationer September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 57/73 19
AGT Eksempler Svingninger af bygninger Krav til komfort (10 cm udsving = 2 % føler ubehag) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 58/73 AGT Eksempler Nedbøjninger af konstruktioner Krav til max. nedbøjning Etageadskillelser: 1/400 L (Stål-norm) 1/500 L (Træ-norm) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 59/73 Partialkoefficientmetoden Partialkoefficientmetoden:Ved en sikkerhedsvurdering (beregning) af en konstruktion sættes der en partialkoefficient på materialeparametre og laster Det skal eftervises, at den regningsmæssige lastpåvirkning S d er mindre end den regningsmæssige modstandsevne R d September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 60/73 20
Hvad er regningsmæssig? Regningsmæssig last: En regningsmæssig last bestemmes ved at den karakteristiske ( virkelige ) last multipliceres med en partialkoefficient γ f. Q d = γ f Q k Regningsmæssig materialeparameter: En regningsmæssig værdi af en materialeparameter bestemmes ved den karakteristiske ( virkelige ) parameter divideres med en partialkoefficient γ m m d m = γ k m September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 61/73 Eksempel Karakteristiske værdier ("rigtige" værdier) Nyttelast q k =1,0 kn/m 2 Stålets flydespænding f yk =225 MN/m 2 Regningsmæssige værdier Nyttelast q d =1,3 x 1,0 kn/m 2 Stålets flydespænding f yd =225/1,28 MN/m 2 September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 62/73 Hvad beskriver partialkoefficienten? Partialkoefficienter anvendes for at tage højde for usikkerheder på bestemmelsen af laster og materialeparametre. Dvs. lasterne forøges og styrken reduceres γ f på egenlast = 1,0 (lille usikkerhed) γ f på vindlast = 1,3 (stor usikkerhed) (BEMÆRK!! Ændret i ny norm) γ m for ståls flydespænding =1,28 γ m for ståls E-modul =1,56 September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 63/73 21
Lastkombinationer Alle konstruktioner kræves undersøgt for en eller flere lastkombinationer. DS 409 opererer med 4 lastkombinationer: 1. Anvendelsesgrænsetilstand 2. Brudgrænsetilstand (2.1, 2.2, 2.3) 3. Ulykkeslast (3.1, 3.2) 4. Brand September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 64/73 Hvad er en lastkombination? En kombination af laster på en konstruktion, som tilsammen giver den regningsmæssige lastpåvirkning S d. F.eks. sammensat af: Egenlast (tyngden af en konstruktion: DS 410) Nyttelast (personer, maskiner, trafik: DS 410) Naturlast (vind, sne, is: DS 410) Vandtryk og jordtryk (DS 415) Der skal tages højde for virkningen af flere samtidigt virkende laster September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 65/73 Lastkombination 2.1 BGT Lastkombination 2.1 gælder for brudgrænsetilstande. Den regningsmæssige lastpåvirkning S d er sammensat på flg. måde: Sd = γ fg G + γ fq Q1 + ψ Q2 +... G er permanent last (egenlast) Q 1 og Q 2 er variable laster (sne, vind, nyttelast, mv.) γ fg og γ fq er partialkoefficienter ψ er en lastreduktionsfaktor (mht. samtidighed af last) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 66/73 22
Lastkombination 2.1 BGT Der skal normalt undersøges flere tilfælde for en konstruktion med to variable laster, f.eks. vind (W) og sne (S) foruden egenlast (G): S S S S d d d d d = 1,0 G = 1,0 G + 1,3 S = 1,0 G + 1,3 W = 1,0 G + 1,3 S + ψ W S = 1,0 G + 1,3 W + ψ S = 0,5 = 0,5 September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 67/73 w s ψ ψ s w Konstruktionsnormer - afslutning Konstruktioner inddeles i sikkerhedsklasser Normsættet anvender to grænsetilstande: AGT (normal brug) BGT (brudsituation) Partialkoefficientmetoden: Laster og materialeparametre gøres regningsmæssige vha. af partialkoefficienter (γ f ). Lastkombinationer Kombinationer af permanente og variable laster Der skal tages højde for samtidigt virkende laster (ψ) September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 68/73 Bygningstegninger Der findes Danske Standarder (DS) på både stregtyper og signaturer, og disse standarder bør i videst muligt omfang bruges til bygningstegninger. Standarder for bygningstegninger fås i et samlet hæfte. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 69/73 23
Målafsætning Nulpunktsafsætning Kædemålsafsætning September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 70/73 Afsætning med modullinier Modullinier er opbygget sådan, at de passer med målene på mursten (murmål). Hvis byggeri skal være pænt, skal murersvenden under sit arbejde helst ikke klippe for mange sten i forskellige størrelser. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 71/73 Afsætning med modullinier Modullinier er opbygget af afstande på 10 cm, dette skal så indpasses i murmål. Da murstensmodulet er 6 cm, skal der findes et fælles mål,som er deleligt med både 10 cm og 6 cm (en kvart sten). Det bliver så mål, der er 30-60-90 osv. Modul 2.40 er et meget brugt planlægningsmodul September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 72/73 24
Opgave Prøv og undersøg hvilken information der kan hentes fra www.rockwool.dk. September 11, 2002 P.H. Kirkegaard Slide 73/73 25