2. Skitseprojektering af bygningens statiske system KONSTRUKTION I dette kapitel behandles udvalgte dele af bygningens bærende konstruktioner. Følgende emner behandles : Totalstabilitet af bygningen i forhold til vindbelastningen Detaildimensionering af TT dæk Branddimensionering af TT dæk Detaildimensionering af dæk- og vægsamlinger Der er i tegningsmappen vedlagt følgende tegninger: 201 Bjælke 202 Samlinger 2 Skitseprojektering af bygningens statiske system Der udarbejdes tre skitseforslag for opbygningen af Arkaden. I skitseforslagene tages der udgangspunkt i bygningens geometriske udformning, som vist på Figur 2.1. Figur 2.1 Busterminalens geometriske udformning Side 10 af 81
JF. Kennedy Arkaden 2.1 Skitseforslag 1 I dette skitseforslag undersøges en opbygning af Arkaden med skiver og plader. Skivesystemet opbygges og understøttes som vist på Figur 2.2 Figur 2.2 Statisk model af skive/plade system Herved opnås en stabil konstruktion med store flader til at optage momenter ved fundamenterne. En opbygning af busterminalen med skiver og plader er skitseret på Figur 2.3. N Figur 2.3 Model af skitseforslag 1 ved brug af plader og skiver Denne opbygning har en stor fordel ved, at den er hurtig og billig at opføre. Konstruktionen kan både udføres som in-situ støbt beton og elementbyggeri med betonelementer. Opbygningen med skiver til optagelse af lodrette og vandrette kræfter skaber mindre fleksibilitet i bygningen i forhold til ruminddeling og beklædning af facader. Ændringer af ruminddeling i bygningen, kan betyde store ændringer i bygningens stabilitet. Da Arkaden er et multifunktionelt center, skal der kunne foretages ændringer af ruminddelingen uden at ændre stabiliteten i den bærende konstruktion, hvilket vil øge omkostningerne ved en sådan ombygning. Side 11 af 81
2. Skitseprojektering af bygningens statiske system 2.2 Skitseforslag 2 I dette skitseforslag undersøges en opbygning af busterminalens statiske system med rammer. Rammerne opbygges med momentstive hjørner og fast simple understøttede rammeben som vist på Figur 2.4. Figur 2.4 Rammernes statiske system De momentstive hjørner i rammen sikrer stabiliteten i forhold til de horisontale kræfter og momenter virkende på rammens ben. Rammerne kan også opbygges med vindkryds i stedet for momentstive hjørner. Dette anses ikke for en god løsning, da det vil nedsætte fleksibiliteten i ruminddelingen af bygningen og derved fjerne fordelen ved rammeopbygningen. Understøtningerne kan opføres med indspændte rammeben. Det vil bevirke, at der kan optages momenter ved understøtningerne. Denne understøtningsform vurderes ikke at være fordelagtig, da disse understøtninger medfører store fundamenter for at kunne optage de forholdsvis store momenter. Rammerne i Arkaden sættes sammen i et gittersystem som vist på Figur 2.5. N Figur 2.5 Skitse af rammeopbygning af busterminalen Herved opnås et stabilt rammesystem, idet rammerne spænder i bygningens længde- og bredderetning. Ved rammeopbygningen opnås en stor fleksibilitet i indretningen af Arkaden, idet skillevægge kan opføres som lette skillevægge uden kraftoverførsel. Opbygning med rammer kræver momentstive samlinger mellem rammerne, hvilket er svært at konstruere med elementbyggeri. En opbygning med dette statiske system forudsætter, at rammerne in-situ støbes ved brug af beton for at opnå tilstrækkelig stor stivhed i rammehjørnerne. Rammebenene i systemet medfører desuden store punktlaster, hvilket stiller større krav til funderingen af byggeriet end ved fundering af vægge (skiver). Side 12 af 81
JF. Kennedy Arkaden 2.3 Skitseforslag 3 I dette skitseforslag undersøges en opbygning med en stabil kerne til at sikre totalstabiliteten. Kernen opbygges af skiver, da disse har gode egenskaber til at henføre horisontale kræfter til fundamenterne. Den resterende del kan opbygges af rammer og/eller bjælke- søjlesystem, som skal optage lodrette belastninger og henføre vandrette kræfter videre til kernen. Det statiske system er vist på Figur 2.6. Figur 2.6 Statisk system med en stabil kerne og rammer Denne opbygning bevirker, at det bliver muligt at udnytte stabiliteten fra skiveopbygningen og fleksibiliteten fra rammesystemet. Ved at opbygge Arkaden med etagedæk bestående af skiver, kan de horisontale kræfter på bygningen henføres til de stabiliserende kerner og videre til fundamenterne. Herved fås et statisk stabilt system som vist på Figur 2.7. N Figur 2.7 Opbygning med stabile kerner I dette system kan der med fordel benyttes præfabrikerede elementer, da der ikke skal laves momentstive samlinger i rammehjørnerne som ved skitseforslag 2. Der benyttes derfor præfabrikerede elementer ved valg af dette system. 2.4 Valg af statisk system I Arkaden ønskes store glaspartier, dels i facaden og i stueetagen, hvor der placeres special butikker med udstillingsvinduer. Ud fra skitseforslagene vurderes det, at der stabilitetsmæssigt er størst fordel ved en opbygning af skiver som i skitseforslag 1. Denne opbygning kan ikke tilfredsstille kravet til fleksibiliteten. En opbygning kun af rammer, ville ikke udnytte de muligheder, der er i stueetagen, mht. bærende vægge bl.a. i premierebiografen. Side 13 af 81
2. Skitseprojektering af bygningens statiske system Derfor undersøges ud fra udleverede plantegninger, om en opbygning med stabiliserende kerner kan skabe tilstrækkelig fleksibilitet i bygningen. Dette afhænger af, om arkitekternes etageudnyttelse giver mulighed for, at der kan etableres vægskiver op til de øverste etager, samt at disse har tilpas stivhed. Det vurderes ud fra skitseforslagene, at skitseforslag 3 er at foretrække, hvis indretningen af bygningen kan konstrueres med stabiliserende kerner. Dette undersøges nærmere i kapitel 3 ud fra en vurdering af hvilke vægge, der kan betragtes som skiver, samt en spændingsanalyse af skiverne i bygningen. I næste afsnit analyseres valg af materialer til opbygning af Arkaden. 2.5 Valg af materialer og udførelsesmåde I dette afsnit undersøges opbygning af Arkaden med betonelementer, kombination af stål og beton samt in-situ støbning af hele bygningen. 2.5.1 Betonelementer Det valgte statiske system kan udføres som en betonkonstruktion bestående af præfabrikerede elementer med evt. in-situ støbt kælder og terrændæk. Montagebyggeri kan udføres med elementer fra samme elementkoncern, og dermed vil denne entreprise kunne udstedes til en enkelt leverandør, hvilket betyder mindre risiko for fejlleverance. 2.5.2 Kombination af stål og beton Det ville ligeledes være muligt at udføre råhuset som en kombination af betonelementer og stålelementer. Dette kunne udføres med kerner af beton og rammer af stålprofiler. Dette ville kræve stor kommunikation mellem betonelementfabrikken og leverandøren af stålprofiler 2.5.3 In-situ støbt byggeri Det vil ikke være økonomisk og tidsmæssigt rentabelt at in-situ støbe et kompliceret byggeri som Arkaden, da disse konstruktioner kræver meget lang forberedelsestid mht. opstilling af forskalling og klipning, bukning og binding af armering. 2.5.4 Udvælgelse af materiale og udførelsesmetode Det vurderes, at det i dette byggeri vil være mest fordelagtigt at benytte betonelementer med in-situ støbt kælder og terrændæk. Dette vil minimere byggetiden og undgå komplikationer ved brug af to materialer. I det følgende kapitel undersøges ud fra en spændingsanalyse af vindlasten, muligheden for at opbygge Arkaden som skitseforslag 3. Side 14 af 81
JF. Kennedy Arkaden 3 Bygningens stabilitet De bærende skiver jf. Figur 3.1 er placeret ud fra ruminddelingen i udleveret materiale og Bilag K1. N Figur 3.1 Bærende skiver i forhold til vandret lastpåvirkning I spændingsanalysen forudsættes det, at skiverne optager vandrette kræfter, samt at de bærende vægprofiler betragtes som ét vægprofil. I spændingsanalysen benyttes der fra 1. til 6. etage en tilnærmet beregningsmetode [Montage 2, 2002]. Metoden bygger på en antagelse om, at de enkelte profiler er vridningsslappe, og med hovedinertiakser parallelt med vægsystemets hovedretninger. Endvidere antages det, at forskydningsdeformationerne er negligerbare. For 7. og 8. etage (tårnet) beregnes spændingerne ved brug af en metode, der bygger på en elasticitetsteoretisk metode. Beton betragtes ved denne metode som værende et elastisk materiale. I bilag K2 er spændingerne hidrørende vindlasten beregnet og resultaterne fremgår af Figur 3.2 til Figur 3.5. Side 15 af 81
3. Bygningens stabilitet Ved vind fra øst fås spændingerne. Figur 3.2 Fordeling af normalspændinger med vind fra øst. Alle spændinger i kpa. Er ikke målfast Figur 3.3 Fordeling normalspændinger med vind fra nord. Alle spændinger i kpa. Er ikke målfast Side 16 af 81
JF. Kennedy Arkaden Med vind fra nord fås: Figur 3.4 Fordeling af forskydningsspændinger med vind fra øst. Alle spændinger i kpa. Er ikke målfast Figur 3.5 Fordeling af forskydningsspændinger med vind fra nord. Alle spændinger i kpa. Er ikke målfast Side 17 af 81
3. Bygningens stabilitet Ved beregningerne af forskydningsspændingerne er det valgt ikke at beregne værdier for den del af vægprofil 9, der består af 1.-3. etage, da dette delvist er opbygget af et lukket tyndfliget tværsnit. Beregningsmetoden for lukkede tyndfligede tværsnit er anvendt på vægprofil 11. Idet denne rapport indgår i en læreproces, er det valgt ikke at gentage denne tidskrævende beregningsmetode. Af spændingsanalysen fremgår, at der er stor variation mellem tårnet, vægprofil 9, og de øvrige vægprofiler. Udover vægprofil 9 vurderes de øvrige spændinger ikke at give problemer. Der kan rejses tvivl om rigtigheden for de fundne spændinger over vægprofil 9. Der er af tidsmæssige årsager ikke udført videre beregninger for dette vægprofil. Side 18 af 81
JF. Kennedy Arkaden 4 Premierebiograf I dette kapitel gøres rede for dimensionering af etageadskillelsen mellem premierebiografen og taghaven. Biografens indvendige mål er (l x b x h) 20,2 m x 24 m x 12 m. Biografens placering i bygningen er vist på Figur 4.1. N N Figur 4.1 Placering af premiere biograf, samt spændretning af dækelementer Der benyttes præfabrikerede betonelementer fra Spæncom til opbyggelse af biografen. Opbygning af biografen er vist på Figur 4.2. N N Figur 4.2 Premierebiografen Side 19 af 81
4. Premierebiograf Der anvendes 10 stk. TT dæk som etageadskillelse og 77 stk. vægelementer jf. Tabel 4.1. Tabel 4.1 Elementer til premierebiografen Bredde (incl. fuge) [mm] Højde / længde [mm] Tykkelse [mm] Antal [stk.] Væg 200a 2400 6000 200 55 Væg 200b 2400 6000 200 2 Væg 200c 2400 600 200 1 Væg 200d 1200 6000 200 1 Væg 350 2400 6000 350 18 TT dæk 2400 20400 60-600 10 4.1 Dimensionering af TT dæk Resultater for detaildimensionering af TT dækket over premierebiografen fremgår af de følgende afsnit. Følgende lastkombinationer er vurderet som værende dimensionsgivende for TT dækket: Anvendelsesgrænsetilstand LK 1 : 1. G + 1. N y Brudgrænsetilstand LK 2.1: 1. G + 1,3. N y Brand LK 3.3: 1. G + 0,5. N y Ved dimensionering af TT dækkene anvendes følgende beregningsforudsætninger: - Høj sikkerhedsklasse - Passiv miljøklasse - Normal materialekontrolklasse Dimensionerne af TT dækket samt placering af længdearmering fremgår af Figur 4.3. Figur 4.3 Tværsnit på bjælkemidte af TT dæk. Mål i mm Side 20 af 81
JF. Kennedy Arkaden Der indlægges 24 L12,5 liner, som forspændes med 117 kn/line. Det er valgt at opbøje armeringen, da der ellers vil ske brud ved bjælkeenden forårsaget af forspændingskraften. Armering opbøjes med en hældning på 1,8º 3,2 meter fra bjælkemidten jf. Figur 4.4. Figur 4.4 Placering af længdearmering. Mål i mm. I bjælkens levetid mindskes forspændingskraft med 27 kn/line pga. svind og krybning af betonen samt relaxation af armeringen jf. Bilag K3. Dette bevirker et mindre brudmoment, hvilket der er taget hensyn til ved dimensioneringen. I bjælkens flange indlægges φ6 netarmering med en maskevidde på 200 mm. Desuden indlægges spaltearmering ved bjælkeenderne som vist på Figur 4.5. Figur 4.5 Placering af spaltearmering De forskellige fretteringsarmeringer er vist på Figur 4.6. Type 1 Type 2 Type 3 φ12 φ12 φ10 Figur 4.6 Typer af anvendt spaltearmering Side 21 af 81
4. Premierebiograf I anvendelsesgrænsetilstanden er der for bjælken bestemt en pilhøjde på 17 mm svarende til 1/1000 af spændvidden. Det acceptabelt, da DS 411 anbefaler en nedbøjning på maksimalt 1/400 af spændvidden. 4.2 Brandtekniske forhold I det følgende er der gjort rede for de overordnede brandbestemmelser iht. BR 95. Alle etageadskillelser og bærende vægge skal udføres mindst som BS-bygningsdel 60. Herudover skal følgende etager udføres som BS-bygningsdel 120: - De 3 nederste etager, hvor der opføres 6 etager - De 5 nederste etager, hvor der opføres 8 etager Etagearealet for de nederste 3 etager er på 8350 m 2 og for de resterende 5 etager 3700 m 2. Dette bevirker, at etagerne skal opdeles i mindre brandsektioner på højst 600 m 2. Alle brandsektionsadskillelser udføres som BS-bygningsdel 60. Hver brandsektion opdeles i flere brandceller, hvor ikke bærende adskillelser udføres som BS-bygningsdel 30. På Figur 4.7 fremgår brandsektionerne i stueetagen. I dagligvarebutikken opsættes sprinkleranlæg, da brandsektionen er over 1000 m 2. [BR 95, s. 73f] Figur 4.7 Opdeling af stueetage i barndsektioner Side 22 af 81
JF. Kennedy Arkaden 4.2.1 Eftervisning af TT dækkets brandmodstandsevne Det afgrænses til kun at branddimensionere TT dækket i Premierebiografen. TT dækket klassificeres som en BS-bygningsdel 60 og branddimensioneres for et nominelt brandforløb jf. Bilag K3. På Figur 4.8 fremgår opbygningen af etageadskillelsen mellem premierebiografen og taghaven. 50 mm Figur 4.8 Opbygning af etageadskillelse TT dækket opfylder kravet til brandmodstandsevne med et nedhængt loft med minimum 25 mm gips. En anden løsning af branddimensioneringen kunne være at øge dæklaget eller isolere TT dækket. Derved undgås vedligeholdelse og kontrol af nedhængt loft. Side 23 af 81
5. Detaildimensionering af samling mellem betonelementer 5 Detaildimensionering af samling mellem betonelementer I dette afsnit er samlinger mellem vægskiver og etagedæk dimensioneret. På Figur 5.1 fremgår de fem samlinger, der er dimensioneret ud fra DS 411/Ret 1. Figur 5.1 Samlinger, som dimensioneres Der tages udgangspunkt i etageadskillelsen mellem 3. og 4. sal i den nordlige del af bygningen, som er fremhævet på Figur 5.2. Figur 5.2 Spændretning for etageadskillelse mellem 3. og 4. sal Etageadskillelsen består af 55 stk. PX32/120 med en spændvidde på 15 m. Til armering benyttes ribbestål, B550. Mellem fugerne benyttes fugebeton med en karakteristisk trykstyrke på 20 MPa. Samlingerne dimensioneres i normal materialekontrolklasse og høj sikkerhedsklasse. I Tabel 5.1 fremgår størrelser af armeringsjern, belastning samt stødlængde. Side 24 af 81
JF. Kennedy Arkaden Tabel 5.1 Armeringsjern anvendt til samlinger af betonelementer. Belastning [kn] Armeringsdiameter [mm] Stødlængde [mm] Armering mellem etagedæk 73 2 stk. φ12 528 Armering mellem vægskiver 180 1 stk. φ25 1100 Randarmering 225 2 stk. φ20 880 Bøjlearmering mellem dæk 73 1 stk. φ12 bøjle 528 Dimensioneringen af randarmeringen og armeringen mellem dækkene har medført en armeringsanordning som er vist på Figur 5.3. Facadeelementet på figuren er ikke dimensioneret. Figur 5.3 Placering af armering i samling mellem dæk og facadeelement. Facadeelement er ikke dimensioneret Armeringen mellem dækelementer kan ses på Figur 5.4. Figur 5.4 Armeringsanordning mellem dækelementer Side 25 af 81