Institut for Byggeri og Anlæg Sohngårdsholmsvej 57 9000 Aalborg Titel: Kontorbyggeri på Stuhrs Brygge Tema: Projektering af bygge- og anlægskonstruktioner Projektperiode: B6, forårssemesteret 2007 Synopsis: Projektgruppe: B118 Deltagere: Kristian T. Brødbæk Morten Christiansen Gitte L. Grønbech Jannie J. Nielsen Rikke Poulsen SørenP.H.Sørensen Vejledere: Niels Bobach Kim André Larsen I denne rapport projekteres dele af en kontorbygning. Bygningen er et betonelementbyggeri på seks etager med kælder i den ene ende. Bygningen udformes, så stabiliteten af bygningen er tilstrækkelig, idet den regnes som en skivebygning. Desuden dimensioneres et slapt armeret vægelement og et førspændt dækelement, så de opfylder kravene i både anvendelses- og brudgrænsetilstanden samt brandsituationen. Ved dækelementet tages der hensyn til påvirkninger fra krybning, svind og relaxation. Endelig dimensioneres en samling i et etagekryds. Det vurderes, at halvdelen af bygningen skal pælefunderes, mens den resterende del kan funderes direkte på en sandpudefyldning. For at undgå grundbrud i byggegruben findes det nødvendigt at sænke trykniveauet, hvorfor der dimensioneres et filterboringsanlæg. Desuden dimensioneres spunsvæggen om byggegruben som både fri og forankret, idet også ankretdimensioneres og totalstabiliteten af den forankrede spunsvæg og anker undersøges. Dimensioneringen foretages i både kort- og langtidstilstanden. Oplagstal: 11 Sidetal: 67 Afsluttet: d. 22.05.07 Bilagsrapport og tegningsmappe er vedlagt.
Forord Denne rapport er udarbejdet af gruppe B118 på B-sektorens 6. semester ved Institut for Byggeri og Anlæg, Aalborg Universitet. Det overordnede tema for bachelorprojektet er Projektering af bygge- og anlægskonstruktioner,hvordet er valgt at arbejde med projekteringen af KMD-domicilet på Stuhrs Brygge. De to hovedområder for bachelorprojektet er vægtet med 50% konstruktion og 50% fundering. Projektet består af en hovedrapport med tilhørende bilagsrapport og tegningsmappe. Bagerst i bilagsrapporten er vedlagt en programliste, lagfølgetegning og bilagscd. I programlisten kan navn samt beskrivelse af de anvendte programmer findes. På bilagscd en findes de anvendte beregningsprogrammer, udleveret projektmateriale, detailtegninger, rapporten i pdf-format samt miniprojektet omhandlende udførelsen af KMD-domicilet. I rapporten henvises der til kilder på følgende måde: [ Forfatterens efternavn årstal ] Ved normer og lign. angives kilder ved: [ Nummer på norm årstal ] Supplerende oplysninger om kilderne findes i litteraturlisten. Detailtegningerne i tegningsmappen nummereres på følgende måde: (Bygningsnummer).tegningstype.løbenummer Eksempelvis har en tegning af et vægelement nr. (21).3.01, idet (21) angiver, at det er en ydervæg, 3 angiver, at det er en snittegning, og 01 er løbenummeret. [bips 2005] 1
2
Indhold 1 Indledning 5 1.1 Byggeriet... 6 1.2 Problemstillinger... 8 I Konstruktion 11 2 Statisk projekteringsrapport 13 2.1 Konstruktivtprincip... 13 2.1.1 Konstruktionsmaterialer... 13 2.1.2 Stabiliserende systemer... 15 2.1.3 Konstruktionssamlinger... 17 2.2 Brandforhold... 20 3 Projektgrundlag 23 3.1 Dimensioneringsgrundlag... 23 3.2 Dimensionsgivendelast... 24 3.3 Robusthed... 25 3.3.1 Opfyldelseafrobusthedskrav... 26 4 Statiske beregninger 31 4.1 Stabilitet... 31 4.2 Vægelement... 32 4.2.1 Branddimensionering... 33 4.3 Etagedæk... 34 4.3.1 Anvendelsesgrænsetilstanden... 34 4.3.2 Brudgrænsetilstanden... 35 4.3.3 Branddimensionering... 35 4.4 Samling... 36 II Fundering 37 5 Fundering og etablering af byggegrube 39 5.1 Fundering af bygningen... 42 3
4 INDHOLD 5.2 Byggegrube... 44 5.3 Grundvandssænkning... 45 5.3.1 Lænsning... 46 5.3.2 Sugespidsanlæg... 46 5.3.3 Filterboringsanlæg... 47 5.3.4 Valgafpumpeanlæg... 47 5.4 Forurening... 48 5.4.1 Forurening af grundvand... 49 5.5 Forudsætningerfordimensionering... 49 6 Grundvandssænkningsanlæg 51 7 Dimensionering af spunsvægge 55 8 Konklusion 59 8.1 Konstruktion... 59 8.2 Fundering... 60 9 Summary 63 9.1 Construction... 63 9.2 Foundation... 64 Litteratur 65
Kapitel 1 Indledning Efter lukningen af industrielle foretagender på Aalborg Havnefront, herunder AalborgVærft,erderopståetetbehovfornyudvikling,somkanforbinde havnefronten med den øvrige by. Aalborg Kommune har planer om at udbygge havnefronten med rekreative områder, boliger, Musikkens Hus, havnebad samt andre offentligt tilgængelige faciliteter. Det følgende omhandler det tidligere værftsområde på Østre Havn ved Aalborg Havnefront, også kaldet Stuhrs Brygge. Afsnittet er baseret på TK Developments hjemmeside om Stuhrs Brygge [Stuhrs Brygge 2007]. Området, der kan ses på figur 1.1, ligger centralt placeret i Aalborg ved Limfjorden, kun 1,5 km fra Aalborg Centrum og under 500 m fra Motorvej E45. Områderne omkring Stuhrs Brygge er primært kontor- og industribyggeri. Figur 1.1: Stuhrs Brygges placering på Aalborg Havnefront. 5
6 KAPITEL 1. INDLEDNING Den attraktive placering ved Limfjorden gør Stuhrs Brygge ideel for både bolig-, kontor- og undervisningsbyggeri, hvorved området opnår liv og aktivitetistoredeleafdøgnet. På Stuhrs Brygge er der planlagt en moderne business- og boligpark med mere end 100.000 m 2 lejligheder og kontorlokaler. Første etape omfattede udviklingen af et 26.000 m 2 byggeri bestående af to seks-etagers kontorblokke, der skal anvendes af KMD A/S. KMD A/S er en IT-virksomhed, der på landsbasis beskæftiger ca. 2500 personer, hvoraf de 800 arbejder i Aalborg fordelt på tre forskellige lokaliteter i byen. KMD A/S ønskede at samle Aalborg-aktiviteterne i et samlet domicil med plads til 1000 personer, fordelt på de to kontorblokke beliggende langs den eksisterende tørdok. KMD-domicilet kan ses på figur 1.2. Figur 1.2: KMD-domicilet, der er et 26.000 m 2 stort kontorbyggeri med plads til 1000 ansatte [Stuhrs Brygge 2007]. På figur 1.3 kan bebyggelsesplanen for Stuhrs Brygge ses. KMD-domicilet er placeret i midten, med seks bagvedliggende boligblokke liggende langs Limfjorden. De øvrige bygninger er kontorbygninger. 1.1 Byggeriet Det eksisterende KMD-domicil beskrives mere dybtgående i det følgende, hvor hovedvægten vil blive lagt på østfløjen, da projektet afgrænses til kun at omhandle denne. Bygningen består af seks etager samt en kælder. Etagehøjden er 4,1 m, og den bærende del af konstruktionen er 25,6 m høj. På taget af bygningen er der placeret et ventilationshus med en højde på 4,4 m, hvormed bygningens totale højde bliver 30 m, hvilket svarer til det
1.1. BYGGERIET 7 Figur 1.3: StuhrsBrygge medkmd-domicilet vist centralt i billedet [Stuhrs Brygge 2007]. maksimalt tilladte ifølge lokalplanen for området [Lokalplan 10-066 2003]. Østfløjen er 119,7 m lang og 14,5 m bred, og under den sydlige del er der placeret en kælder, som er 27 m lang. En facadetegning af østfløjen med ventilationshuset placeret på taget kan ses på figur 1.4. Figur 1.4: Østfløjens østvendte facade, idet nord er mod højre. Mål i m. Domicilets to fløje er forbundet via to mellembygninger, der kan ses på figur 1.2. Mellembygningerne spænder over ca. 40 m. Mellembygningen mod nord er placeret således, at den forbinder de to hovedbygninger mellem 3. og 4. etage, hvorimod mellembygningen mod syd forbinder bygningerne mellem 1. og 4. etage. De to mellembygninger vil dermed give anledning til en lastpåvirkning på bygningen, idet de bl.a. understøttes ved hovedbygningerne. Bygningen opføres som montagebyggeri af præfabrikerede betonelementer med en tykkelse, der varierer mellem 150 og 500 mm, hvor etagedækkene
8 KAPITEL 1. INDLEDNING er 320 mm tykke huldæk. Kælder og fundamenter støbes in situ. Byggeriets facader skal ifølge lokalplanen for området udføres som en blank mur, der enten pudses eller vandskures [Lokalplan 10-066 2003]. De indvendige skillevægge er placeret forskelligt på hver etage, hvormed de ikke er kontinuerte gennem bygningen og derfor ikke kan regnes som stabiliserende. Derimod er der i bygningen placeret stabiliserende vægge bl.a. i form af trappeopgange og elevatorskakte. På figur 1.5 kan en grundplan af bygningen ses. Figur 1.5: Grundplan af domicilets østfløj. Mål i m. I dette projekt betragtes og projekteres østfløjen som en enkeltstående bygning. På grund af dette medtages lastpåvirkningen fra mellembygningerne ikke. Det vælges i forbindelse med projekteringen at fastholde de ydre mål samt placeringen af vinduer og døre, som i den eksisterende bygning. Derudover tages der udgangspunkt i placeringen af de eksisterende trappeskakter og bærende skillevægge. Rummene bibeholder dermed deres geometriske udformning. I projekteringen antages det, at bygningen har en levetid på 50 år. 1.2 Problemstillinger I dette projekt redegøres for bygningens statiske system og stabilitet. Derudover dimensioneres et vægelement, et forspændt dækelement samt samlingen mellem disse. Elementernes bæreevne kontrolleres i brud- og anvendelsesgrænsetilstanden samt i brandsituationen. Bygningen skal overholde de gældende robusthedskrav således, at kun en begrænset del af byggeriet svigter ved ulykkestilfælde. Der gøres desuden rede for, hvordan bygningen skal funderes, og hvordan byggegruben skal udformes. Der dimensioneres et grundvandssænkningsanlæg for at holde kælderens byggegrube tør og sikre mod grundbrud. Byggegrubeindfatningen dimensioneres både som bestående af frie og forankrede spunsvægge.
1.2. PROBLEMSTILLINGER 9 I forbindelse med disse problemstillinger er følgende afgrænsninger opstillet: Østfløjen ses som en enkeltstående bygning. Påvirkninger fra de to mellembygninger medtages ikke. Kælderkonstruktionen dimensioneres ikke. Ydermuren i murværk dimensioneres ikke. Ventilationshuset medregnes kun ved bestemmelse af sne- og vindlast. Fundamenterne dimensioneres ikke. Påvirkning på tørdokken pga. udgravningen af byggegrubens kælder undersøges ikke.
10 KAPITEL 1. INDLEDNING
Del I Konstruktion 11
Kapitel 2 Statisk projekteringsrapport I denne statiske projekteringsrapport beskrives byggeriets konstruktive princip samt hvilke krav, byggeriet skal overholde under et brandforløb. 2.1 Konstruktivt princip I dette afsnit redegøres for byggeriets konstruktive princip, herunder nedføring af horisontale og vertikale laster. Undervejs vurderes forskellige stabiliserende systemer og materialer, der er anvendelige for byggeriet. 2.1.1 Konstruktionsmaterialer Valget af det primære konstruktionsmateriale til opbygning af råhuset bestemmes på baggrund af materialernes styrke-, stivheds-, brand- og lydegenskaber. Træ Hvis træ benyttes som bærende konstruktionsmateriale giver Bygningsreglement for erhvervs- og etagebyggeri kun tilladelse til byggeri op til fire etager, pga. de danske brandkrav [BR95 2006]. Imidlertid er der ikke noget krav, der fravælger træ som bærende konstruktionsmateriale for de øverste etager, men da det ønskes at lave et montagebyggeri, hvor gentagende sektioner er en fordel, vil det give visse komplikationer med to forskellige materialer i den bærende konstruktion. Af den grund udelukkes træ i den bærende konstruktion. 13
14 KAPITEL 2. STATISK PROJEKTERINGSRAPPORT Stål Stål har gode styrke- og stivhedsegenskaber, hvorfor der kan opnås et stort frit spænd med stål som bærende konstruktionsmateriale. Ståls modstandsevne overfor brand er ringe, idet materialet har en stor varmeledningsevne, hvorfor det vil være nødvendigt med et brandbeskyttende lag i form af isoleringsmateriale eller specialmaling. På grund af de strenge brandkrav, der beskrives i afsnit 2.2, anvendes stål normalt ikke som bærende konstruktionsmateriale i etagebyggeri i Danmark. Stål er et tungt materiale, hvorfor det har en god lydabsorption. Dog anvendes stålet normalt kun som søjler og bjælker, hvorfor dets lydegenskab ikke udnyttes, da det skal suppleres med væg- og tagkassetter samt dækelementer. Beton Armeret beton har gode styrke- og stivhedsegenskaber, hvorfor det er velegnet som bærende konstruktionsmateriale. Brandegenskaberne for beton er gode, da materialet har en lav varmeledningsevne. Dette medfører store temperaturgradienter gennem tværsnittet, hvormed det kun er en mindre del af tværsnittet, der beskadiges af brandpåvirkningen. Derudover har armeret beton den egenskab, at armeringsstålet og betonet har omtrent samme termiske udvidelseskoefficient, hvorved der ikke opstår væsentlige spændinger mellem stål og beton, når det udvider sig. Da beton er et tungt materiale, har det en god lydabsorption. Valg af konstruktionsmateriale Brandkravene sætter begrænsningerne for hvilket materiale, der bør anvendes i den bærende konstruktion. Da råhuset opføres i seks etager, kan træ ikke anvendes, og da stål skal pakkes ind i beskyttende materiale, vælges det at arbejde videre med beton som bærende konstruktionsmateriale. Hermed er der også grundlag for, at en god lydabsorption i konstruktionsdelene er mulig. Disse forhold gør, at der er tradition for at anvende beton i bærende konstruktioner i Danmark.
2.1. KONSTRUKTIVT PRINCIP 15 2.1.2 Stabiliserende systemer I dette afsnit gennemgås de stabiliserende systemer, der kan anvendes til det betragtede byggeri, mht. stabilitet, udførelse og fundering. Som beskrevet i forrige afsnit anvendes der armeret beton til den bærende og stabiliserende konstruktion, hvorfor der i det følgende er taget udgangspunkt i dette materiale. Skivebygning Ved dette system opbygges det bærende system af skiver og plader. En principskitse af, hvordan en skivebygning opbygges og understøttes, kan ses på figur 2.1. Figur 2.1: Statisk system og understøtninger for en skivebygning, som er i stabil ligevægt. En skivebygning opnår stabil ligevægt, såfremt der som minimum placeres tre vægskiver således, at et vilkårligt kraftsystem i dækskivernes plan kan optages. Dette forudsætter, at skiver og samlinger kan holde til påvirkningerne. [Bolonius 2002] Det er en hurtig og billig løsning at opføre større bygninger som skivebygninger, idet flere af elementerne kan udføres med samme geometri, hvormed elementstøbningen gøres hurtigere, og vanskeligheder ved montagen mindskes. Et skivebyggeri egner sig bl.a. til etagebyggeri ved f.eks. lejligheder eller kontorbygninger. Understøtningerne kan udføres som fast simple, hvorfor der udelukkende skal overføres vertikale og horisontale kræfter til fundamentet. Ved skivebygninger fordeles lasterne nogenlunde jævnt ud over de underliggende stribefundamenter.
16 KAPITEL 2. STATISK PROJEKTERINGSRAPPORT Søjle-/bjælkebygning Som alternativ til skivebygningen kan der anvendes et søjle-/bjælkesystem. Søjle-/bjælkesystemet giver mulighed for store og åbne gulvarealer, der kun afbrydes af de bærende søjler. Dette medfører en større fleksibilitet mht. indretningen i forhold til skivebygningen, hvilket er en fordel i f.eks. butikscentre. Et statisk system for et søjle-/bjælkesystem kan ses på figur 2.2. Figur 2.2: Statisk system og understøtninger for en søjle-/bjælkebygning. Stabilitet overfor vertikale laster opnås ved, at etagedækkene fordeler lasterne til søjle-/bjælkesystemet, hvorfra de føres ned til fundamenterne. Stabilitet i systemet overfor horisontale laster opnås enten ved momentstive samlinger eller vindkryds. På grund af byggeriets størrelse og antallet af vinduer vil løsningen med vindkryds være vanskelig at gennemføre. Derudover mindskes bygningens fleksibilitet overfor indretningen ved indsættelse af vindkryds. For at opnå tilstrækkelig stivhed til momentstive samlinger mellem søjler og bjælker kan det være nødvendigt at in situ-støbe elementerne, da præfabrikerede elementer er vanskelige at montere som momentstive. På grund af byggeriets omfang vil en in situ-støbning af hele råhuset være en uøkonomisk og tidskrævende proces. Søjle-/bjælkesystemet er fast simpelt understøttet, hvorfor der ligeledes kun skal overføres vertikale og horisontale kræfter til fundamentet. Dog koncentreres lasterne ved søjlerne pga. det statiske system. For at stabilisere systemet bedre kan søjlerne indspændes, hvilket forstørrer fundamenternes dimensioner.
2.1. KONSTRUKTIVT PRINCIP 17 Kombinationsbygning Alternativet til vindkryds og momentstive samlinger ved søjle-/bjælkesystemet er at indføre en eller flere stabiliserende kerner, som det kan ses på figur 2.3. Stabiliteten overfor vertikale laster opnås som ved søjle-/bjælkesystemet. Stabiliteten overfor horisontale laster sikres ved skivevirkning i de stabiliserende kerner, der f.eks. kunne være en trappe- eller elevatorskakt. Figur 2.3: Statisk system og understøtninger for en søjle-/bjælkebygning med en stabiliserende kerne. I systemet med den stabiliserende kerne kan konstruktionen opføres af præfabrikerede elementer, idet der ikke skal laves momentstive samlinger. Dermed gøres elementfremstillingen og montagen nemmere og billigere, fremfor at der skal laves tidskrævende forskallingsarbejde på byggepladsen. Valg af system I den videre dimensionering vælges det at anvende et skivebyggeri med tilhørende stabiliserende kerner, da dette vurderes at være den mest økonomiske og stabile løsning for råhuset. Skiverne, der indbygges i rummene af hensyn til stabiliteten, vil ikke nedsætte rummenes funktionalitet med de forudsætninger, der blev gjort i afsnit 1.1. Grundet skivernes fordele med stabiliteten vil denne løsning være at foretrække. 2.1.3 Konstruktionssamlinger I det følgende illustreres de vigtigste elementsamlinger, der skal anvendes i konstruktionen. Afsnittet er baseret på Bygningsberegninger efter DS 409 og DS 410 [Jensen & Hansen 2005].
18 KAPITEL 2. STATISK PROJEKTERINGSRAPPORT Vægsamling For at kunne opretholde bygningens stabilitet er det nødvendigt at samle vægelementerne således, at de kan overføre forskydningskræfter. I denne forbindelse kan der anvendes fortandede støbesamlinger (låsefortanding) mellem vægelementerne, hvilket kan ses på figur 2.4. (a) Samlingen i et horisontalt snit. (b) Snit A-A. Figur 2.4: Fortandet støbesamling mellem to vægelementer. Denne type samling er også anvendelig til at sammensætte mere end to vægelementer samt hjørnesamlinger, hvor der ligeledes skal overføres væsentlige forskydningskræfter. Eksempler herpå kan ses på figur 2.5. (a) T-samling mellem tre vægelementer i et horisontalt snit. (b) Hjørnesamling i et horisontalt snit. Figur 2.5: Fortandede støbesamlinger. Etagekryds Samlingen mellem dæk- og vægelementer i etagekryds udføres, som det er vist på figur 2.6. Med denne samling er det muligt at overføre skivekræfter
2.1. KONSTRUKTIVT PRINCIP 19 fra dækelementet til vægelementet. Samtidig sikrer fugearmeringen i form af U-bøjler, at randarmeringen aktiveres ved forskydning. Fugearmeringen placeres i fugen mellem dækelementerne. (a) Etagekrydssamling med gennemgående dorn. (b) Etagekrydssamling med beslag til montering af ovenstående vægelement. Figur 2.6: Samling mellem dæk- og vægelement i etagekryds. Af praktiske årsager er det nemmest at håndtere samlingen med beslaget, der kan ses på figur 2.6b, idet dornen fra det nedenstående vægelement dermed ikke skal holdes præcist placeret i forhold til ovenstående vægelement, som det er tilfældet ved samlingen, der kan ses på figur 2.6a. Af denne grund vælges det at anvende samlingen med beslaget i den videre dimensionering. Derudover vil det ved elementfremstillingen ligeledes være mest praktisk at placere inserts i vægelementernes top således, at gevindstængerne først monteres efter elementstøbningen. På tilsvarende vis udføres samlingen mellem tag- og vægelement, idet der anvendes et dækelement som tag.
20 KAPITEL 2. STATISK PROJEKTERINGSRAPPORT Dæksamling Dækelementerne skal ligeledes kunne overføre forskydningskræfter, hvorfor disse også udføres med fortandede sider. Dækelementerne støbes sammen, og den føromtalte fugearmering placeres mellem dækkene, som det er vist på figur 2.7. Figur 2.7: Samling mellem dækelementer med fugearmering i et vertikalt snit. 2.2 Brandforhold Dette afsnit har til formål at klarlægge Bygningsreglementets foreskrivelser til bygningers brandmodstandsevne. Afsnittet er baseret på Eksempelsamling om brandsikring af byggeri, der er udgivet af Erhvervs- og Byggestyrelsen [Brandsikring af byggeri, eksempelsamling 2006]. Litteraturen er gældende for traditionelle byggerier, hvor højden fra terræn til øverste etages gulv er mindre end 22 m, hvilket er opfyldt for KMD-domicilet, idet højden her maksimalt er 21,5 m. Det ønskes at opstille de brandtekniske krav, der skal opretholdes under en brandteknisk dimensionering. Generelt skal nybyggeri opføres og indrettes, så der skabes mulighed for evakuering af personer og for at udføre slukningsarbejde i en given tidsperiode. Kravene skal være opfyldt i hele bygningens levetid. Ved en brandteknisk dokumentation er der en række områder, der skal dokumenteres, herunder evakueringsplan og redningsåbninger. Det forudsættes dog, at disse ting er i orden ved den eksisterende projektering, hvorfor det følgende derfor kun omhandler de konstruktive forhold. Bygningsreglementet foreskriver seks forskellige anvendelseskategorier afhængig af risikoforhold ved en brand. De seks kategorier afhænger bl.a. af antallet af personer, deres mobilitet samt deres evne til at reagere på en brand. KMD-domicilet er at finde i kategori 1, der er den lempeligste klasse. Dette
2.2. BRANDFORHOLD 21 er vurderet på baggrund af, at det er et kontorbyggeri, hvor der kun opholder sig mennesker om dagen, og hvor personalet har kendskab til bygningens flugtveje og på egen hånd kan bringe sig i sikkerhed. Byggeelementers brandmodstandsevne bestemmes ud fra tre kriterier, hhv. bæreevne, R, integritet, E, og isoleringsevne, I. Ydeevnen indenfor de tre kriterier skal opretholdes under en standardbrand i et angivet tidsrum afhængig af risikovurderingen. Integriteten, som angiver sammenhængen af elementet, og isoleringsevnen, der siger, hvilket temperaturniveau naborummet må få, skal kun undersøges ved adskillelser mellem rum. Derimod skal bæreevnen naturligvis undersøges ved alle bærende konstruktionselementer. De bærende bygningsdele på den øverste etage skal mindst være af bygningsdel klasse R 60, hvor tallet angiver, at konstruktionsdelen mindst skal have tilstrækkelig bæreevne gennem et 60-minutters brandforløb. Kravet er fundet på baggrund af, at den øverste etages gulvniveau er mellem 12 og 22 m over terræn. For det øvrige byggeri skal de bærende bygningsdele opføres som værende minimum klasse R 120 A 2 -s 1,d 0,hvorA 2 angiver, at det skal være en bygningsdel, hvis medvirken til branden er yderst begrænset, s 1 angiver krav om meget begrænset røgudvikling og d 0 beskriver, at der ikke må være brændende dråber eller partikler.
22 KAPITEL 2. STATISK PROJEKTERINGSRAPPORT
Kapitel 3 Projektgrundlag Dette kapitel omhandler de beregningsforudsætninger, der gøres i forbindelse med dimensioneringen, herunder hvilket normsystem der anvendes, lastbestemmelse og hvordan bygningens robusthed ønskes eftervist. 3.1 Dimensioneringsgrundlag I det følgende vil der blive redegjort for de forudsætninger der bruges i forbindelse med projektgruppens dimensionering af KMD-domicilet. Til dimensionering og bestemmelse af laster benyttes det nye system af normer, som er gældende fra august 2006, hvilket inkluderer: DS409-Norm for projekteringsgrundlag for konstruktioner [DS 409 2006] DS 410-Norm for last på konstruktioner med tilhørende tillæg 1 [DS 410 1998] DS411-Norm for betonkonstruktioner [DS 411 1999] DS 411-420 - Kapitel 5-tillæg til konstruktionsnormerne [DS 411-420 2006] Det er i henhold til DS 409 vurderet, at bygningen skal dimensioneres i høj sikkerhedsklasse. Dette er gjort, da bygninger i flere etager, hvor højden til gulv i øverste etage er mere end 12 m over terræn, og ofte benyttes til ophold for personer, skal dimensioneres i høj sikkerhedsklasse. Derudover er 23
24 KAPITEL 3. PROJEKTGRUNDLAG det valgt, at omfanget af kontrol og udførelse er normal, med undtagelse af dækelementerne, der udføres i skærpet kontrolklasse. DS 411 stiller desuden krav til valg af miljøklasse, som er karakteriseret ved forskellige grader af aggressivitet. For enhver konstruktionsdel skal det vurderes hvilken miljøklasse, der bedst dækker den miljøpåvirkning, som konstruktionsdelen er udsat for. Det er vurderet, at de indvendige skillevægge samt bagmuren skal dimensioneres som værende i passiv miljøklasse, mens fundament og kældervægge tilhører moderat miljøklasse. Skalmuren i mursten skal dimensioneres som værende i aggressiv miljøklasse, idet konstruktionen opføres ved Limfjorden. 3.2 Dimensionsgivende last Ud fra de valgte materialer og den statiske opbygning af byggeriet kan lastpåvirkningen bestemmes. I bilag A bestemmes de karakteristiske laster, der påvirker KMD-domicilets østfløj. I dette afsnit bestemmes de dimensionsgivende lasttilfælde, der kan være kritiske for bygningen. Bygningen dimensioneres i anvendelses-, brud- og ulykkesgrænsetilstanden. Dog afgrænses der fra at betragte lastkombination 3.A, der vedrører ulykkeslast ved påkørsel, eksplosion og nedstyrtningslast. I brudgrænsetilstanden anvendes to typer af lastkombinationer, 2.A og 2.B, der anvendes ved hhv. dominerende variable laster og dominerende egenlast. Ved lastkombination 2.A anvendes i dette projekt fire lastsituationer, hvor den ene anvendes, når bygningens stabilitet betragtes, mens de øvrige er situationer, hvor hhv. nytte-, sne- og vindlast er maksimal. Når de enkelte typer af variable laster virker til gunst, medtages disse ikke i dimensioneringen. I lastsituationen, hvori stabiliteten betragtes, er sne- og nyttelast derfor ikke medtaget. I lastkombination 2.B indgår variable laster ikke, mens egenlasten i denne situation multipliceres med en højere partialkoefficient. Ulykkesgrænsetilstanden undersøges for tre situationer, 3.B, 3.C og 3.D, der dækker over hhv. bortfald af konstruktionsdele, brand og vandret masselast. I anvendelsesgrænsetilstanden medtages i henhold til DS 409 både egen-, sne-, nytte- og vindlast ved den karakteristiske kombination (lastsituation 9), mens kun egen- og nyttelast medtages i den kvasipermanente kombination. I DS 409 anvendes lastkombinationsfaktorerne, ψ 0, ψ 1 og ψ 2. Lastkombinationsfaktoren, ψ 0, anvendes ved lastkombination 1 og 2.A, mens faktoren, ψ 2, anvendes ved ulykkeslasterne og kvasipermanent anvendelsesgrænsetilstand. De undersøgte lastkombinationer er angivet i tabel 3.1.
3.3. ROBUSTHED 25 Lastsituation Egenlast Nyttelast Snelast Vindlast Vandret masselast 1(2.A) 1 1,5 1,5 0,3 1,5 0,3-2(2.A) 1 1,5 0,6 1,5 1,5 0,3-3(2.A) 1 1,5 0,6 1,5 0 1,5-4 (2.A) 0,9 - - 1,5-5(2.B) 1,2 - - - - 6(3.B) 1 0,2 0 0-7 (3.C) 1 0,2 0 0,2-8(3.D) 1 0,5 0,2 1 0 1 0 1 9 (1) 1 0,6 0,3 0,3-10 (1) 1 0,2 0 0 - Tabel 3.1: De undersøgte lastkombinationer med tilhørende partialkoefficenter, lastkombinationsfaktorer og reduktionsfaktorer. Angivelsen i parentes henfører til lastkombinationerne i DS 409. 3.3 Robusthed I dette afsnit beskrives de krav, som DS 409 stiller til robusthed af konstruktioner. Afsnittet er baseret på DS 409 [DS 409 2006], DS 411 [DS 411 1999] og Bygningsberegninger efter DS 409 og DS 410 [Jensen & Hansen 2005]. En konstruktion siges at være robust, når relevante dele af konstruktionen kun er lidt følsom overfor utilsigtede defekter og påvirkninger, eller hvis der ikke sker omfattende svigt af konstruktionen, hvis en begrænset del af konstruktionen svigter. Robustheden af en konstruktion skal stå i sammenhæng med konsekvensen af et svigt af konstruktionen, hvorfor der stilles større krav til robustheden af konstruktioner i høj sikkerhedsklasse. En konstruktions robusthed afhænger af materialerne, det statiske system og om udformninger af de dele af konstruktionen, der har betydning for robustheden, er udført hensigtsmæssigt. Da KMD-domicilet befinder sig i høj sikkerhedsklasse, skal robustheden dokumenteres i en teknisk-faglig redegørelse, og det skal eftervises at mindst ét af følgende krav til robustheden er opfyldt: [DS 409 2006, s. 36] Eftervisning af at afgørende konstruktionsdele kun er lidt følsomme overfor utilsigtede påvirkninger og defekter. Eftervisning af at konstruktionen har tilstrækkelig bæreevne i lastkombination 3.B - bortfald af konstruktionsdele. Eftervisning af at en begrænset del af konstruktionen, som har betydning for robustheden, har tilstrækkelig bæreevne.
26 KAPITEL 3. PROJEKTGRUNDLAG I KMD-domicilet kan robustheden bl.a. øges ved at vælge materialer med større duktilitet. Armeret beton, som elementerne er opbygget af, er et duktilt materiale, hvilket vil sige, at et evt. brud først forekommer efter store plastiske deformationer. Derudover er kravene til minimumsarmering også med til at sikre bygningens robusthed. Ved at vælge elementer med relativt store dimensioner kan bygningens robusthed også øges. I DS 411 anbefales det, at der for armerede vægge, der er trykpåvirkede, ikke anvendes en vægtykkelse på under 120 mm [DS 411 1999, s. 79]. For traditionelle husbygningskonstruktioner i høj sikkerhedsklasse er det i DS 411 angivet, at en eftervisning af lastkombination 3.B ikke er nødvendig, hvis følgende seks konstruktive krav er opfyldt [DS 411 1999, s. 28]: 1. Alle etageadskillelser skal armeres, så de er i stand til at optage en karakteristisk last på 30 kn/m i hver retning. 2. Ved hver etageadskillelse skal der langs omkredsen etableres en randarmering, som kan optage en karakteristik last på 80 kn. Randarmeringen skal forankres til etagedækket, så forskydningskræfter kan overføres, hvilket f.eks. kan gøres med U-bøjler. 3. Ydervægge forankres horisontalt til etageadskillelserne med forbindelser, der er i stand til at overføre en karakteristisk last på 30 kn/m. 4. Alle bærende vægge skal forankres i top og bund til etageadskillelserne med vertikale forbindelser, der er i stand til at optage en karakteristisk last på 30 kn/m. 5. I top og bund af bærende vægge skal der etableres trækforbindelser således, at vægelementerne kan fungere som en udkragede bjælker ved et brud i den underliggende etage. Trækforbindelsen skal kunne optage en karakteristisk last på 150 kn. 6. Brystninger samt dør- og vinduesoverliggere skal armeres således, at de kan optage et karakteristisk moment på 60 knm samt en karakteristisk forskydningskraft på 60 kn. 3.3.1 Opfyldelse af robusthedskrav I det følgende vil der blive redegjort for, hvordan de førnævnte robusthedskrav tænkes overholdt ved det pågældende byggeri.
3.3. ROBUSTHED 27 Krav 1 Dækelementerne spænder på tværs af bygningen, hvorfor der indlægges fugearmering mellem elementerne ved endeunderstøtningerne, som det kan ses på figur 3.1. Fugearmeringen føres så langt ind i dækfugen, at forankringslængden er tilstrækkelig. Armeringen udføres med U-bøjler, som det anbefales i krav 2, således at der kan overføres forskydningskræfter fra randarmeringen til dækelementerne. Bredden af dækelementerne er 1,2 m, hvorfor hver U-bøjle skal kunne overføre en karakteristisk last på 36 kn. Figur 3.1: Armering i begge retninger ved en etageadskillelse. Desuden skal der indlægges armering vinkelret på dækelementerne. Denne armering vil hovedsagelig være placeret i etagekrydsene over bærende facadevægge, hvorfor der er tale om en randarmering, som det kan ses på figur 3.1. Krav 2 Langs omkredsen af bygningen indlægges der ved etageadskillelserne en randarmering. Ved gavlene skal randarmeringen kunne optage en last på 80 kn, mens randarmeringen ved facaderne skal optage den maksimale last af hhv. 80 kn eller 30 kn/m. Armeringen fra krav 1 på 30 kn/m multipliceres med halvdelen af dækelementernes frie spænd. Det frie spænd i bygningen er 13,7 m, hvormed kravet til randarmeringen langs facaderne er 206 kn. Randarmeringen skal føres rundt om bygningens hjørner. Randarmeringen føres helt hen til hjørnerne fra begge sider, hvor der indlægges en vinkelbøjet stødarmering, som det kan ses på figur 3.2. Længden af stødarmeringen øges med 50%, idet armeringsstængerne stødes i samme snit [Jensen & Hansen 2005]. Derudover skal tværarmeringen dimensioneres efter DS 411.
28 KAPITEL 3. PROJEKTGRUNDLAG Figur 3.2: Randarmering omkring et hjørne. Krav 3 I toppen af vægelementerne monteres strittere (dorne), der kan overføre en karakteristisk forskydende kraft på 30 kn/m, som faststøbes til rand- og fugearmeringen. Ovenpå dækelementerne monteres stålbeslag, der virker som forbindelse til det ovenstående vægelement. Disse forbindelser skal ligeledes overføre en karakteristisk forskydende kraft på 30 kn/m. Stritterne og beslagene kan ses på figur 3.3. Figur 3.3: Forbindelse til overførsel af horisontale laster i et etagekryds. Krav 4 I de vertikale samlinger mellem vægelementerne isættes en gennemgående armering, der skal kunne overføre en karakteristisk vertikal last på 30 kn/m.
3.3. ROBUSTHED 29 Krav 5 Dette krav har betydning ved tværvægge og vægge i trappeskakte inde i bygningen, da randarmeringen i etagekrydsene dimensioneres for en større trækkraft. Vægelementerne kan forankres til trækarmeringen med omsluttende hårnålebøjler eller strittere. Krav 6 Da der ikke er enkeltstående elementer ved dør- og vinduesoverliggere samt brystninger, anvendes dette krav ikke.
30 KAPITEL 3. PROJEKTGRUNDLAG
Kapitel 4 Statiske beregninger Dette kapitel omhandler den egentlige dimensionering af udvalgte dele af byggeriet. Der redegøres for bygningens stabilitet samt de nødvendige dimensioner på de detaildimensionerede bygningselementer. 4.1 Stabilitet I dette afsnit vil stabiliteten af bygningen blive beskrevet. Beregningsgangen for eftervisning af tilstrækkelig stabilitet er beskrevet i bilag B. Bygningen er undersøgt for stabilitet overfor vindlast samt vandret masselast. Det er fundet, at den mest kritiske last virkende langs med facaden er vandret masselast, mens vindlasten er den mest kritiske lastsituation virkende ind på facaden. I beregningen er der taget udgangspunkt i det eksisterende byggeris stabiliserende vægelementer, der kan ses på figur 4.1. De resterende vægelementers bidrag til stabiliteten regnes som værende negligeable. Figur 4.1: Byggeriets stabiliserende vægelementer for alle etager. Stabiliteten er undersøgt for fire forskellige statiske systemer. Et system hvor elementerne udføres som enkeltstående elementer, et system med trækarmering, et system hvor der er indlagt bjælker, således at etagedækkene spænder 31
32 KAPITEL 4. STATISKE BEREGNINGER på langs af bygningen, samt et system hvor der indlægges låsefortanding mellem væggene. Idet stabiliteten er undersøgt for både stuen og øverste etage, er det beregnet, at et system uden foranstaltninger samt systemet, hvor der indlægges bjælker, giver for store excentriciteter af de vertikale reaktioner, hvorfor bygningen ikke er stabil. Ved indlæggelse af låsefortanding mellem elementerne er det muligt at fordele mere vertikal last ud på de stabiliserende vægge, således at den vertikale reaktions excentricitet bliver mindre end de stabiliserende vægges halve bredde. Løsningen med gennemgående trækforbindelser vurderes uhensigtsmæssig grundet montagehensyn. Det er beregnet, at den største trykspænding, der optræder, er på 12,3 MPa, hvormed der kan anvendes en beton med en karakteristisk trykstyrke på 20 MPa. 4.2 Vægelement Dimensionerne på det hårdest belastede facadeelement under hensyntagen til vertikal last er ligeledes blevet bestemt. Selve dimensioneringen er beskrevet i bilag C, og der er dimensioneret for lastkombination 2.A og 2.B, jf. afsnit 3.2. Det vægelement, der vurderes at være hårdest belastet, er placeret i stueetagen og kan ses på figur 4.2. Tykkelsen af elementet og armeringen heri anvendes ligeledes ved de resterende facadeelementer i stueetagen. Figur 4.2: Det hårdest belastede vægelement i stueetagen. Vægelementet er 2,7 m langt, men grundet et vindueshul i midten, regnes der kun med en effektiv bredde på ca. 0,6 m. Elementet dimensioneres som værende slapt armeret og undersøges som både excentrisk og central belastet. Ved dimensioneringen som excentrisk belastet væg er der taget hensyn til en resulterende excentricitet stammende fra væggens udbøjning, udførelsesunøjagtigheder samt påvirkning fra vindlasten. For at kunne anvende samme vægtykkelse som i det eksisterende KMDdomicil på 200 mm beregnes det i bilag C, at det er nødvendigt at øge betonens karakteristiske trykstyrke fra de 20 MPa, der var nødvendigt af hensyn til stabilitet, til 40 MPa samt at armere væggen med i alt 12 Y12 som
4.2. VÆGELEMENT 33 længdearmering. Der placeres dermed 6 armeringsstænger med tilhørende Y8 bøjler på hver side af vindueshullet, hvilket kan ses på figur 4.3. Figur 4.3: Armeringens placering i vægelementet i et horisontalt snit. Mål i mm. 4.2.1 Branddimensionering Vægelementet er ligeledes dimensioneret i brandsituationen, lastkombination 3.C, og er dimensioneret efter at skulle bevare bæreevnen under en 120 minutters standardbrand. Standardbranden beregnes i bilag E at give ca. samme maksimale rumtemperatur som åbningsfaktorbranden, hvilket kan ses på figur 4.4. 1200 1000 800 [ C] 600 400 Åbningsfaktorbrand Standardbrand 200 0 0 20 40 60 80 100 120 t [min] Figur 4.4: Brandforløb for standardbrand og åbningsfaktorbrand. Ved åbningsfaktorbranden opnås maksimaltemperaturen dog tidligere, hvorfor betontemperaturen risikerer at blive højere end ved standardbranden. Det vurderes dog at være acceptabelt at dimensionere væggen efter en standardbrandpåvirkning, idet normsystemet foreskriver dette. Det beregnes i bilag C.3, at betonen efter 120 minutter er svækket, så det
34 KAPITEL 4. STATISKE BEREGNINGER svarer til en skadeszone på 27 mm. Trækarmeringens temperatur stiger til 450 C, hvilket giver en styrkereduktion, der tages hensyn til ved beregning af momentbæreevnen. Temperaturforskellen over væggen giver anledning til en termisk excentricitet, der er fundet til 45 mm, hvilket øger momentbelastningen. Det beregnes i bilag C.3, at væggens momentbæreevne er på 93,7 knm i brandsituationen, hvilket er større end de 83,2 knm, den belastes af, hvorfor vægelementet kan holde. Det dimensionerede vægelement kan findes som tegning (21).3.01 i tegningsmappen. 4.3 Etagedæk Til etagedækkene i bygningen vælges det at benytte huldæk med spændarmering. Der vælges at benytte PX32-etagedæk fra Spæncom, hvis tværsnit kan ses på figur 4.5 [Spæncom 2006a]. Hvert dækelement er armeret med 8 L15,2-liner og skal spænde over 13,7 m. Dækket regnes simpelt understøttet på facadernes vægelementer. Beregningerne er forklaret i bilag D. Figur 4.5: Vertikalt snit af PX32-etagedæk. Mål i mm. Elementerne udføres i skærpet kontrolklasse og påvirkes af egen-, nytte- og indvendig vindlast. 4.3.1 Anvendelsesgrænsetilstanden Kabelkraften, som spændarmeringen skal opspændes med, vælges ud fra krav til tryk- og trækspændingerne i betonen samt spændinger i armeringen. Der ses på anvendelsesgrænsetilstanden i både opspændings- og driftssituationen. Det beregnes, at kabelkraften skal være på mellem 770 og 1552 kn, hvor den initielle kabelkraft vælges til den øvre grænse.
4.3. ETAGEDÆK 35 Når belastningen påføres, vil der komme en initialtøjning, der reducerer kabelkraften, og i konstruktionens levetid reduceres kabelkraften yderligere pga. påvirkninger fra krybning, svind og relaxation. Idet der bruges laster fra den kvasipermanente lastkombination, lastsituation 10, beregnes det, at den effektive kabelkraft efter 50 år er reduceret til 952 kn, hvilket stadig er indenfor det tilladte område. I anvendelsesgrænsetilstanden beregnes det, at dækket ved opspændingen får en pilhøjde på 37 mm. I langtidstilstanden beregnes en nedbøjning på 51 mm, svarende til 1/268 af spændvidden, idet der tages højde for krybningen. DS 409 anbefaler en maksimal udbøjning på 1/400 af spændvidden, svarende til 34 mm. Overskridelsen skyldes blandt andet, at den effektive kabelkraft reduceres væsentligt ifølge de foretagede beregninger. Spæncom regner med en mindre reduktion, og regnes nedbøjningen for denne, fås kun en nedbøjning på 21 mm, hvilket er indenfor det tilladelige. 4.3.2 Brudgrænsetilstanden I brudgrænsetilstanden beregnes elementets brudbæreevne ved plastisk tværsnitsberegning under hensyntagen til forspændingen. Brudbæreevnen findes til 381 knm, hvilket under påvirkning af lastsituation 1, hvor nyttelast er dominerende, giver en udnyttelsesgrad på 73%. Det beregnes desuden, at forskydningsbæreevnen er tilstrækkelig uden forskydningsarmering, idet udnyttelsesgraden er 52%. 4.3.3 Branddimensionering I brandsituationen kan dækket enten blive påvirket af brand oven- eller nedenfra. Hvis det påvirkes af brand fra oven, er det beskyttet af slidlaget, og skadeszonen i tværsnittet bliver kun på 4,3 mm efter 120 min standardbrandpåvirkning. Det vurderes derfor, at der ikke opstår problemer, da belastningen er væsentligt mindre i brandsituationen end i brudgrænsetilstanden, hvor udnyttelsesgraden i forvejen kun er 73%. Hvis dækket derimod påvirkes af brand fra neden, bliver armeringen opvarmet og dermed svækket. Udnyttelsesgraden bliver her på 43%, hvorfor bæreevnen i brandsituationen ligeledes er tilstrækkelig. Det dimensionerede dækelement kan findes som tegning (23).3.02 i tegningsmappen.
36 KAPITEL 4. STATISKE BEREGNINGER 4.4 Samling Samlingen ved bygningens etagekryds er dimensioneret. I dette afsnit beskrives de armeringsdimensioner og udstøbninger, der skal anvendes til at overføre lasterne i samlingen. Beregningerne er forklaret i bilag F. Samlingen er dimensioneret ud fra robusthedskravene, der kan ses i afsnit 3.3. Derudover er bæreevnen af fugen i etagekrydset dimensioneret for hhv. lastsituation 1 og 3 i brudgrænsetilstanden. Lastsituation 1 giver det største tryk på fugen, mens lastsituation 3 giver den største forskydning i støbeskellet mellem vægelementerne og fugen. Ved robustheden er mængden af rand- og fugearmeringen samt forskydningsforbindelser bestemt, hvis placering og størrelse kan ses på figur 4.6. Som armering anvendes ribbestål af typen B 550. Figur 4.6: Dimensioner på etagekrydset. Mål i mm. Kantstøbningen i etagekrydset udstøbes med en beton B 25, der har tilstrækkelig bæreevne overfor tryk- og forskydningsbrud. Derudover er bæreevnen af det nedenstående vægelement kontrolleret for en koncentreret lastpåvirkning. Højden af understøbningen mellem etagekrydset og det ovenstående vægelement er sat til 45 mm. Da dækelementerne har en pilhøjde på 37 mm, kan det overvejes, om højden skal være større, idet der midt på gavlene derved kun er en understøbning på 8 mm. Samlingen ved etagekrydset kan findes som tegning (21).6.03 i tegningsmappen.
Del II Fundering 37
Kapitel 5 Fundering og etablering af byggegrube Det ønskes i dette kapitel at redegøre for, hvordan østfløjen skal funderes. Desuden skal en byggegrube udformes, og det skal bestemmes, hvordan en eventuel grundvandssænkning i forbindelse med denne skal foretages. Afsnittet er baseret på Funderingshåndbogen [DGF 2005], Lærebog i geoteknik 1 [Harremoës, Ovesen & Jacobsen 2005] og Anlægsteknik 1 [Anlægsteknikforeningen i Danmark 2004, s. 297-340]. Inden dimensioneringen kan foretages, er det nødvendigt at klarlægge jordbundsforholdene. Til dette formål er der udleveret en geoteknisk undersøgelsesrapport, som kan findes på bilagscd en. Der er udført fem forede boringer, hvor østfløjen af KMD-domicilet skal bygges. Boringernes placeringer kan ses på figur 5.1. Oversiden af stuegulv er projekteret i kote +2,1 DNN, mens undersiden af kældergulvet, der er i den sydlige del af bygningen, er i kote 2,1 DNN. Den fremtidige terrænkote anbefales i den geotekniske undersøgelsesrapport til +2,2 DNN, men det vælges dog at placere denne i +2,1 DNN, svarende til oversiden af stuegulvet. Oversiden af de bæredygtige lag (OSBL) ligger i kote 9,1 DNN i den sydligste del af bygningen, mens den ligger i kote 0,2 DNN i den nordligste del af bygningen. Over de bæredygtige lag består jorden af fyld af sand og ler samt postglacialt gytje, tørv, ler og sand. De bæredygtige lag består af senglaciale og glaciale aflejringer af sand og grus, morænesand, ler, moræneler samt kalk og morænekalk. På figur 5.2 kan boreprofilerne for de fem boringer ses, hvor tilhørende signaturforklaring kan ses i figur 5.3, mens styrke-, sætnings- og strømningsparametre for lagene kan ses i tabel 5.1. Bagerst i bilagsrapporten 39
40 KAPITEL 5. FUNDERING OG ETABLERING AF BYGGEGRUBE Figur 5.1: Placering af de fem boringer. Markeringen mod syd angiver kælderen. findes den antagede lagfølge mellem boringerne. Permeabilitetskoefficienterne er skønnet på baggrund af Funderingshåndbogen [DGF 2005, s. 104]. Over OSBL γ/γ φ pl,k c u,k K k kn/m 3 kn/m 2 kn/m 2 m/s Fyldsand 17/9 30 - - 5 10 4 Fyldler 18/8-40 - 10 7 Gytje 15/5-50 - 10 6 Tørv 12/2-100 - 10 6 Ler 18/8-50 - 10 7 Sand 17/9 33 - - 5 10 4 Under OSBL γ/γ φ pl,k c u,k K k kn/m 3 kn/m 2 kn/m 2 m/s Sand 18/10 35-30.000 5 10 4 Grus 18/10 35-30.000 5 10 3 Morænesand 18/10 36-30.000 5 10 4 Ler 19/9-50-300 6.500-40.000 10 7 Moræneler 19/9-200-300 50.000-80.000 10 6 Kalk og morænekalk 19/9 35 150-400 20.000-50.000 10 4 Tabel 5.1: Rumvægte samt styrke og deformationsparametre for de forskellige jordtyper over og under OSBL, idet γ og γ er den effektive rumvægt hhv. over og under GVS, φ pl,k er den karakteristiske plane friktionsvinkel, c u,k er den karakteristiske udrænede friktionsvinkel, K er konsolideringsmodulet og k er permeabilitetskoefficienten.
Figur 5.2: Boreprofiler for de fem boringer. De senglaciale (Sg), glaciale (Gc) og prækvartære (Pk) lag er bæredygtige, mens de nutidige (Re) og postglaciale (Pg) lag er ikke er bæredygtige. Dannelsesmiljøerne er brakvand (Br), ferskvand (Fe), flydejord (Fl), gletcher (Gl), marint (Ma), nedskyl (Ne) og smeltevand (Sm). Signaturforklaring kan ses på figur 5.3. Koter i DNN. 41
42 KAPITEL 5. FUNDERING OG ETABLERING AF BYGGEGRUBE Figur 5.3: Signaturforklaring til boreprofiler, som kan ses i figur 5.2. Grundvandsspejlet (GVS) følger nogenlunde Limfjordens vandspejl, som varierer mellem +1,5 og 0,8 DNN. Det anbefales i den geotekniske undersøgelsesrapport at regne med et GVS i kote +2,0DNNforatværepåden sikre side, hvorfor dette skal gøres, når selve bygningen dimensioneres. Ved interimskonstruktioner regnes med et vandspejl i kote +1,5 DNN. 5.1 Fundering af bygningen Dette afsnit giver et løsningsforslag til, hvordan bygningen kan funderes. Den egentlige dimensionering ligger uden for omfanget af dette projekt. Da de bæredygtige lag under hele bygningen ligger under almindelig funderingsdybde dvs. frostfri dybde, kan funderingen laves som sandpudefundering, dyb direkte fundering eller pælefundering. Pælefunderingen kan laves med enten borede eller rammede pæle, men da grundvandsspejlet står højt, vurderes det at være nemmest med rammede pæle. På figur 5.4 kan OSBL og bygningens placering i forhold til denne ses. I den sydligste del af kælderen er der over 7 m fra undersiden af kælderdækket til OSBL, hvorfor det vælges at pælefundere kælderen. Ligeledes er der lige nord for kælderen 6,5 m mellem OSBL og almindelig funderingsdybde, hvorfor den sydligste del af bygningen uden kælder også pælefunderes. Det vurderes at være mest økonomisk at pælefundere de sydligste 60 m af bygningen, som detkansespåfigur5.4 Figur 5.4: OSBL og bygningens placering i forhold til denne. Nord findes mod venstre. Mål i m. Koter i DNN. I den nordligste del af bygningen er der mindst 1,5 m mellem almindelig funderingsdybde og OSBL, hvorfor det vurderes at være billigst at lave di-
5.1. FUNDERING AF BYGNINGEN 43 rekte fundering her. Dette kan laves som enten sandpudefundering eller dyb direkte fundering. Ved dyb direkte fundering kan det ikke forventes, at de vertikale kanter kan stå selv, da der er et spring på over 2 m, hvorfor det bliver nødvendigt med afstivning af fundamentsrenderne. Desuden vil denne løsning kræve meget beton i forhold til en sandpudefundering. Derfor vurderes det at være billigst at lave den nordligste del af fundamentet på en sandpude. Ved en sandpudefundering skal jorden ned til OSBL udskiftes med velkomprimeret graderet sandfyld. Jorden skal udskiftes under selve fundamentet og under en linie væk fra fundamentet med hældning 1:1,5 ned til OBSL, som vist på figur 5.5. Sandpuden skal føres op til undersiden af det kapillarbrydende lag under terrændækket. Figur 5.5: Sandpudefundering. Da der kun er begrænset plads mellem bygningen og tørdokken, skal det kontrolleres, at der er plads til at lave sandpuden. Det bliver her nødvendigt at grave forholdvis tæt på tørdokken, hvorfor det er nødvendigt at regne på, om den kan holde til vandtrykket, når der ikke længere er et stabiliserende jordtryk på den anden side. En anden mulighed er at undersøge muligheden for at tørlægge tørdokken. Der afgrænses dog fra analysen i dette projekt. For den del af bygningen, der er pælefunderet, skal terræn- og kælderdækket dimensioneres som et etagedæk, idet jorden under det ikke kan regnes for at være bærende. Den del, der er direkte funderet, kan laves som et almindeligt terrændæk, da sandpuden er bærende. Under hele terrændækket skal der udlægges kapillarbrydende lag, eksempelvis i form af polystyrenplader. Fundamentet og pælene skal dimensioneres i henhold til Norm for fundering [DS 415 1998] og Norm for betonkonstruktioner [DS 411 1999], så de har tilstrækkelig bæreevne og sætningerne er acceptable. Særligt skal det kontrolleres, at der ikke opstår store differenssætninger mellem den direkte
44 KAPITEL 5. FUNDERING OG ETABLERING AF BYGGEGRUBE funderede og den pælefunderede del. Dette falder dog udenfor dette projekt, da fundamenterne ikke dimensioneres. Ved dimensioneringen af fundamentet under kælderen skal der tages hensyn til, at kælderen bliver påvirket af en stor opdrift fra grundvandet. Hvis denne opdrift er større end egenlasten, skal det kontrolleres, at trækket kan optages af pælene. Alternativt kan der etableres dræn ved kælderfundamenterne, så der etableres en permanent grundvandssænkning. Dette kræver dog, at drænene ofte renses, da det har alvorlige konsekvenser, hvis det stopper til. Det anbefales derfor at bygningen skal dimensioneres, så den kan holde til et grundvandsspejl, der står i kote +2,0 DNN, og etablere dræn, der sørger for, at vandet ikke overstiger dette niveau. Ved nedramningen af pælene skal der sørges for, at rystelserne på nabobygningerne ikke bliver for store. 5.2 Byggegrube Byggegruben skal i den del af bygningen, der skal funderes direkte, graves ned til OSBL, så sandopfyldningen kan udføres. Når sandopfyldningen er udført, kan der graves render med vertikale vægge ned til frostfri dybde, hvor funderingen udføres. For den resterende del af bygningen uden kælder skal der graves ned til frostfri dybde i hele bygningens bredde, så pælene kan nedrammes fra dette niveau. Byggegruben skal i den del af bygningen, hvor der er kælder, graves ned til kote 2,73 DNN, når det antages, at fundamentet under kældergulvet har en højde på 30 cm. Hermed kommer der et niveauspring i byggegruben på 3,7 m, hvor kælderen slutter, hvorfor det er nødvendigt at placere en spunsvæg, så jorden ikke falder ned i kælderudgravningen. Der vil komme en stor belastning på denne spunsvæg, hvis rammemaskinen skal stå lige ovenfor spunsvæggen og nedramme pæle. Derfor vil det være fordelagtigt at nedramme pælene under terrændækket, inden byggegruben til kælderen udgraves. Når udgravningen foretages, vil spunsen få en vis udbøjning, hvilket kan bevirke, at de nedrammede pæle bliver tværpåvirkede. Dermed kan der opstå brud i pælene, hvis spunsen er for slap, hvilket skal undgås. Kælderudgravningen skal være så stor, at rammemaskinen har plads til at ramme pælene i. Det vurderes også at være fordelagtigt at lave en rampe, der fører ned i byggegruben, så rammemaskinen kan køre derned. Alternativet er, at den skal løftes derned af en kran. Udgiften til kranen forventes at være større end udgiften til anlæggelse af rampen, hvorfor denne løsning fravælges.