Lösningen består utav en betongkärna vilket fungerar som stabiliserande element. 84 stycken pelare i stål tillsammans med betongkärnan bär upp bjälklagen, sin egenvikt, mellanväggar och tak. Denna lösning är en variation av lösning 1: oförändrad
betongkärna och bärande pelare i stål. Det görs genom att betongkärnan minskas till minsta mått som krävs för att inrymma hissarna och trapporna. Den kvadratiska geometrin bevaras på den centriska kärnan. Lastareorna för fasadpelarna ökar genom att avståndet till kärnan ökar, det i sin tur ger ger större laster på pelarna. För att lösa det sätts ytterligare pelare i planen. Kärnans tjocklek minskas. Beräkningar görs med Eurokod. 7.4.1 Planlösning – Mått 𝐻𝑣å𝑛𝑖𝑛𝑔: 3,3 m Area hus:1156 𝑚2. Area kärna:92 𝑚2. Area friyta: 1064 𝑚2. w
7.4.2 Konstruktionselement
Det som utmärker kosntruktionslösningen är att betongkärnan är reducerad till minsta mått för att kunna inhysa toaletter, hisschackt och trapp. Antalet pelar för att klara av att bära upp lasterna har kraftigt ökats med den nya geometri som tillkommit. Betongkärnans minskning av storlek den tydligaste förändringen mot konstruktionen i ’lösning 1: oförändrad
betongkärna men bärande pelare i stål’. Lastberäkningar för dimensionering utav elementen finns i Bilaga 2, Lösning 2: Minskning av betongkärnans mått, vilka görs enligt Eurokod.
Bjälklag:
Inuti kärnan används ett platsgjutet bjälklag som kan anpassas för öppningarna för hissar och trapp.
Utanför kärnan består bjälklaget utav TT-däck med en tjocklek på 100 mm. Upplaget blir då på alla fyra omkringliggande balkar.
TT/F 240/40 (Svensk Betong 2013).
Egentyngd: 2,45 kN/m2 (Svensk betong 2013) Balkar
Hattbalkar bär upp bjälklaget.
Tak
Ej specificerat men finns med i beräkningarna.
Mellanväggar
Ej specificerat men finns med i beräkningarna. Planlösningen innehåller inte några lättväggar men möjligheten för att sätta upp finns.
Pelare:84 stycken stålpelare profilerna; Vån 1-15:HEB 550, Vån: 16-30: HEA 450, Vån 31-
45: HEA 280. Stålkvalitet S355
Kärna: Kärnan är platsgjuten i betong och med en tjocklek som minskar med höjden.
Tjocklek; Våning 1-15: 0.8 m,Våning 16-30: 0.4 m, Våning 30-45: 0.3 m. Betongkvalitet c50/60.
7.5 Lösning 3: Stålkärna
Lösning 3 är en variation på lösning 2: minskning av betongkärnans mått. I denna lösning har betongkärnan ersatts med en tubkärna i stål. En konstruktion med en tubkärna är en mer betydligt kostsammare lösning. Kärnan består utav en koncentration stålpelare ihopsatta med diagonaler av stål vilket bildar sammanhängande fackverk som en tub. Lösningen har många fördelar då planlösningen blir mer flexibel då ytan som tidigare användes till kärna kan nu användas som exempelvis kontorsyta eller liknande. Trappor och hissar kan placeras fritt och betraktas ej som stabiliserande element.
7.5.1 Planlösning – Mått 𝐻𝑣å𝑛𝑖𝑛𝑔: 3,3 m.
Area hus:1156 m2. Area kärna:92 m2. Area friyta: 1156 m2.
7.5.2 Förändringar av konstruktionen
I lösning 3: Stålkärna är betongkärnan ersatt med en tubkonstruktion i stål, placerad centralt i byggnadens mitt. Stålkärnans mått ger en ny placering utav för pelarna jämfört med
tidigare lösningar. Där den tydligaste förändringen är att konstruktionen är helt i stål samt att pelare placeras i och utanför kärnan. Lastberäkningar för dimensionering utav elementen finns i Bilaga 1, Lösning 3: Stålkärna, vilka görs enligt Eurokod.
Bjälklag:
För insidan av kärnan används ett platsgjutet bjälklag som kan anpassas för öppningarna för hissar och trapp.
Utanför kärnan består bjälklaget utav TT-däck med en tjocklek på 100 mm. Upplaget blir då på alla fyra omkringliggande balkar.
TT/F 240/40 (Svensk Betong 2013).
Egentyngd: 2,45 kN/m2 (Svensk betong 2013) Balkar
Hattbalkar bär upp bjälklaget.
Tak
Ej specificerat men finns med i beräkningarna.
Mellanväggar
Ej specificerat men finns med i beräkningarna. Planlösningen innehåller inte några lättväggar men möjligheten för att sätta upp finns.
Pelare: 60 stycken stålpelare varav 16 stycken utgör kärnan, tubkonstruktionen, i mitten.
För pelare utanför kärnan. Vån 1-15:HEM 550, Vån: 16-30: HEB 550, Vån 31-45: HEA 340. Stålkvalitet S355
Kärna:
Kärnan består utav totalt 16 stycken stålpelare med fem stycken pelare i varje rad med profilen HEM 900 med stålkvalitet s450 som binds ihop av snedstag som bildar ett fackverk. Snedstagen är i stål med profilen VKR 300x300 med en godstjocklek på 10 mm.Snedstagen bildar kryss över hela kärnan. Kärnan bildar en kvadrat med ett mått på 16 m på sidorna.
8
RESULTAT
I detta kapitel kommer resultat dels från referensobjektet (Samuelsson & Svensson 2007) samt från beräkningarna som har utförts i detta arbete.
8.1 Beräkningar
Beräkningar med BKR. 14,4x14,4 m kärna. Referensobjekt. Beräkningar med EK. 14,4x14,4 m kärna. Lösning 1: Oförändrad betongkärna men bärande pelare i stål. Beräkningar med EK. 9,6x9,6 m kärna. Lösning 2: Minskning av betongkärnans mått. Beräkningar med EK. Stålkärna 16x16 m. Lösning 3: Stålkärna. Knäckningslast 3,751 ∙ 106𝑘𝑁 2,26 ∙ 106𝑘𝑁 2,48 ∙ 106𝑘𝑁 6,01 ∙ 106𝑘𝑁Total last på kärna 4,118 ∙ 105𝑘𝑁 1,449 ∙ 105𝑘𝑁 2,17 ∙ 105𝑘𝑁 0,185 ∙ 105𝑘𝑁 Accelerationens maxvärde 0.121 𝑚/𝑠2 0.0925 𝑚/𝑠2 0.1289 𝑚/𝑠2 0.128 𝑚/𝑠2 Accelerationens maximala gränsvärde 0.121 𝑚/𝑠2 0.1361 𝑚/𝑠2 0,1361 𝑚/𝑠2 0,1361 𝑚/𝑠2 Accelerationens medelvärde 0.034 𝑚/𝑠2 0.0277 𝑚/𝑠2 0.0387 𝑚/𝑠2 0.0384 𝑚/𝑠2
Tabell 8.1: Jämförelse mellan BKR och EK dimensionerande effekter.
8.1.1 Lösning 1: Oförändrad betongkärna men bärande pelare i stål
Konstruktionen klarar kraven på acceleration utmärkt med stora marginaler. Enligt beräkningar med Eurokod är det fullt möjligt att minska kärnans dimension.
8.1.2 Lösning 2: Minskning av betongkärnans mått
Den minskade kärnan klarar kraven för vindaccelerationen. Problemet med att minska kärnan är att spännvidderna för bjälklaget ökar, vilket innebär en ökad lastarea och större last på pelarna. För att lösa problemet med de större lastareorna placeras fler pelare in på planen så att spännvidderna miskas till passande längd för pelarnas dimensionering.
8.1.3 Lösning 3: Stålkärna
En kärna i stål med 16 pelare och snedstag klarar av lasterna som påverkar den. Det som blir dimensionerande för stålkärnan är momentet som skapas i stålkärnan från vind- och
snedställningskrafter. Hävarmen och de fem pelarna var tillräckliga för att kunna motverka det momentet. Momentet skapade en tryckbelastning på pelarna som var betydligt större än
de övriga vertikala lasterna. Skjuvkrafterna som verkar på kärnan klaras av med vanliga stålprofiler. Accelerationen av byggnaden klaras med god marginal till gränsvärdena.
8.1.4 Jämförelse mellan beräkningar enligt BKR och Eurokod
Här jämförs examensarbetets beräkningar (Eurokod) med beräkningar som gjorts utav referensobjektet (Samuelsson & Svensson, 2007) (BKR) för samma konstruktioner. Vidare jämförs även de olika konstruktionerna och dess beräkningar med varandra.
De dimensionerande effekterna i BKR beräkningarna är dels knäckningslasten och dels accelerationen i toppen av byggnaden. Det är även de som resultatet kommer att jämföras med.
Resultaten från beräkningar av de dimensionerande effekterna med BKR redovisas i tabell 8.2.
För att byggnaden ska klara av accelerationerna vid beräkning med BKR så måste utriggare och dämpare användas. Detta görs inte i beräkningarna med EK, vilket visar tydligt på att det är lättare att klara kraven på de dynamiska lasterna med EK än med BKR.
En förklaring till detta är att andra lastkombinationer och partialkoefficienter används vid beräkning av laster mellan BKR och EK.
Då det är vindlasten som påverkar accelerationen och beräkningssättet skiljer sig visar det sig att beräkningar med EK är mer gynnsam ur en acceleration synpunkt.
Annat som skiljer sig mellan BKR och EK vid beräkningen av accelerationen är att det används a värden i BKR och dimensionerande värden i EK för vindhastigheten i toppen av byggnaden. Detta ger ett ganska stort utslag på visa parametrar i beräkningen.
Egenfrekvensen för byggnaden är grovt uppskattad i EK för byggnader över 50 m där den blir mycket mer grundligt beräknad vid användning av BKR.
Knäckningslasterna har i båda fallen beräknats med Vianellos metod. Det som gör att värdena skiljer sig åt är beräkningsmetoderna, BKR gentemot Eurokod, för de