Konstruksjonsforståelse

1. Konstruksjonsforståelse KURS A5-1 GARDERMOEN 24. NOVEMBER 2010

2. Bakgrunn • Krav i Norsk Standard Nasjonalt tillegg: NS-EN 206 NA. 9.6.1.2. Produksjonsleder • I klasseUtvidetkontrollskalproduksjonslederværeingeniør • Detforutsettes 5 årspraksisfraproduksjon i bedriftgodkjent for levering Iutvidetkontroll. For å få fast kompetansebevis Iutvidetkontroll (PPKU) og kurs: (A5) Eksamenmåværebestått. • Noe kompetanse innen konstruksjon • 3 timer

3. Prosjektering av en bygningskonstruksjon • En byggeprosess er en omfattende operasjon og krever innspill fra mange aktører. • Bygningens funksjon må bestemmes • Bæresystem • Byggherre • Arkitekt • RIB - konstruktør • Entreprenør • Betongprodusent

4. Bæresystemer • I en bygningskonstruksjon har bæresystemet som oppgave å overføre de aktuelle laster, horisontale og vertikale, til fundamentene hvor de kan opptas av de underliggende løsmasser eller fjell. • Bæresystemet er bygget opp av konstruksjonselementer som plater, bjelker, søyler ev vegger for å overføre de vertikale lastene til fundamentet. For å overføre de horisontale lastene benyttes et horisontalt bæresystem med f.eks dekkeskiver, veggskiver ev fagverk.

5. Bæresystemer • I en bygningskonstruksjon har bæresystemet som oppgave å overføre de aktuelle laster, horisontale og vertikale, til fundamentene hvor de kan opptas av de underliggende løsmasser eller fjell. • Bæresystemet er bygget opp av konstruksjonselementer som plater, bjelker, søyler ev vegger for å overføre de vertikale lastene til fundamentet. For å overføre de horisontale lastene benyttes et horisontalt bæresystem med f.eks dekkeskiver, veggskiver ev fagverk.

6. Statiske system • For å kunne dimensjonere en konstruksjon må man lage en teoretisk modell av et bæresystem for å kunne beregne hvordan lastene opptas i konstruksjonen og føres videre ned til grunnen. Disse modellene vises ved hjelp av forenklede strektegninger og definerte symboler. Ved hjelp av det statiske systemet vurderes også om konstruksjonen er stabil, at den ikke velter eller klapper sammen. • Under er vist ulike statiske system. De aktuelle lastene settes på konstruksjonen og de indre lastvirkningene beregnes. Deretter kan man dimensjonere delene i systemet som stavene, bjelkene dekkene etc.

7. Konstruksjonselementer • En bærende konstruksjon kan settes sammen av flere elementer som staver, bjelker, plater, skiver, skall etc. Disse utsettes for trykk og strekk, momenter og skjærkrefter. Disse elementene må bindes sammen til en helhet i et system som kan sørge for stabilitet i konstruksjonen. • Konstruksjonens bruksområde og kompleksitet styrer hvilke typer konstruksjonselementer som brukes. • Materialvalg har også en betydning siden forskjellige materialer har forskjellige egenskaper og kost/nytte effekt. • Betong tåler store trykkrefter, og kan utføres med store flater. Stål tåler trykk og strekk like godt, men utføres normalt som enkle stavelementer, ev som plater.

8. På grunn av betongens lave strekkapasiteter er konstruksjonselementer som tau og fagverksstaver lite hensiktsmessig utformet i betong. Betongens store styrke er trykkapasiteten og dens evne til å overføre store laster. I tillegg til at den er kostnadseffektiv og mulighetene som ligger i et formbart materiale Betong har gode egenskaper til å ta opp trykkrefter, men ikke strekkrefter. Der det oppstår strekkrefter i betongen benyttes armering. Konstruksjonselementer i betong. På grunn av betongens lave strekkapasiteter er konstruksjonselementer som tau og fagverksstaver lite hensiktsmessig utformet i betong. Betongens store styrke er trykkapasiteten og dens evne til å overføre store laster. I tillegg til at den er kostnadseffektiv og mulighetene som ligger i et formbart materiale Betong har gode egenskaper til å ta opp trykkrefter, men ikke strekkrefter. Der det oppstår strekkrefter i betongen benyttes armering.

9. Konstruksjonselementer Søyler Bjelker • Søyler er de enkleste og vanligste konstruktive bæreelementer. • Forenklet får søyler krefter i søyleretningen. Dette gir det vi kaller trykkrefter. Bjelker er det enkleste lastbærende konstruksjonselementet. Normale krefter virker i planet og gir moment (bøyekrefter) og skjærkrefter.

10. Konstruksjonselementer Dekker Plater • Plater kan ha en funksjon i bygget som dekke ev også vegger. Belastningene på en plate kommer normalt på denne. • Plater kan utføres enten så man får opplegg i en retning slik at det statiske systemet er som en bjelke eller i to retninger som gir bøynings og skjærkrefter i to retninger. • Beregningsmessig er disse mer komplisert, men måten vi løser det på er analogt til en bjelke. • I et bygg vil både dekker og vegger kunne virke som en plate.

11. Konstruksjonselementer Dekker Skiver Skall • Skiver kan ha en funksjon i bygget som vegger, men også dekker vil virke som en skive. Dette er komplekse konstruksjonselementer. Lastene på en skive kommer i planet med skiven, og man får en annen virkemåte enn en plate. • Beregningsmessig i forhold til opptak av laster behandles disse gjerne som spesielle tilfeller av søyler/bjelker eller konsoller. • Skallerdobbeltkrummekonstruksjonslementer og er en effektivmåte å utnyttebetongensfordeler med å taopptrykkrefter. Skallkonstruksjonererkomplisertebåde å beregne og utføre.

12. Sikkerhet • Konstruksjonen skal utformes, dimensjoneres og bygges på en slik måte at det er en definert sikkerhet mot sammenbrudd. Disse kravene er nedfelt i standardene. Der er det tatt hensyn både til konstruksjonstyper og konsekvens og materialer og utførelse. • Oppfatningen av sikkerhet er gjerne knyttet til personers sikkerhet mot skade. Vi forventer at sannsynligheten for personskade er liten ved bruk av samfunnets infrastruktur, offentlig kommunikasjon etc. Der vi selv har liten innflytelse eller kontroll på de farer vi utsetter oss for. Der vi selv har en aktiv rolle, som ved fritidsaktiviteter som fjellklatring og ved bilkjøring aksepterer vi en større sannsynlighet for fare. • For bygninger er det forventet at personskade ved sammenbrudd skal være en meget sjelden hendelse. • Det er vedtatt en rekke lover og regler for planlegging, prosjektering og bygging av konstruksjoner. • Reglene er basert på hva som er en akseptabel skadefrekvens.

13. Sikkerhet Ulykker forårsaket av konstruksjonssvikt/sammenbrudd: Konstruksjonssvikt for enkel bjelke: • S: Lastvirkning (moment) • R: Motstand (momentmotstand) • Konstruksjonssvikt inntrer når S>R Konstruksjonssvikt kan være • fysisk sammenbrudd. • store uakseptable nedbøyninger. • Store oppsprekkinger etc.

14. Sikkerhet Årsaktilkonstruksjonssvikt: • Årsak til ulykker hvor konstruksjonssvikt er utløsende faktor kan deles inn i: • Kalkulert risiko. • Objektivt ukjente fenomen. • Feil ved planlegging, fabrikasjon og drift. • De fleste tilfeller av konstruksjonssvikt skyldes menneskelige feil. Med menneskelige feil menes det da ikke nødvendigvis feil begått av enkeltpersoner. Menneskelige feil kan ofte skyldes organisatoriske feil som manglende rutiner, uklare ansvarsforhold og svak ledelse. Det legges derfor stor vekt på sikkerhetsstruktur i organisasjonene. • Menneskelige feil forekommer både under planleggingsfasen, prosjektering og utførelse.

15. Sikkerhet Kravtilkonstruksjonerspålitelighet • For å styre pålitelighetsnivået benyttes i Norge pålitelighetsklasser. • Konstruksjoner klassifiseres etter konsekvensen ved konstruksjonssvikt med hensyn til : • Skade på mennesker • Uakseptable forandringer i miljøet. • Uakseptable økonomiske kostnader for samfunnet. • Pålitelighetsklassene brukes hovedsakelig til å sette krav til kontroll av prosjektering og utførelse. • Til pålitelighetsklassene er det gitt kontrollklasser som igjen styrer graden av kontroll både for prosjektering og utførelse bl.a hos en betongprodusent. • Til begrenset kontroll stilles det kun krav til egenkontroll. For Normal kontroll stilles det krav til systematisk intern kontroll. For utvidet kontroll skal det utføres en uavhengig kontroll av annet foretak. • F.eks vil en bolig ha en lavere pålitelighetsklasse enn et skolebygg, og det stilles derfor mindre krav til kontrollomfang til utførelse av boligen enn til skolebygget.

16. Sikkerhet Sikkerhetsfaktorervedprosjektering • Partialfaktormetoden benyttes ved dimensjonering. • Det skal bevises at Lastvirkning S ikke overskrider motstand R. • For lasten brukes en sikkerhetsfaktor lastfaktor γf • For motstand benyttes en sikkerhetsfaktor på materialet, materialfaktor γm. • I dimensjoneringen tas det utgangspunkt i de karakteristiske verdiene Sk og Rk. • Dimensjonerende lastvirkning Sf = Sk* γf • Dimensjonerende motstand Rd = Rk/ γm • Det skal påvises at Sf ≤ Rd • Sikkerheten fremkommer ved γf * γm

17. Laster • En konstruksjon utsettes for permanente laster og variable laster. I tillegg vil det kunne være dynamiske laster og laster som oppstår under ulykkestilfeller på konstruksjonen. Lastene vil kunne være både vertikale og horisontale. Konstruksjonene må utformes slik at den kan tåle disse lastene med en rimelig grad av sikkerhet. • Permanente laster: • Egenlaster i byggverk er konstruksjonens egen tyngde, bygningsdelers tyngde (isolasjon, himlinger etc), vekten av faste installasjoner samt vekten av jord og ballast.

18. Laster • Variable laster: • Nyttelaster er variabel last som oppstår under bruk og varier over tid. De kan være forårsaket av personlast, innredning og installasjoner og nyttelaster fra kjøretøy (trafikklaster). I standarder er det gitt størrelser på laster til ulike bygninger ut fra bruk. F.eks er det for en bolig atskillig mindre nyttelast enn for en skole. • Eksempel: Nyttelast for bolig: p = 2 kN/m2 og for en skole: 4 kN/m2 • Naturlaster er snølast og vindlast ev laster fra bølger og strømninger på marine konstruksjoner. • For snølaster og vindlaster er det gitt størrelser på disse gitt i Norske standarder og varierer med geografisk beliggenhet. F.eks er snølasten i Sarpsborg 3,0 kN/m2 og i på Lillehammer 4,5 kN/m2. • Ulykkeslaster: • Seismiske laster (jordskjelv) er kun aktuelt noen steder i landet og påvirkningen er avhengig av grunnforhold og type konstruksjon. Alle bygninger i Norge skal sjekkes for påvirkning av seismiske laster, men vil kun i noen tilfeller få påvirkning på dimensjoneringen. • Andre ulykkeslaster vil kunne være støt ved påkjøring.

19. Lastvirkninger • Som en følge av at ytre laster virker på konstruksjonen oppstår indre krefter som trykk og strekk, momenter og skjær i konstruksjonen. • Aksialkrefter - Strekk og trykk. Fagverk som takstoler er også i hovedsak utsatt for denne type krefter. Deformasjoner blir i form av forlengelse eller stukning. • Moment og skjær oppstår i bøyningspåkjente konstruksjoner. En bjelke utsatt for belastning på tvers av lengdeaksen vil bli utsatt for disse kreftene. • Torsjonskrefter er vridninger som skyldes skjevstilling av laster er roterende laster.

20. Spenninger og tøyninger Spenninger • Kraft pr. flateenhet kalles spenninger og angis i N/mm2 = MPa • Fasthet er den høyeste spenningen et materiale kan oppnå. • Betongens trykkfasthet er den største trykkfastheten pr flateenhet som betongen kan tåle før den bryter sammen. Tøyninger • Er materialets deformasjon. • E-modulen angir materialet evne til å motstå deformasjon. • Tøyningen er dimensjonsløs og er definert som ε = ΔL/L • Tøyningen til et materialet er avhengig av materialets elastisitetsmodulen(E-modul) som angis i N/mm2 • Når et materiale har en såkalt elastisk deformasjon kan man uttrykkesammenhengen mellom spenning og tøyning ved Hooks lov: • Tøyningen (ε) = spenning (σ)/E-modulen (E) dvs ε = σ/E

21. Dimensjonering av betongkonstruksjoner. • Ved dimensjonering bestemmer man konstruksjonens størrelse og ev armering. Dette baseres på materialspesifikk kunnskap om hvordan de forskjellige materialer oppfører seg ved gitte spenninger/tøyninger. Denne kunnskapen er forskjellig fra materiale til materiale. For stål er den basert mye på teoretisk kunnskap om materialet. For betong er den mye basert på forsøk og tester over lang tid og tilnærmet til faktisk oppførsel.

22. Hensikten med armering • Betong har liten strekkapasitet og stor trykkapasitet. For å ta opp strekkspenningene benyttes det armering i betongen. Armeringen har kammer for å oppnå best mulig heft mellom betong og armering. • Det oppstår nesten alltid noen strekkspenninger i en konstruksjon, og derfor er betongkonstruksjonene med få unntak nesten alltid armert. • I tillegg skal armerningen begrense og fordele riss og spenninger pga. nedbøyning og svinn. • Noen ganger benyttes armering for å ta opp trykkrefter i konstruksjonen når trykkspenningen overstiger betongens trykkfasthet. Typisk for høyt belastede eller slanke søyler. Alternativet ville blitt uforholdsmessig grove konstruksjoner. Dette vil også ofte være aktuelt ved lange bjelker. • Minimumsarmering legges inn i alle lastbærende betongkonstruksjoner for å begrense sprekker som følge av svinn og sørge for at riss fordeler seg jevnt i konstruksjonen. • Det vil alltids være noen riss i betongen. Armeringen sørger for å fordele ev sprekker som ville ha oppstått til jevnt fordelte riss. Det er gitt krav til maks rissvidder i Norsk Standard basert på hvilken miljø konstruksjonen er i. Dvs angitt i forhold til eksponeringsklasse og bestandighetsklasse.

23. Bøyepåkjente konstruksjoner

24. Bjelker • Den enkleste kraften å forstå er momentkraften. (bøyekrefter/bøyespenninger) • Dette er den kraften som oppstår som følge av nedbøyning av bjelken. Nedbøyningene kan bli betydelige og vil i mange tilfeller styre dimensjoneringen. • Betong har liten strekkapasitet og denne blir derfor sett bort fra i dimensjoneringen. • Uten riktig plassert armering vil en bjelke kunne få sammenbrudd med moderate lastnivåer.

26. Skjærarmering • I bøyningspåkjente konstruksjoner oppstår det også skjærkrefter ved endene som gir strekkrefter • Dette er en kraft som kan sammenlignes med avskjæring. • Dette er en effekt som spesielt oppstår ved det vi kaller opplegg. • Dette er krefter som i størrelse er mindre enn momentkrefter. Det er derfor i hovedsak bare bjelker som har armering for skjær.

27. Plater • Plater er også bøyningspåkjente. De kan ha opplegg slik at bøyningen virekr i en retning eller opplegg rundt hele randen slik at du får bøyning i to retninger. Fundamenter

28. Armering • Slakkarmerte konstruksjoner • Normalt benyttes slakkarmerte konstruksjoner. Dette er armeringsstenger med kammer, og går under betegnelse kamstål. Den mest vanlige armeringen som benyttes har en strekkfasthet på fy = 500 MPA. • Det finnes flere typer armeringer, disse betegnes: • B500C (mest benyttet i Norge) • B500B • B500A

29. Spennarmering • Spennarmerte konstruksjoner skal utføres i utvidet kontroll • Krever armering med høy fasthet. • Krever betong med høy fasthet og stiller krav til tidligfasthet • Betongen må tåle stor trykkspenning fra forspenningen. • Høyfast betong kan utnyttes uten at deformasjoner og riss blir for store. • FORSPENNING benyttes ofte i konstruksjonsdeler påvirket av bøyemomenter sombjelker og plater.

31. Forspenning foregår generelt på to hovedmåter. • FØROPPSPENNING • ETTERSPENNING • Forskjellen ligger i om man påfører spennstålet strekk før eller etter at betongen er støpt og herdet. Fordeler med forspenning: • DEFORMASJONENE ER VESENTLIG REDUSERT • Betongen i den spennarmerte konstruksjonen er påført trykkspenning som motvirker strekkspenninger fra ytre laster. • RISS UNNGÅS I BRUKSGRENSETILSTANDEN • Ved passende valg av armering og forspenningstøyning heves spennbetongens risslast over vanlig brukslastnivå. • Pga fordeler ved mindre deformasjon og riss kan høye stålfastheter utnyttes. • Stål med høy fasthet er dyrere pr tonn enn vanlig kamstål, men pris pr kraftenhet er likevel lavere. • Det kreves en del ekstra armering i forankringssonen ved bruk av spennstål samt bruk av spesialutstyr ved produksjon og høye betongfastheter. • Det kan benyttes slankere tverrsnitt ved bruk av spennstål. • DVS en totalvurdering av PRIS er nødvendig. • KAN BENYTTE LENGRE SPENN VED BRUK AV SPENNARMERING • Deformasjonsforholdene vil ofte nødvendiggjøre bruk av forspenning.

32. Fiberarmering • Dimensjonering med fiberarmering er ikke dekket av norsk standard. • Tar opp strekkrefter som vanlig armering, men fiberarmeringen flyter i betongen under utstøping og har en vilkårlig orientering. For at denne skal ivareta sikkerheten til konstruksjonen er det en forutsetning at en tilstrekkelig mengde av fiberne har orientering i strekkretningen. Dette er ikke tilstrekkelig dokumentert pr i dag. • Det er kun tillatt å benytte fiberarmering sammen med stangarmering i frittbærende konstruksjoner som dekker og bjelker. For konstruksjoner som bl.a gulv på grunn, påstøp noen typer fundamenter som ikke har de samme konsekvensene ved sammenbrudd kan fiberarmering benyttes.

33. OVERSKRIFT 3 Tekst her blir slik som dette

34. Bæresystemer • I en bygningskonstruksjon har bæresystemet som oppgave å overføre de aktuelle laster, horisontale og vertikale, til fundamentene hvor de kan opptas av de underliggende løsmasser eller fjell. • Bæresystemet er bygget opp av konstruksjonselementer som plater, bjelker, søyler ev vegger for å overføre de vertikale lastene til fundamentet. For å overføre de horisontale lastene benyttes et horisontalt bæresystem med f.eks dekkeskiver, veggskiver ev fagverk.