2014 Fundering B4-2-F14 PROJEKTERING AF EN FABRIKATIONSHAL I KJERSING, ESBJERG NORD
1
Titelblad Tema: Bygningen og dens omgivelser Titel: Projektgruppe: B4-2-F14 Projektperiode: P4-projekt 4. semester 03/02-14 27/05-14 Sted: Aalborg universitet, Esbjerg Faglig vejleder: Sven Krabbenhøft Deltagere: Dennis Nielsen Mette Qvistgaard Peter Kasozi Shahyan Haji Dato: Synopsis På bagrund af Maskinfabrikken Alfa A/S s ønske om ny fabrikationshal med tilhørende administrations- og folkerumsfaciliteter udarbejdes denne rapport med henblik på dimensionering af fabrikationshallen, som ønskes opført som stålrammekonstruktion. Projektet er beliggende i Kjersing industriområde i Esbjerg Nord. Der vil i rapporterne blive dimensioneret for de bærende konstruktioner, som omhandler stål, træ, jernbeton og fundamenter. Til slut konkluderes der, at dimensioneringen af fabrikationshallen opfylder de opstillede ønsker fra bygherrens side samt de gældende normer. 2
3
Indholdsfortegnelse 1. Indledning... 6 2. Referencer... 6 3. Beregningsforudsætninger... 7 3.1 Partialkoefficienter... 13 4. Dimensionering af stribefundament F1... 13 5. Dimensionering af fundamenter til gavlsøjler F2.... 16 6. Dimensionering af stålrammefundament F3... 22 7. Dimensionering af betonsøjlernes fundament F4... 36 8. Fundamenternes sætninger... 41 8.2 Sætning af stålrammens fundament... 42 8.3 Sætning af betonsøjlens fundament... 44 9. Konklusion... 47 10. Bilag... 48 4
5
1. Indledning I rapporten dimensioneres på fundamenter til en ny fabrikationshal på Lillebæltsvej i Kjersing, Esbjerg Nord. Derudover dimensioneres på fabrikationshalsterrændæk. Under dimensionering af fundamenter beskæftiges med følgende emner. Fundaments dimensioner Armering Deformationer i form af sætninger Der dimensioners på følgende fundamenter i rapporten. Fundament Betegnelse Stribefundament F1 Gavlsøjler fundament F2 Stålrammer fundament F3 Betonsøjler fundament F4 Tabel 1.1 - Betegnelse for fundamenterne der dimensioners på. Laster der virker på de enkelte fundamenter bestemmes inden dimensionering af selve fundamentet. Henvisninger til lasternes oprindelse forekommer i forbindelse med afsnittene, desuden er alle målene på skitserne i mm. Dimensionering af fundamenterne tager udgangspunkt i en geotekniskrapport, samt en række forudsætning som belyses i følgende afsnit. Detaljetegningerne til rapporten er anført i tegningsmappen, hvor følgende tegninger kan findes. Plantegning over alle fundamenter Tegn. Nr. 24 Lodret snit stribefundament Tegn. Nr. 25 Lodret og vandret snit gavlsøjle Tegn. Nr. 26 Lodret og vandret snit stålrammefundament Tegn. Nr. 27 Lodret og vandret snit betonsøjle Tegn. Nr. 28 Der henvises til følgende bilag til denne rapport, som findes under afsnit 10: Geoteknisk rapport fra Jysk Geoteknik A/S Resultater fra Sundolitts dimensioneringsprogram SundDATEPS TrussLAB-Data 2. Referencer Der henvises til følgende under dimensionering af fundamenter og terrændæk. Normer Beregninger er udført med henblik på følgende normer med tilhørende nationale anneks Eurocode 0 Projekteringsgrundlag for bærende konstruktioner DS/EN 1990 Forkortet udgave af Eurocode 0, 2013 6
DS/EN 1990 DK NA: 2013 Nationalt Anneks til Eurocode 0: Projekteringsgrundlag for bærende konstruktioner Eurocode 1 Last på bærende konstruktioner DS/EN 1991 Forkortet udgave af Eurocode 1, 2010 Eurocode 7 - Geoteknik DS/EN1997-1 Eurocode 7 del 1: generelle regler Udover benyttelsen af de foregående normer, er der yderligere blevet gjort brug af: Bøger Teknisk Ståbi 22. Udgave 2013, Nyt Teknisk Forlag, ISBN: 978-87-571-2775-1 Lærebog i Geoteknik af Niels Krebs Ovesen polyteknisk forlag 2. udgave Betonkonstruktioner efter DS/EN 1992-1-1 af Bjarne Chr. Jensen 2. udgave Geoteknisk rapport fra Jysk Geoteknik A/S Fundering af mindre bygninger. SBI-ANVISNING 181 Statens byggeforskningsinstitut 1994. Udarbejdet af geoteknisk institut. Softwareprogrammer Sundolitts dimensioneringsprogram SundDATEPS Tegningsoversigt Arkitekttegninger: Plantegning Tegn. Nr. 1 Udsnit af etageplan Tegn. Nr. 2 Facader Tegn. Nr. 3 Gavl mod nord Tegn. Nr. 4 Gavl mod syd Tegn. Nr. 5 Tværsnit i hal med væg- og tagkonstruktion (Snit A-A) Tegn. Nr. 6 Tværsnit i indskudt etage (Snit B-B) Tegn. Nr. 7 Ingeniørtegninger: Plantegning over alle fundamenter Tegn. Nr. 24 Lodret snit stribefundament Tegn. Nr. 25 Lodret og vandret snit gavlsøjle Tegn. Nr. 26 Lodret og vandret snit stålrammefundament Tegn. Nr. 27 Lodret og vandret snit betonsøjle Tegn. Nr. 28 3. Beregningsforudsætninger Den vedlagte geotekniske rapport danner grundlag for dimensionering af fundamenter samt terrændæk i projektet. Rapporten er udarbejdet af Jysk Geoteknik A/s for en parcelhusgrund i Jomfruens Kvarter i Sønderris, Esbjerg Vest. Oplysningerne fra denne rapport videreføres direkte til byggegrunden for fabrikationshallen. 7
Undersøgelsen bygger på tre boringer udført til 5,0 meter under terræn med prøveudtagning pr. 0,5 meter. Borprøverne viser, at de øverste 0,5 meter er belejret af muldjord. Derfor afrømmes dette lag, da det ikke er velegnet til fundering. Efter dette lag forekommer aflejringer af sandet-ler, hvor boringsundersøgelse afsluttes i glaciale moræneleraflejringer. Grundvandspejl er konstateret i kote + 8,70 svarende til 1,3 meter fra fix + 10. Fundering i projektet påbegyndes i kote + 10,20 I tabel 3.1 er anført materialeparametre, som geoteknisk rapport har redegjort for: Tabel 3.1 Materialeparametre Da fundering sker på sandet-ler, vælges der at undersøge fundaments bæreevne på henholdsvis sand og ler. Bærevenen af fundamenter på sand bestemmes som hovedregel i drænet brudtilstand, hvor den effektiv kohæsion c` = 0. En fundaments bæreevne på ler bestemmes i udrænet brudtilstand, hvor friktionsvinkel = 0 De regningsmæssige værdier bestemmes: Forskydningsstyrke Friktionsvinkel ( ) ( ) ( ) Miljøklasse Alle fundamenter er vurderet til at være i moderat miljøklasse. Beton 8
Til alle fundamenter anvendes en in-situ beton C25. Til terrændækket anvendes en beton C35. Regningsmæssig trykstyrke: Armering Der anvendes udelukkende en Stålkvalitet S550 til alle fundamenter i projektet. Regningsmæssige flydespænding Terrændæk Dimensionering af terrændæk i projektet tager udgangspunkt i det opstillede krav fra bygherre. Disse krav er følgende. Trykfast isolerings tykkelse på 200 mm Beton støbt på stedet Terrændækket skal kunne optage en akseltryk på 115 kn plus et stødtillæg på 20% Det dimensionsgivende kontakttryk er 0,9 MPa Kravane fra bygherre er blandt de forudsætninger, som skal bruges i dimensioneringsprogram. Forudsætninger, som anvendes i programmet, beskrives i følgende afsnit. Dimensionsgivende hjultryk De maksimalt forekommende hjultryk og kontakttryk fra et dæk er bestemmende for terrændækket minimumsdimensioner og bestemmes på grundlag af akseltrykket. Akseltrykket er den samlede belastning fra køretøjet på en aksel, dvs. den samlede lodrette kraft, der overføres til terrændækket fra hjulene på en aksel. For en tohjulet aksel med hjultrykket P og akseltrykket Qk gælder følgende. Akseltrykket øges med en dynamisk forstærkningsfaktor ϕ på 1,40 for luftgummidæk DS/EN 1991-1-1: 2007 Det dimensionsgivende hjultryk bliver dermed. 9
Hvor de 1,20 er et stødtillæg, som dækker over stødpåvirkninger og skæv fordeling af akseltryk. For at forenkle beregningen antages at belastningsflade er cirkulære med samme areal som den egentlige elliptiske flade. Belastningsfladen er illustreret i følgende figur. Figur 3.1 Belastningsfladen Radius af belastningsflade bestemmes ved hjælp af følgende formel: Hvor er det dimensionsgivende kontakttryk. Diameter bliver dermed; De beregnede værdier anvendes i Sundolitts dimensioneringsprogram for terrændæk. Til dimensionering af terrændækket anvendes Sundolitts dimensionering softwareprogram SundDATEPS. Beregningsprogrammet tager udgangspunkt i en række forudsætninger, i hvilke der dimensioneres den samlede tykkelse af terrændækket. I beregningsprogrammet undersøges bæreevne af 150 mm betonlag i kvalitet C35. Miljøklasse er vurderet til at være moderat, hvilket gøres af hensyn til eventuelt spild af betonnedbrydende væsker på betongulvet. Terræntypen fastsættes i henhold til boreprofil fra den geotekniske rapport (bilag afsnit 10) til sandet moræneler. Dæklag svarer til 20 mm, hvilket er forskrevet til moderatmiljøklasse. Desuden tillægges et tolerancetillæg på 10 mm, hvorfor bliver den samlede dæklag på 30 mm. Ballasttal er proportional mellem reaktion under et belastet areal og nedbøjning og bestemmes på baggrund af jordens styrke. For medium-ler ligger ballasttal i et interval mellem 25 125 MN/m 3, hvor i beregningsprogrammet anvendes en ballasttal på 25MN/m 3. 10
Til trykfastisolering anvendes en 200 mm Sundolitts standard S80 gulvplade, der fremstillet af ekspanderet polystyren(eps). Pladen har en høj trykstyrke og tåler høje belastninger. Desuden er pladen meget let og derfor let at håndtere. Under isoleringslag etableres en kapillarbrydende lag på 200 mm stabilgrus. Kapillarbrydende lag har til formål at stoppe indtrængende vand samt fugt med at trænge op i gulvkonstruktionen og beskadige den. Den anbefalede U-værdien af dimensioneringsprogram er på 0,16 W/(m 2 K), hvilket opfylder kravet for terrændæk i bygningsreglement på 0,20 W/(m 2 K). Gulvkonstruktionens opbygning er vist i nedstående figur. Figur 3.2 Terrændæksopbygning i fabrikationshalen Terrændækket i administration- og folkerumsfaciliteter bygges op på samme måde som i fabrikationshallen, dog har betongulvet en tykkelse på 80 mm. Dette vil der tages hensyn til under afgravningsfasen. Der vil graves mindre væk under administration- og folkerumsfacilitetsrummene i forhold til fabrikationshallen. Dette kan ses på tegning nr. 7 i tegningsmappen. På bagrund af de indtastede belastningsoplysninger på terrændækket fås et anbefalet armeringsareal, deformation af dæklaget samt en U-værdi. Resultaterne fra dimensioneringsprogrammet er anført i bilag afsnit 10. Den anbefalede armeringsareal fra programmet kontrolleres i følgende beregninger. I figuren nedunder er der vist betongulvets tværsnit. Figur 3.3 Snit gennem betongulvet. Materialedata: 11
Betonkvalitet C35 Armering Y6 stålkvalitet S550 Regningsmæssige værdi af flydetøjning for armering: Trykzone bliver: Den indre momentarm bestemmes: Regningsmæssige brudmoment bliver: Dimensioneringsprogrammet har bestemt et maksimal regningsmæssigt moment på 19,19 knm/m. Den valgte armering vil derfor være tilstrækkelig. Kontrol for normalarmering Til kontrol af normalarmering anvendes følgende udtryk. 12
dvs. ok, gulvet er normalarmeret. 3.1 Partialkoefficienter Partielkoefficienter, der bruges ved beregning af beton konstruktioner støbt på stedet: Betons trykstyrke armeret beton Betons trykstyrke uarmeret beton Betons trækstyrke Armerings styrke Tabel 3.2 Partielkoefficienter Faktoren tager hensyn til den kontrolklasse, der forskrives i projektet, og for dette projekt svarer faktoren til 1,0 for normalkontrolklasse. 4. Dimensionering af stribefundament F1 Stribefundamentet i projektet påvirkes af laster fra sandwichbetonelementvæg, som danner ydervægskonstruktion nederdel. Derudover tages der udgangspunkt i, at fundamentet bærer ydervægskonstruktions øvre del, der består af et træskelet. Ydervæggens bredde er 340 mm, men fundamentets bredde bliver 300 mm. Dette skyldes sandwichelements udformning. Elementet vil gå 40 mm ud over fundamentet. Stribefundament udformes således: Figur 4.1 Snit gennem stribefundament Den lodrette last, der virker på fundamentet, bestemmes i følgende tabel. 13
Lastdata Beregning Egenlast beton elementvæg Egenlast træskelet væg øvre del Egenlast fundament I alt Tabel 4.1 Beregning af egenlast som påvirker fundamentet Dimensionsgivende last: Det forudsættes at kraften angriber i fundamentets midtpunkt. Eftervisning af bæreevne på ler Effektivt overlejringstryk på ydre- og inderside af FUK bestemmes, hvor den mindste anvendes. Formfaktor for et stribefundament: Bæreevne bliver: Spændinger på jord bestemmes: 14
Bæreevne af fundamentet er større en spænding på jord. Dimension er ok. Eftervisning af fundamentets bæreevne på sand. Den effektiv rumvægt er den gennemsnitlige effektive rumvægt i dybden under fundamentet svarende til den effektive fundaments bredde. bestemmes ved hjælp af følgende figur. Figur 4.2 Effektiv rumvægt Effektiv rumvægt bestemmes således: Bæreevnefaktorerne bestemmes 15
(( ) ) ( ) Formfaktor: Hældningsfaktorer og sættes til 1,0, når den vandrette last H = 0 Bæreevne bliver: Bæreevne af fundamentet er større en spænding på jord. Dimension er ok. Armering Der beregnes ikke på armering i stribefundament, men der anvendes fire y10 armeringsstænger fordelt henholdsvis i top og bund af fundamentet. Armeringens formål er at forhindre svindrevner og sætninger i fundamentet. 5. Dimensionering af fundamenter til gavlsøjler F2. Fundamenterne til gavlsøjler bliver belastet primært af profilernes egenlast og fundamenternes egenlast. Desuden påvirker vindlast søjlernes fundameter. Vindlasten vil tages hensyn til ved at forankre fundamenterne til betongulvet. Dette beskrives senere i rapporten. Fundamentet, som tages udgangspunkt i, befinder sig i nordgavl. Gavlsøjlen på fundament bærer på en HE320B-profil, der anvendes som en bjælke over skydeporten. Derudover er der svejst en gavlsøjle midt på bjælken, som går helt op til kip. Lodret reaktion ved foden af søjlen tages med i beregningen under dimensionering af fundamentet. Gavlsøjlernes fundamenter udformes som vist på følgende figur. 16
Figur 5.1 Snit gennem gavlsøjlefundament Dimensioner for gavlsøjlernes fundament er som vist på figuren nedunder. Figur 5.2 Arealet af gavlsøjlers fundament Rumvægt for materialerne Materiale Uarmeret Beton Armeret Beton Stabilgrus Sandet-ler Tabel 5.1 Materialernes rumvægt Rumvægt Den lodrette last, der virker på fundamentet, bestemmes i følgende tabel. 17
Lastdata Reaktion i profilen Egenlast for profil Egenlast for betonfundament Egenlast ydervægskonstruktion beton elementvæg nedre del Egenlast træskelet væg øvre del I alt Tabel 5.2 Beregning af egenlast som påvirker fundamentet Beregning Regningsmæssig last med dominerende egenlast: Det forudsættes at kraften angriber i fundamentets midtpunkt. Eftervisning af bæreevne på ler Effektivt overlejringstryk på ydre og inderside af FUK bestemmes, hvor den mindste anvendes. Bæreevne bliver: 18
Dimension er ok, men da bæreevne for fundamentet er meget større en spænding på jord, derfor vil det være hensigtsmæssigt at formindske fundamentets dimensioner for at spare på beton. Dimension er ok. Eftervisning af fundamentets bæreevne på sand. Den effektiv rumvægt er den gennemsnitlige effektive rumvægt i dybden under fundamentet svarende til den effektive fundaments bredde. bestemmes ved hjælp af følgende figur. Figur 5.3 Effektiv rumvægt Effektiv rumvægt bestemmes således: Bæreevnefaktorerne bestemmes: 19
(( ) ) ( ) Hældningsfaktorer og sættes til 1,0, når den vandrette last H = 0 Bæreevne bliver: Dimension er ok, men da bæreevnen på sand er meget større i forhold til spændinger, der virker på jord, vil det være hensigtsmæssige at mindske fundaments bredde for at spare på beton. Armering For at fastlægge den nødvendige armering i fundaments underside bestemmes det moment, som opstår på grund af spændinger i FUK. Følgende figur illustrerer, hvorledes momentet opstår. Figur 5.4 Illustration af, hvorledes spændinger på FUK giver moment i snit A-A 20
Figur 5.5 Statisk system Moment i snit A-A bliver Der anvendes følgende armering: U-bøjler y10 20 mm dæklag 10 mm Tolerancetillægge Den valgte armering vil være tilstrækkeligt til at optage det moment, som opstår. Placering af armering er vist i tegning nr. 26 i tegningsmappen. Forankring til gulvet Forankring af gavlsøjler til betongulvet foretages for at tage hensyn til vandrette kræfter, som enten virker som tryk på hallen eller træk væk fra hallen. Ved vandret tryk vurderes, at hallens gulvkonstruktion vil optage trykkræfter, hvorfor trækkræfter etableres forankringer omkring punktfundamentet ind igennem gulvkonstruktionen. Der vælges en y12 og skal forankres min. 700 mm ind i gulvet. Følgende tegningen viser, hvordan forankringen udføres. 21
Figur 5.6 Princip tegning af forankring 6. Dimensionering af stålrammefundament F3 Stålrammens fundament bliver påvirket af lasterne, der virker på stålrammen samt stålrammens egenlast. Lasterne der virker på stålrammen er bestemt ved hjælp af en EDB-program TrussLab og er anført som bilag, afsnit 10. Der henvises til dette bilag under dimensionering af F3. Figur 6.1 Snit gennem stålrammens fundament Følgende figuren illustrerer en række arealer, som anvendes i følgende beregninger 22
Figur 6.2 Fundamentets areal Lastdata til rammefundament: Egenlaster Betongulv Stribefundament Ydervægskonstruktion nederdel Ydervægskonstruktion øvre del Fundamentskaft Fundaments blok Stabilgrus ude Stabilgrus inde Sandet-ler Beregning I alt Tabel 6.1 Beregning af egenlaster som virker på fundamentet Desuden kan betongulvet blive påvirket af en nyttelast på 7,50 kn/m 2. Den samme last regnes også at kunne virke på arealet udenfor. Nedføringsgitteret bidrager også med en vandret og lodret reaktion på rammefoden. Reaktionerne adderes på rammefodens reaktioner for henholdsvis tryk og sug for at tage hensyn til både træk(løftning) og tryk. Nyttelasten bliver: Fundamentet påvirkes af lodrette og vandrette laster for stålrammen, hvor den regningsmæssige last er anført i tabellen nedunder. Lastkombination Lodret reaktion Vandret reaktion Dominerende snelast tryk 199,85kN 103,16kN Dominerende vindlast sug -7,98kN -15,82kN Nedføringsgitter 31,41kN 25,13kN Tabel 6.2 Lastkombinationer der betragtes 23
Der betragtes på de dominerende lastkombinationer for henholdsvis tryk og træk(sug). Lastkombinationerne findes i bilag, afsnit 10.4. Den lodrette reaktion fra vindgitter tages med i beregningen for både tryk og træk (sug), da det antages at der ved tilfælde af vind langs bygning kan opstå træk i nedføringsgitteret. Dimensionsgivende last Dominerende snelast tryk Dominerende vindlast træk(sug) Positiv værdi af last af betyder at fundamentet ikke løftes, snelast som dominerende bliver dermed den dimensionsgivende. Vandret last Det forudsættes at den vandrette reaktion i nedføringsgitteret optages ned i stribefundament. Dette vurderes til at være en sikker forudsætning. Den vandrette regningsmæssige last bliver dermed: På nedstående figur illustreres, hvor kræfterne angriber på fundamentet. Figur 6.3 - Kræfterne som virker på fundamentet 24
Momentet Md opstår, når den vandrette reaktion på fundamentet føres ned til FUK og bestemmes i følgende beregning. Excentricitet bestemmes: Fundamentet undersøges om den stærk excentrisk påvirket ved hjælp af følgende udtryk. Fundamentet er ikke stærkt excentrisk påvirkede. Spænding på jorden bliver: Eftervisning af F3s bæreevne på ler Bæreevnen for fundamentet bestemmes ved følgende udtryk. Effektivt overlejringstryk på ydre og inderside af FUK bestemmes, hvor den mindste anvendes. Formfaktor bestemmes: 25
Hældningsfaktor bestemmes: Bæreevne bliver: Bæreevne for fundamentet er ok. Eftervisning af fundamentets bæreevne for sand Den effektive rumvægt er den gennemsnitlige effektive rumvægt i dybden under fundamentet svarende til den effektive fundaments bredde. bestemmes ved hjælp af følgende figur. 26
Figur 6.4 Effektiv rumvægt Effektiv rumvægt bestemmes således: Bæreevnefaktorerne bestemmes: (( ) ) ( ) Hældningsfaktorer bestemmes: ( ) Den effektive kohæsion lige med: i drænet brudtilstand, dermed bliver hældningsfaktorer ( ) 27
Bæreevne bliver: Fundamentets bæreevne på sand er større end spænding på jorden. Dimension af fundamentet er dermed ok. Glidning Når lasten ikke virker vinkelret på FUK, er det nødvendigt at kontrollere fundamentet for brud som følge af glidning. Kriteriet for glidningsstabilitet til sikring mod brud på grund af glidning på et vandret underlag er vist nedunder. Hvor: Den vandrette komposant af den regningsmæssige last på fundamentfladen. Den regningsmæssige forskydningsmodstand mellem fundamentets underside og jorden. Differensen mellem de stabiliserende og drivende regningsmæssige jordtryk på fundaments sider. For udrænet tilstand beregnes den regningsmæssige forskydningsmodstand som: { Hvor: Det effektiv fundaments areal Den regningsmæssige udrænet forskydningsstyrke i glidefladen Værdierne bestemmes i det følgende: Når fundamentet presses ind mod jorden fås et passivt jordtryk, som virker stabiliserende. I det følgende undersøges størrelsesorden for det jordtryk summeret med lers kohæsionskraft, som opstår under fundamentet. På følgende figur er der vist, hvordan kræfterne virker på fundamentet. 28
Figur 6.5 Kræfterne der virker på fundamentet Jordtrykket på over og underkanten af fundamentets blok bestemmes: Jordtryks resultanten bliver: Eftervisning for glidning: Glidningskriteriet for udrænet tilstand er dermed opfyldt. For den drænede tilstand gælder følgende udtryk: Glidningskriteriet for drænede tilstand er dermed opfyldt. Armering Armering i undersiden (fundamentblok): 29
For at fastlægge den nødvendige armering i fundamentets underside bestemmes det moment, som opstår på grund af spændinger i FUK. Følgende figur illustrerer, hvorledes momentet opstår. Figur 6.6 Illustration af hvorledes spændinger på jord giver moment i snit A-A Figur 6.7 Statisk system Moment i snit A-A bliver: Der anvendes følgende armering: U-bøjler y10 20 mm dæklag 10 mm tolerancetillæg 30
Den dimensionsløse størrelse bestemmes ved hjælp af følgende udtryk: Hvor: er den effektivhøjde er betons regningsmæssige trykstyrke Den effektivhøjde bestemmes. Armeringsgraden: Armeringsareal: Der skal dermed anvendes minimum følgende antal U-bøjler: Der ønskes dog en maksimal afstand på 250 mm mellem U-bøjler. Det mindste antal U- bøjler, der skal anvendes, bestemmes: Der anvendes 10 U-bøjler som får følgende indbyrdes afstand: Der anvendes altså 6 stk. y10 U-bøjler med en indbyrdes afstand på 248 mm i bredderetning, i længderetningen anvendes ligeledes y10 U-bøjler med en maksimal indbyrdes afstand på 250 mm. Armering i oversiden Når fundamentet udsættes for træk, vil den overliggende jord samt fundamentbloks egenlast skabe et moment omkring snit A-A på følgende figur. 31
Figur 6.8 Kræfterne der skaber moment omkring snit A-A ved træk I følgende tabel bestemmes det moment, der opstår, når der er træk omkring snit A-A. Kraftarm Kraft Moment I alt Tabel 6.3 Moment omkring snit A-A Det regningsmæssige moment fås ved dominerende nyttelast: Det regningsmæssige moment er betydeligt lille. Dette vil medføre et mindre armeringsareal i oversiden af fundamentets blok i forhold til undersiden. Der vælges dog at anvende samme armering i oversiden som i undersiden for en sikkerhedsskyld. Armering i skaftet Armering i skaftet dimensioneres ud fra den vandrette kraft, der opstår ved foden af stålrammen samt den lodrette opadrettet kraft, der opstår, når der er træk(sug) på stålrammen. Den vandrette kraft giver et moment i snit B-B. Værdierne for kræfterne er anført i tabel 6.2. I følgende figur er vist, hvordan kræfterne virker på fundamentet. 32
Figur 6.9 Kræfterne på fundamentet Tilfælde 1; den største vandrette kraft der forekommer på stålrammen Tilfælde 2; dominerende vindlast træk(sug). Den oprettede lodrette kraft blev bestemt til 39,39 kn i afsnit 6. Der bestemmes armering for de to tilfælde. Tilfælde 1 Moment i snit B-B bliver: Der anvendes følgende armering: U-bøjler y10 20 mm dæklag 10 mm tolerancetillæg Den dimensionsløse størrelse bestemmes ved hjælp af følgende udtryk. Den effektive højde bestemmes. 33
Armeringsgraden Armeringsareal Tilfælde 2 Minimumsareal for træk armering bestemmes. Derudover skal armeringen kunne optage momentet, der opstår i støbeskellet på grund af Momentet bestemmes: Den dimensionsløse størrelse bestemmes ved hjælp af følgende udtryk. Den effektivhøjde bestemmes. Armeringsgraden: Armeringsareal bestemmes: Det samlede armeringsareal for træk bliver: 34
Det dimensionsgivende armeringsareal bliver dermed armeringsareal fra tilfælde 1 med et armeringsareal på 242,32 mm 2 Der skal dermed anvendes minimum følgende antal U-bøjler: Der ønskes dog en maksimal afstand på 250 mm mellem U-bøjler. Det mindste antal U- bøjler, der skal anvendes, bestemmes: Der anvendes minimum 2 U-bøjler, som får følgende indbyrdes afstand: Der anvendes altså minimum 2 stk. y10 U-bøjler med en indbyrdes afstand på 220 mm, placering af armering er vist i tegning nr. 27. Forankringslængde Den karakteristiske trækkraft T bestemmes. 4 y10 giver: Spænding i armering Forankringslængde svarende til fuld udnyttelse af armering er ifølge Teknisk ståbi 22. udgave tabel 5.10b for in-situ beton lig med: Den regningsmæssige basisforankringslængde bestemmes ud fra følgende udtryk. Forankringslængden for U-bøjlerne bliver dermed 144 mm. 35
7. Dimensionering af betonsøjlernes fundament F4 Betonsøjlernes fundament bliver påvirket af lasterne, der virker på betonsøjlerne og betonsøjlernes egenlast. Lasterne, der virker på søjlerne, er i form af egenlast fra betondæk og nyttelast på betondæk. Dybden på fundamentet bliver 900 mm. Dette skyldes at fundamentet bliver etableret på den indvendige side af fabrikationshallen. Følgende figurer viser fundamentets udformning. Figur 7.1 Snit gennem betonsøjlernes fundament Figur 7.2 Fundamentets dimension Last data Under dimensionering af fundamentet tages udgangspunkt i den hårdeste belastede søjle, søjle S104 i tegningsmappen. Følgende regningsmæssige last er bestemt til at virke på søjlen. 36
I følgende tabel bestemmes den egenlast, der virker på fundamentet. Betongulv Egenlaster Beregning Fundamentskaft Fundaments blok I alt Tabel 7.1 Egenlast der virker på fundamentet Den regningsmæssige last bliver: Kraften antages til at angribe på fundamentets midtpunkt. Dimensionsgivende last bliver. Fundamentet bliver ikke påvirket af vandrette kræfter eller træk(løft), tryk bliver derfor dimensionsgivende. Eftervisning af fundamentets bæreevne på ler Effektivt overlejringstryk på ydre og inderside af FUK bestemmes, hvor den mindste anvendes. Der ses bort fra trykisoleringens rumvægt, da det vurderes at den vil være ubetydelig. Bæreevne bliver 37
Bæreevne af fundamentet på ler er større end spænding på jord. Dimensionen er dermed ok. Eftervisning af fundamentets bæreevne på sand. Den effektive rumvægt er den gennemsnitlige effektive rumvægt i dybden under fundamentet svarende til den effektive fundaments bredde. bestemmes ved hjælp af følgende figur. Figur 7.3 Effektiv rumvægt Effektiv rumvægt bestemmes således: 38
Bæreevnefaktorerne bestemmes (( ) ) ( ) Hældningsfaktorer og sættes til 1,0, når den vandret last H = 0 Bæreevne bliver Bæreevne af fundamentet på sand er større end spænding på jord, dimensionen er dermed ok. Dog vil det være hensigtsmæssige at formindske bredden på fundamentet for at spare på beton. Armering Armering i undersiden (fundamentblok): For at fastlægge den nødvendige armering i fundamentets underside, bestemmes det moment, som opstår på grund af spændinger i FUK. Følgende figur illustrerer hvorledes momentet opstår. Figur 7.4 Illustration af, hvorledes spændinger på jord giver moment i snit A-A 39
Figur 7.5 Statisk system Moment i snit A-A bliver: Der anvendes følgende armering: U-bøjler y10 20mm dæklag 10mm Tolerancetillægge Den dimensionsløse størrelse bestemmes ved hjælp af følgende udtryk. Hvor: er den effektivhøjde er betons regningsmæssige trykstyrke Den effektive højde bestemmes: Armeringsgraden: Armeringsareal: 40
Der skal dermed anvendes minimum følgende antal U-bøjler: Der ønskes dog en maksimal afstand på 250 mm mellem U-bøjler, den mindste antal U- bøjler, der skal anvendes, bestemmes: Der anvendes 6 U-bøjler som får følgende indbyrdes afstand: Der anvendes altså 5 stk. y10 U-bøjler med en indbyrdes afstand på 223 mm i længderetning. I bredde retningen anvendes ligeledes 5 stks y10 U-bøjler, da fundamentet er kvadratisk. 8. Fundamenternes sætninger Beregning af fundamenternes sætninger i forkonsolideret ler anvendes den konventionelle metode: Hvor: er konsolideringsmodul, og sættes til 15 MPa på baggrund af resultaterne fra Geoteknisk rapport. Fremgangsmåden for metoden er, at man deler jordlaget op i et antal lag. Da metoden baseres på integration, er det fordelagtigt at inddele i et antal nødvendige lag samtidig med, at lagene ikke har en stor tykkelse. Længden af de sammenlagte lag giver en dybde z fra fundamentets underkant. Efterfølgende kan de effektive spændinger bestemmes for henholdsvis en stribe- eller et punktfundament: Under et stribefundament findes den lodrette spændingstilvækst ved: For et rektangulært fundament bestemmes spændingstilvækst af: Hvor: er den samlede last, der påvirker fundamentet. er dybden fra FUK 41
og er de respektive bredde og længde for fundamentet. I de følgende afsnit bestemmes sætninger for stålrammens og betonsøjlens fundament. Disse to fundamenter er valgt, da de har en større lastpåvirkning end stålsøjlernes og stribefundamentet. Beregningerne tager udgangspunkt i den ovennævnte metode, hvor jordlaget inddeles i et antal lag. Dernæst bruges en anden integrations metode til bestemmelse af sætninger. Metoden giver et mere nøjagtigt billede af sætningerne, og formlen, der bruges, er: 8.2 Sætning af stålrammens fundament Stålrammens fundament betragtes som et punktfundament, derved anvendes følgende formel for rektangulære punktfundament ved bestemmelse af de effektive spændinger: Da stålrammens fundament betragtes som et rektangulært fundament, anvendes hertil bredden b = 0,9 m og længden l = 0,5 m. Det vil sige, at det er arealet for skaftet, der beregnes på. Dette er vurderet til, at det er tilstrækkeligt for at bestemmes fundamentets sætninger. For at fastlægge den samlede last, der virker på fundamentet, findes værdien af den karakteristiske last, der påvirker på fundamentet. Den karakteristiske egenlast, som virker på fundamentet, er i afsnit Dimensionering af stålrammefundament F3 bestemt til: Hertil skal der bestemmes merlasten, der forekommer, når jorden bortgraves, og derefter placeres et fundament. Volumen af fundamentet: Jord bortgravet: Betonfundament til: Merlasten er dermed: 42
Sætningsgivende last: Bestemmelse af dybden z Kote Effektive spændinger, 9.00 8.90 9.00-z Tabel 8.1 Bestemmelse af den effektive spænding De effektive spændinger, før belastningen påsættes, er hermed: Der antages, at den effektive lodrette spænding pga. last på fundamentet er 20 % af den effektive in-situ spænding. Med disse informationer kan dybden z bestemmes: Lagdeling Jordlaget inddeles i tre forskellige inddelinger fra FUK og 2,5 meter ned. Lag Lagtykkelse, t Lagmidte, z Kote til lagmidte 1 0,3 m 8.85 2 0,6 m 8.4 3 1,6 m 7.3 Tabel 8.2 Beregningsforudsætninger De effektive tillægsspændinger De effektive spændinger bestemmes i hvert lag med udgangspunkt i formlen for rektangulære punktfundamenter. Lagdel 1: Lagdel 2: 43
Lagdel 3: Bestemmelse af sætning Den samlede sætning kan bestemmes ved: Metoden er baseres på en grov tilnærmelse dvs., at sætning på 18,1 mm vil ikke være den endelige men tæt på den virkelige sætning. Der kan hertil yderligere inddeles i flere lag for at få et finere resultat. Derudover kan der bruges en anden metode for at få et mere nøjagtigt resultat. Metoden baseres på integration (ligesom ved den her metode), men hvor denne metode inddeler i mange flere tynde lag. Metoden baseres på den konventionelle sætning: Som det fremgår af resultatet fra den konventionelle sætning, så ligger den meget tæt op ad den grove metode med tre inddelinger. Det kan hermed konkluderes, at stålrammens punktfundament giver en sætning på 19,3 mm. 8.3 Sætning af betonsøjlens fundament Betonsøjlens fundament betragtes som et punktfundament, derved anvendes følgende formel for punktfundament ved bestemmelse af de effektive spændinger: Da betonsøjlens fundament betragtes som kvadratisk fundament, anvendes hertil bredden b = 1,4 m og længden l = 1,4 m. Denne areal er både for skaftet samt betonblokkene. Dette er vurderet til, at det er tilstrækkeligt for at bestemme fundamentets sætninger. For at fastlægge den samlede last, der virker på fundamentet, findes værdien af den karakteristiske last der påvirker fundamentet og dernæst lasten af det bortgravet jord. Den karakteristiske egenlast, som virker på fundamentet, er i afsnit Dimensionering af betonsøjlernes fundament F4 bestemt til: Hertil skal der bestemmes merlasten, der forekommer, når jorden bortgraves og derefter placeres et fundament. 44
Volumen af fundamentet: Jord bortgravet: Betonfundament til: Merlasten er dermed: Sætningsgivende last: Bestemmelse af dybden z Kote Effektive spændinger, 9.10 0 8.7 18 kn/m 3 0,4=7,2 kn/m 2 9.10-z 7,2 kn/m 2 +(z-0,4) (20-10)=3,2+10z Tabel 8.3 Bestemmelse af de effektive spændinger De effektive spændinger, før belastningen påsættes, er hermed: Der antages, at den effektive lodrette spænding pga. last på fundamentet er 20% af den effektive in-situ spænding. Med disse informationer, kan dybden z bestemmes: 45
Lagdeling Jordlaget inddeles i tre forskellige inddelinger fra FUK og 3,4 meter ned. Lag Lagtykkelse, t Lagmidte, z Kote til lagmidte 1 0,5 m 8.85 2 1 m 8.1 3 1,2 m 7 Tabel 8.4 Beregningsforudsætninger De effektive tillægsspændinger De effektive spændinger bestemmes i hvert lag med udgangspunkt i formlen for rektangulære punktfundamenter. Lagdel 1: Lagdel 2: Lagdel 3: Bestemmelse af sætning Den samlede sætning kan bestemmes ved: Metoden er baseret på en grov tilnærmelse, dvs. sætning på 14 mm vil ikke være den endelige, men tæt på den virkelige sætning. Der kan hertil yderligere inddeles i flere lag for at få et finere resultat. Derudover kan der bruges en anden metode, for at få et mere nøjagtigt resultat. Metoden baseres på integration (ligesom ved den her metode), men hvor denne metode inddeler i flere tynde lag. 46
Den endelig sætning bestemmes: Som det fremgår af resultatet fra den konventionelle sætning, så ligger den meget tæt op ad den grove metode med tre inddelinger. Det kan hermed konkluderes, at stålrammens punktfundament giver en sætning på 14,5 mm. 9. Konklusion Under funderingsrapport er der dimensioneret på fabrikationshallens fundamenter. Fundamenternes dimensioner og armering er blevet fastlagt ud fra en række forudsætninger heriblandt de laster, der virker på dem. Desuden er fundamenternes bæreevne både eftervist på sand og ler, hvilket skyldes den jordaflejring, der befinder sig på byggegrunden. Dimensionerne på fundamenterne er anført i tabellen nedunder. Fundament Type Dimension skaft Dimension blok Bredde Længde Bredde Længde F1 Stribefundment 0,3m F2 Punktfundament 0,67m 0,67m F3 Punktfundament 0,5m 0,9m 1,55m 2,4m F4 Punktfundament 0,3m 0,3m 1,44m 1,44m Tabel 9.1 Fundamenternes dimensioner. Efterfølgende er der undersøgt på sætninger for stålrammens samt betonsøjlens fundament i anvendelsesgrænsetilstand. Disse to fundamenter er udvalgt til at bestemme deres sætninger på, da de har en større lastpåvirkning end stålsøjlernes fundament og stribefundament. I beregninger kan der konkluderes, at stålrammens fundament giver en sætning på 19,2 mm, hvor der for betonsøjlens fundament giver en mindre sætning, som er på 14,5 mm. Ifølge SBI-ANVISNING 181(Fundering af mindre bygninger), vurderes en sætning på ca. under 20 mm som acceptabelt. Dette skyldes, at risiko for senere skader er ringe for normalt byggeri, når totalsætningen af fundamenterne bliver mindre end ca. 20 mm. Hertil kan det konkluderes, at fabrikationshallens sætninger er ok! 47
10. Bilag Karakteristiske laster TrussLAB-DATA Data fra TrussLAB for de karakteristiske laster kan ses. Knude numrene er illustreret på figur 10.1. I resultaterne fra TrussLAB er en knude beskrevet som node. Figur 10.1 Knudenumre for rammen. 48
Karakteristisk egenlast 49
Karakteristisk nyttelast 50
Karakteristisk snelast 51
Karakteristisk vindlast ved vind fra vest, udelukkede med tryk på taget 52
Karakteristisk vindlast ved vind fra vest, udelukkede med sug på taget 53
Karakteristisk vindlast ved vind fra nord og syd, udelukkede med sug på taget Lastkombinationer TrussLAB-Data TrussLAB data fra rammen med udfligning. Dataene er fra 6 forskellige lastkombinationer. Knude numrene er illustreret på figur 10.2. I resultaterne fra TrussLAB er en knude beskrevet som node. 54
Figur 10.2 Knudenumre for rammen. L komb,1 : Lastkombination med dominerende egenlast 55
L komb,2 : Lastkombination med dominerende nyttelast L komb,3 : Lastkombination med dominerende snelast 56
L komb,4 : Lastkombination med dominerende vindlast ved vind fra vest, udelukkende med tryk på taget L komb,5 : Lastkombination med vindlast og egenlast med vindlast som den dominerende ved vind fra vest, udelukkende med sug på taget 57
L komb,6 : Lastkombination med vindlast og egenlast med vindlast som den dominerende ved vind fra nord eller syd, udelukkende med sug på taget 58
SundDATEPS Nisseland Dato 30-04-201 Grønland 1100 Nord for thule Tlf: Fax: Kontaktperson: Rudolf Tlf: E-mail: m@d.dk Projekt: Beregner: Dato: Tekst: Beregningsgrundlag SundDATEPS SundDATEPS er et beregningsprogram, der udgives af Sundolitt as. Denne udskrift indeholder resultater af beregninger foretaget i SundDATEPS. Det skal bemærkes, at beregningsresultaterne ikke umiddelbart kan anvendes til isoleringsprodukter med andre styrkeparametre end de i programmet forudsatte - se brugermanual. Beregningen skal altid underkastes en ingeniørmæssig vurdering af såvel beregningsgrundlaget som beregningsresultater inden praktisk anvendelse. Last 1 Type Punktlast Størrelse 69,00 kn Form Cirkel Placering Midt Partialkoefficient: 1,40 Diameter: 370 mm Dæk Type Sikkerhedsklasse Kvalitet Tykkelse Dæklag Beton Normal B35 150 mm 30 mm (Moderat) Isolering Isoleringstype nr. Type Tykkelse E-modul (korttid) (langtid) 1 Sundolitt S150 200 mm 6.500 kn/m 2.250 kn/m Mellemlag Terræn Type Type Ballasttal Intet Moræneler, moderat 25.000 kn/m Sundolitt as Side 1
SundDATEPS Projekt: Beregner: Dato: Tekst: Beregningsresultater Momenter Max. positivt Max. negativt Kapacitet uarmeret SundDATEPS Karakteristisk knm/m 13,71-1,98 Regningsmæssig knm/m 19,19-2,77 4,06 Regningsmæssig tryk Isolering Faktiske Tilladte kn/m kn/m 17,4 45,0 Deformation 2,24 mm U-værdi 0,16 W/m K Sikkerhed for gennemlokning er i orden Undersidearmering Kamstål Ks 410 S Kamstål Ks 550 S Ny Tentor - K 550 TS D C-C C-C mm mm /m mm mm /m mm 6 8 10 12 16 565 50 670 75 670 75 785 100 628 125 754 150 754 150 804 250 804 250 Oversidearmering Kamstål Ks 410 S Kamstål Ks 550 S Ny Tentor - K 550 TS D C-C C-C mm mm /m mm mm /m mm 6 8 10 12 16 Sundolitt as Side 2