EXAMENSARBETE 15 HP
EUROCODES
Examensarbete vid Mälardalens Högskola
i samarbete med Ramböll AB
Akademin för hållbar samhälls- och teknikutveckling
S
AMMANDRAG
År 2010 kommer en övergång att ske i Sverige från de nuvarande reglerna att dimensionera
bärverk enligt BBK till de gemensamma reglerna som tagits fram i Europa de så kallade
Eurocodes. Eurokoder är benämningen på en samling standarder som innehåller
beräkningsregler för dimensionering av bärverk till byggnader och anläggningar. De tas fram
av den europeiska standardiseringskommittén.
Syftet med examensarbetet är att skapa en överblick om vilka förändringar detta kommer
att leda till och hur detta kommer att påverka dimensionering av bärverk samt om det
kommer att bli några skillnader i vilken dimension man slutligen väljer.
För att komma fram till skillnaderna mellan de två olika standarderna så kommer två
byggnader att dimensioneras, Byggnaderna kommer först att dimensioneras enligt de
nuvarande reglerna enligt BBK, därefter så kommer samma beräkningar göras enligt de nya
reglerna enligt eurocodes.
Byggnaderna som kommer att dimensioneras kommer att bestå av två material antingen
bestående av stål eller betong. Byggnaden bestående av stål kommer att ha balk och pelare i
stål och den andra byggnaden kommer att ha en pelare och balk bestående av betong. För
att få en så likvärdig jämförelse som möjligt mellan de två olika standarderna så kommer
samma typ av laster och förhållanden att verka på elementen. Begräsningar har gjorts att
bara dimensionera den mest belastade balken respektive pelaren.
Efter att vi utfört beräkningarna drog vi slutsatsen att vid dimensionering enligt Eurocode
erhålls en 10 % högre utnyttjandegrad av materialet än vi dimensionering enligt BKR.
Generellt vid beräkningarna så blir hållfasthetsvärdena större för Eurocode, kompenserande
blir då också lasten större. En anledning till detta är att säkerhetsfaktorn läggs på lasten i
Eurocode och reducerar kapaciteten i materialet för BKR.
A
BSTRACT
In the year 2010 a transition will take place here in Sweden from the present rules how to
dimension buildings in to the common rules with have been developed in Europe, the
Eurocodes. Eurocode is the term for a collection standard that contains calculation rules in
how to dimension constructions and buildings. They are developed by the European
standardize committee.
The purpose with this examination work is to get an insight of what changes this will
contribute to, and how it will affect the dimensioning. Are there going to be any differences
in the dimension you finally chose?
To investigate these possible differences two constructions will be calculated first in the
present Swedish rules, and then in the coming eurocodes.
One of these two constructions will be build completely in steel, while the other will be build
completely in concrete. The steel building will have a beam and a column dimensioned, the
concrete building will likewise have a beam and a column dimensioned. To reach as
equivalent comparison as possible will the same load, geometry and circumstance prevail for
both standards. Limitation has been done to only dimensioning the beam and the column
who is most charged.
After we performed the calculations we could make the conclusion that dimensioning with Eurocode a higher efficiency was received, a 10 % higher efficiency on the materials. The strength of the material is with calculations with Eurocode higher, and so are the loads. One of the reasons for this is that the securityclass is added to the loads in Eurocodes and are drawn off from the strength of the materials in BKR.F
ÖRORD
Detta samarbete har gjorts på uppdrag av Ramböll Västerås och utgör slutfasen för vår
studietid på Mälardalens Högskola. Arbetet har utförts under våren 2008. Torbjörn
Johansson har varit examinator respektive handledare för detta examensarbete, och Rolf
Eriksson har handlett oss från Ramböll Västerås.
Vi vill först och främst tacka Ramböll Västerås för att vi fått möjlighet att göra vårt
examensarbete för dem, framför allt Rolf Eriksson för allt engagemang och hjälp på vägen.
Vidare vill vi tacka Torbjörn Johansson för den tid och kunskap som han har bidragit till.
Tack riktas också till Attila Nagy, Peter Eriksson och Ariel Kamazi för sina synpunkter
angående projektet.
Avslutningsvis vill vi även tack våra familjer och vänner för den supporten de har givit oss i
alla lägen.
Västerås, juni 2008
Västerås, juni 2008
Patrik Källung
Pontus Staaf
I
NNEHÅLLSFÖRTECKNING
EUROCODES ... 1
1 Inledning ... 6
1.1 Bakgrund ... 6
1.2 Syfte ... 6
1.3 Mål ... 7
1.4 Genomförande ... 7
1.5 Avgränsningar ... 7
1.6 Målgrupp och Intressenter ... 7
2
M
ETOD... 8
2.1 Arbetsgång ... 8
2.3 Litteraturstudie... 8
2.4 Insamling av data ... 8
2.5 Kontakter ... 8
3 Beräkningar ... 9
3.1 Betongbalk ... 9
3.1.1 Dimensionering av Betongbalk på hus 1 enligt BKR. ... 10
3.1.2 Dimensionering av Betongbalk på hus 1 enligt Eurocode ... 18
3.2 Stålbalk ... 31
3.2.1 Dimensionering av stålbalk på hus 2 enligt BKR. ... 31
3.2.2 Dimensionering av stålbalk på hus 2 enligt Eurocode ... 42
3.3 Betongpelare ... 53
3.3.1 Dimensionering av Betongpelare på hus 1 enligt BKR ... 53
3.3.2 Dimensionering av Betongpelare på hus 1 enligt Eurocode. ... 75
3.4 Stålpelare ... 106
3.4.1 Dimensionering av stålpelare på hus 2 enligt BKR. ... 106
3.4.2 Dimensionering av stålpelare på hus 2 enligt Eurocode. ... 120
4
S
LUTSATSER OCH DISKUSSIONER... 140
4.1 Slutsats Allmänt ... 140
4.2 Slutsats betongbalk ... 140
4.3
S
LUTSATSS
TÅLBALK... 141
4.5
S
LUTSATS STÅLPELARE... 142
1 Inledning
1.1 Bakgrund
Eurocodes kommer inom en snar framtid att bli alla konstruktörers vardag och kommer med
anledning av detta påverka många aktörer inom byggbranschen. Det råder för närvarande
en osäkerhet inom konstruktionsbranschen om vad den nya övergången mellan Boverkets
konstruktionsregler och de nya europeiska reglerna kommer att leda till, och vilka
förändringar beräknings och dimensioneringsmässigt som detta medför. Även om dessa
förändringar kommer att leda till olika reslutat vid beräkning.
Iden väcktes därför att reda ut dessa funderingar och visa ifall det kommer leda till någon
skillnad resultatmässigt när man dimensioner enligt de två olika normerna.
Dagens svenska konstruktionsnorm Boverkets konstruktionsregler, BKR, kommer att år 2010
att ersättas av Europeiska reglerna Eurocodes, EC. Båda dessa metoder bygger på
partialkoefficientmetoden och har sitt fundament i den sannolikhetsteoretiska
dimensioneringen.
Syftet med övergången är att hela unionen ska använda samma beräkningsmetoder vid
utformningen av konstruktionsarbeten så de uppfyller samma krav rörande t.ex. stabilitet,
säkerhet vid användning och vid eldsvåda.
Eurokoder är benämningen på en samling standarder som innehåller beräkningsregler för
dimensionering av bärverk till byggnader och anläggningar. Europeiska
standardiseringsorganisationen (CEN) har med hjälp av en kommission fastställa en rad s.k.
Eurocodes, som så småningom ska bli till 58 standarder med konstruktionsregler för
byggnader, väg‐ och vattenbyggnad och andra strukturprodukter.
För att visa detta kommer två byggnader att dimensioneras, ena byggnaden har ett bärvärk i
betong (betong pelare samt betong balkar) den andra byggnad har ett bärverk i stål (
stålpelare och stålbalkar). Husen kommer först att dimensioneras med dagens normer och
sedan att dimensioneras med den nya Europastandarden.
1.2 Syfte
Syftet med detta arbete är att undersöka vilka beräkningsmässiga skillnader som finns
mellan de Europeiska konstruktioner regler och de svenska reglerna. Ett annat syfte är också
att se om det blir olika reslutat mellan de två olika normerna och vad detta beror på.
1.3 Mål
Målet med detta projekt är att ta fram beräkningsexempel för först det nuvarande
dimensioneringssätet enligt BKR, och sedan räkna samma exempel med de kommande
Eurocode reglerna för att se olikheter, skillnader. Att få en inblick i vad alla konstruktörer
inom en snar framtid kommer vara tvungna att lära sig.
1.4 Genomförande
En stomme bestående av betong respektive stål kommer att dimensioneras. Först enligt
Sveriges nuvarande standard BKR och därefter enligt den nya Europeiska standarden,
Eurocodes. Lasterna som verkar kommer att vara densamma för både normerna.
Hållfasthetsvärden och material vid dimensionering kommet att väljas så att de
överensstämmer så mycket som möjligt med varandra. Slutligen kommer en kort
sammanfattning skrivas för varje del som redovisar resultat och skillnader mellan de två
olika normerna.
Dimensionering utifrån BKR har gjorts utifrån kurslitteratur från kursen WBT 017 samt
handböckerna, Boverkets handbok för betongkonstruktioner (BBK) och Boverkets handbok
om stålkonstruktioner (BSK).
Litteratur som kommer att användas vid dimensionering enligt Eurocodes är följande
standarder: EN 1990, EN 1991, EN 1992, EN 1993. De värden som inte går att finna kommer
egna antagningarna att göras.
Beräkningar har utförts både för hand och med hjälp av datorberäkningar så som ramanalys
5,3, betongbalk 5,3.
1.5 Avgränsningar
Avgränsningar har gjorts till att bara utföra jämförelser mellan byggmaterialen stål och
betong där en balk och en pelare av vartdera slaget kommer beräknas.
1.6 Målgrupp och Intressenter
Arbetet görs i samarbete med Ramböll Västerås och är tänkt att de skall kunna ha nytta och
användning av detta i framtiden. Tanken är att denna skall kunna användas som underlag
och hjälpmedel vid dimensionering när de nya reglerna införs år 2010.
2
M
ETOD
2.1 Arbetsgång
Inledande har två hus nyttjats, ett i stomme av betong och ett i stål. Först beräknas ett
element enligt BKR som sedan jämförs med en direkt följande beräkning av samma element
enligt Eurocode.
2.3 Litteraturstudie
En stor del av tiden i detta examensarbete har gått åt till att söka information. Information
om och hur man dimensionera enligt BKR var vi bekanta med men Eurocodes sätt att
dimensionera var helt nytt. Eurocode familjen består av 9 delar om ca 100 sidor varav endast
ett fåtal var av intresse för just detta arbete. En bok framtagen av boverket,
byggavdelningen 1997 har även använts: kontrollberäkning av Eurocodes. Boken var dock
tunn och innehöll inte några direkta dimensioneringsberäkningar som gick att följa.
Till BKR har tabell‐ och formelsamling från Lunds Tekniska Hökskola använts samt mycket
förläsningslitteratur. BBK 04 har även studerats.
Vid ett fåtal tillfällen togs även internet till hjälp för att söka information angående ord och
begrepp i rapporten. I huvudsak användes sökmotorn www.google.se exempel på sökord:
nyttig last, tvärsnittsklass, engelska lexikon, eurocode.
2.4 Insamling av data
För dimensionering av betongpelaren enligt BKR var föreläsningslitteraturen bristfällig då
information samt goda exempel återfanns i BBK 94 istället. I övrigt fanns det gott om data
gällande BKR, mestadels från föreläsningslitteratur.
Eurocodes data gällande betongpelaren var även den undermålig då Rolf Eriksson
kontaktades för assistans.
En faktor kyy till interaktionen mellan normalkraft och moment till dimensionering till
stålpelaren vållade även problem då värdet var ytterst svårt att utläsa. I övrigt gick även data
om eurocodes att finna från: EN1990 grundläggande dimensioneringsregler för bärverk,
EN1992 bestämmelser för betongkonstruktioner samt EN1993 bestämmelser för
stålkonstruktioner.
3 Beräkningar
Nedan kommer beräkningarna att redovisas. Uppdelningen av beräkningarna har gjorts så
att beräkningar först har utförts enligt BKR och därefter enligt eurocodes för varje
byggnadsdel. Därefter har en kort sammanfattning skrivits för varje del som redovisar
resultat och skillnader mellan de två normerna.
3.1 Betongbalk
Balken består av betong och är sju meter lång. Dimensionerna är 400x600 mm. De laster som vilar på balken är nyttig last från kontor samt en punktlast som har ett dimensionerande värde en meter in på balken. Framräkningar av armeringsmängd kommer göras så att balken klarar av de tryck och drag spänningar som uppstår . Därefter kommer tvärkrafts kontroll att ske och slutligen kommer nedböjningen av balken att kontrolleras. Balken kommer att vara fritt upplagd och kommer att befinna sig i en ständigt torr eller våt miljö (XC1). Säkerhetsklassen kommer att var 3, med andra ord finns det betydande risk för allvarliga personskador.3.1.1 Dimensionering av Betongbalk på hus 1 enligt BKR.
3.1.1.1 Allmänt
Här kommer balken på hus 1 att dimensioneras enligt gamla räknesättet enligt BBK.
Beräkningar kommer att göras för hand samt med hjälp av Winstatik Betongbalk 5,3. De
laster som verkar på balken är nyttig last från kontor och en punktlast på 50 KN en meter in
på balken samt egentyngd från mellanbjälklag och balk. Böjarmeringen kommer att ha en
diameter på 20 mm och tvärkraftsarmeringen en diameter på 8 mm.
Indata
Fritt upplagd Säkerhetsklass: 3 Exponeringsklass: XC1 Btg: C25/30 (fcc 13,3 MPa) Arm: B500B (fst 362 MPa) Nyttig last bunden: 1,0 kN/m² (kontor) Nyttig last fri: 1,5 kN/m2 (kontor) Punktlast: 50 kN, 1 meter från upplag A, dimensionerande värde på en svarv. S‐avstånd: 6 m Spännvid: 7 m Antar armerings diameter: 20 mm Täckskikt: 1,5ø + 10 = 40 mm Egentyngd betonghåldäck HD/F 200/155 (CONTIGA): 2,67 kN/m2 Egentyngd betongbalk 0,4*0,6 ”antaget värde”: 5,76 kN/mElevationsritning, tak och stomritning.
A- A A 1 PELARE DIM. A A 2 3 4 5 B A BALK DIM. BLastgeometrimodell balk
4 1 ,3 k N / m P = 5 0 k N3.1.1.2 Teckenförklaring betongbalk
q last qsd dimensionerande last P punktlast M moment Msd dimensionerande moment Mrd momentkapacitet N normalkraft Nsd dimensionerande normalkraft Nrd tryckkraftskapacitet b bredd d effektiv tvärsnittshöjd d’ effektiv tvärsnittshöjd från kant till överkantsarmering fcc betongtryckhållfasthet fst ståldraghållfasthet fyd sträckgräns dimensionerande fyk ståls sträckgränsm
relativt moment ω mekanisk armeringsandel fsv draghållfastheten för tvärkraftsarmeringen VC tvärkraftskapacitet betong s centrumavstånd ν konstant Ψ reduktionsfaktor E elasticitetsmodul Ek elasticitetsmodul karakteristiskt värde
kryptal eff
effektiv kryptal x tryckzonshöjd y nedböjning L längd μ formfaktor för snölast so snölastens grundvärde på mark A area i tvärsnitt Asv tvärsnittsarea för varje bygel As area armering i tvärsnitt A’s area armering i överkant, tvärsnitt Ac area betong i tvärsnitt PM punktmoment i tröghetsradie Z plastiskt böjmoment3.1.1.3 Beräkningar
Beräkning av dimensionerande last påkänning.
Här beräknar vi fram de laster som verka på balken. Vi använder oss av lastkombination 1
enligt FS tabell 1.1
kN
P
m
kN
q
q
q
g
g
q
sd sd nyttig balk håldäck sd50
/
3
,
41
6
)
0
,
1
5
,
1
(
3
,
1
)
76
,
5
6
67
,
2
(
0
,
1
3
,
1
)
(
0
,
1
Resultat med hjälp av Betongbalk 5,3
Efter att framräkning av de laster som förkommer så kan vi med hjälp av Betongbalk 5.3
beräkna de moment och tvärkrafter som balken utsätts för.
Max moment:
278 kNm
Tvärkraft vid stöd A:
187 kN
Tvärkraft vid stöd B:
152 kN
Beräkning av erforderlig armeringsmängd.
Här beräknas armeringsmängden fram. Vi använder oss av dimensionslösa faktorer enligt FS
kapitel 3.41, antar enkelarmerat samt normalarmerat tvärsnitt.
Beräknar relativa momentet17
,
0
3
,
13
)
01
,
0
04
,
0
6
,
0
(
4
,
0
278
,
0
2 2
m
f
bd
M
m
cc Beräknar mekanisk armeringsdel rad normalarme ok m bal
19 , 0 17 , 0 2 1 1 2 1 1 Balken är normalarmerad Beräknar armeringsarea 2 6 2 1543 10 0015 , 0 0015 , 0 362 3 , 13 * 55 , 0 4 , 0 19 , 0 mm a m a a f f bd a s s s st cc s
Beräknar antalet järn med ø 20
st
antal
antal
a
a
antal
a
a
järm ett s tot s järn ett för s järn ett för s5
9
,
4
2
,
314
1543
2
,
314
4
20
, , 2
Tvärsnitt genom balk 1. ResultatMed beräkningar med ø 20 så får vi att totalt 5 järn behövs för att balken ska klara
påkänningar. De läggs i ett lager med ett avstånd mellan varandra på 75 mm.
TvärkraftskontrollHär beräknas tvärkraftskapaciteten för balken, vi använder oss av metoden enligt FS 3.5.2
(konstruktion med tvärkraftsarmering). Denna tvärkraftsmetod använder vi för att den är
mest lik den metod som används enligt Eurocodes, detta medför en korrekt jämförelse
mellan Eurocodes och BKR. Metoden används dock sällan i Sverige. Här räknas Vc och Vs
Beräkning av Vc(betongens kapacitet)
kN V kN V MPa f f f f d b V s c v ct v v w c 94 93 187 93 1000 42 , 0 550 400 42 , 0 94 , 0 30 , 0 36 , 1 1 , 1 36 , 0 50 550 400 314 5 1 , 1 5 , 0 6 , 1 30 , 0 50 1
Beräknar fram Tvärkraftskapaciteten för balken s d f A Vs sv sv0,9 Och
cc c b d f V ,max 0,9 S‐avståndet utlöses från första formelnm
s
s
s
d
f
A
V
s sv sv190
,
0
55
,
0
9
,
0
362
0001
,
0
094
,
0
9
,
0
Detta innebär att balken kommer att behövas tvärkraftsarmeras med ett s‐avstånd på 190
mm.
Vc,max uläses från formel två
cc cb
d
f
V
,max0
,
9
54 , 0 250 24 1 6 , 0 250 1 6 , 0
fcck MN Vc,max 0,40,90,5513,30,541,42 Resultat Slutsatsen för att balken ska klara de aktuella lasterna som verkar behövs ett s‐avstånd på 190 mm. Betongen kommer att klara 1,42MN i skjuvning vilket är mer än kraften på 0,187 MN som råder vilket är ok.3.1.1.4 Resultat betongbalk enligt BBK
Krafterna som verkar på balken är 278 kNm och en tvärkraft vid stöd A på 187 kN. Vid användning av böjarmering ø 20 så behövs 5 järn totalt vilket motsvararen armeringsarea på 1543 mm². Avståndet mellan tvärkraftsarmeringen fick vi till 19 cm då vi använde ø 8 och betongen klarade max tvärkraft 1,42 MN.3.1.2 Dimensionering av Betongbalk på hus 1 enligt Eurocode
3.1.2.1 Allmänt
Här kommer balken på hus 1 att dimensioneras enligt Eurocode. Beräkningar kommer att göras förhand samt med hjälp av Betongbalk 5,3. De laster som verkar på balken är nyttig last från kontor och en punkt last på 50 KN en meter in på balken samt egentyngd från mellanbjälklag och balk. Böjarmeringen kommer att ha en diameter på 20 mm och tvärkraftsarmeringen en diameter på 8 mm.Indata
Fritt upplagd Säkerhetsklass: 3 Exponeringsklass: XC1 Btg: C25/30 Arm: B500B Nyttig last: 2,5 kN/m² Punktlast: 50 kN, 1 meter från upplag A, dimensionerande värde på svarv. S‐avstånd: 6 m Spännvid: 7 m Antar armerings diameter: 20 mm Egentyngd betonghåldäck HD/F 200/155 (CONTIGA): 2,67 kN/m2 Egentyngd betongbalk 0,4*0,6 ”antaget värde”: 5,76 kN/mElevationsritning, tak och stomritning.
A- A A 1 PELARE DIM. A A 2 3 4 5 B A BALK DIM. B Lastgeometrimodell balk
P = 5 0 k N 5 1 , 9 k N / m
3.1.2.2 Teckenförklaring
Ed Dimensionerande värde för lasteffekt. Gk Karakteristiskt värde för den permanenta lasten Ψ0 Faktor för kombinationsvärde för variabellast Qk Karakteristiskt värde för variabel huvudlast γd säkerhetsklass γc Partialkoefficient för betong γs Partialkoefficient för stål P punktlast M moment fcm värde på en betongcylinders tryckhållfasthet fctm axial draghållfasthet för betong fcd dimensionerande tryckhållfasthet fyk karakteristiskt värde på armerings sträckgräns fyd dimensionerande värde på armerings sträckgräns d effektiv tvärsnittshöjd’ b breddm
relativt moment ω mekanisk armeringsandel as area armering i tvärsnitt Asw tvärsnitts area för varje bygel s s‐avstånd v1 reduktionsfaktor för sprickor i betongen αcw koefficient på interaktion av uppskattad spänning i det tryckta planet och någon pålagd axial spänning z inre hävarm Vrd tvärkrafts kapacitet3.1.2.3 Beräkningar
Beräkning av dimensionerande last påkänning Ed. Här beräknar vi fram den dimensionerande lasten Ed som verkar på balken. De lastkombinationer som anges i uttrycket nedan bör tillämpas vid dimensionering i brottgränstillståndet. Det är lastkombinationerna: 6.10a och 6.10b. Dessa räknas nedan, största värdet används: k d k d dG
Q
E
1
,
35
1
,
5
0
EN 1990 6.10a k d k d dG
Q
E
0
,
85
1
,
35
1
,
5
EN 1990 6.10b Med hjälp a v EN 1990 tas värdena fram, Vi använder oss av kontorsutrymme och säkerhetsklass 3, vi får då nedanstående värden Ψ0 = 0,7 (kategori B: kontorsutrymme enligt bilaga A1 tabell A1.1) γd = 1,0 (bilaga NB) Beräkning av Ed. k d k d dG
Q
E
1
,
35
1
,
5
0
EN 1990 6.10a
1
,
0
1
,
35
(
2
,
67
6
5
,
76
)
1
,
0
1
,
5
0
,
7
(
2
,
5
)
6
dE
45,2 kN/m k d k d dG
Q
E
0
,
85
1
,
35
1
,
5
EN 1990 6.10b 6.10b blir dimensionerande. Här finns även en punktlast på 50kN likt tidigare som läggs på vid beräkning med betongbalk 5,3.m
kN
E
d
1
,
0
0
,
85
1
,
35
(
2
,
67
6
5
,
76
)
1
,
0
1
,
5
(
2
,
5
)
6
47
,
5
/
Resultat med hjälp av Betongbalk 5,3 Efter att framräkning av de laster som förkommer så kan vi med hjälp av Betongbalk 5.3 beräkna de moment och tvärkrafter som balken utsätts för. Max moment: 316 kNm Tvärkraft vid stöd A: 209 kN Tvärkraft vid stöd B: 173 kN Efter beräkning med ramanalys får vi att max momentet på balken är 316 kNm och att tvärkraften vi stöd A är 209 kN och tvärkraften vid stöd B på 173 kN.
Erforderlig armeringsmängd beräknas Här beräknas armeringsmängden fram som behövs för att ta de drag och tryckspänningar som råder i balken. Samtliga nedanstående formler tas från EN 1992. d‐avståndet beräknas Detta görs enligt EN 1992 kap: 4.4 tabell 4.4N. Enligt exponeringsklassen XC1 krävs ett täckande betongskikt på 10mm + 10mm rekommenderat värde. Enligt tabell 4.2 krävs ett betongtäckskikt på diameter av stång +10 mm pga. vidhäftning. Det sistnämnda blir då dimensionerande.
mm
d
600
30
10
560
Beräknar dimensionerande betongtryckhållfasthet Här görs inte något avdrag för säkerhetsklass utan endast materialegenskaper. Vi använder oss då nedanstående formel. c cm cd f f
Värdena tas fram enligt EN 1992 fcm 33 MPa (enligt tabell 3.1) γc 1,5 (tabell 2.1N)MPa
f
cd22
5
,
1
33
Beräknar dimensionerande värde för sträckgränsen, armeringVärdena tas fram enligt EN 1992 Fyk 500 MPa (enligt tabell 3.1) γs 1,15 (tabell 2.1N)
MPa
f
yd434
,
8
15
,
1
500
Beräknar relativa momentet. Nedan används samma formler som används i Sverige pga. att betongtryckzonen, 0,8x är lika för Eurocode.115
,
0
22
56
,
0
4
,
0
316
,
0
2 2
m
f
bd
M
m
cd Beräknar mekanisk armeringsdel rad normalarme ok m bal
123 , 0 115 , 0 2 1 1 2 1 1Beräknar armeringsarea 2 6 2 1390 10 001390 , 0 00139 , 0 8 , 434 22 * 56 , 0 4 , 0 123 , 0 mm a m a a f f bd a s s s yd cd s
Beräknar antalet järn med ø 20st
antal
antal
a
a
antal
a
a
järm ett s tot s järn ett för s järn ett för s5
4
,
4
2
,
314
1390
2
,
314
4
20
, , 2
Minimiregel för längsgående armering I Eurocode finns även en minimiarmerings begränsning på längsgående armering enligt 1992‐1‐1 kapitel 9.2.1.1. Vi behöver därför kontrollera att detta krav blir uppfyllt.d
b
f
f
A
t yk ctm s,min 26
0
,
Värdena tas fram enligt EN 1992 0,4 0,56 500 6 , 2 26 , 0 min , s A 0,000303m² Detta begränsas dock till att inte vara mindre än: 2
000291
,
0
56
,
0
4
,
0
0013
,
0
0013
,
0
m
d
b
t
303 mm² är mindre än erforderlig armering, detta medför att längsgående dragarmering väljs till: 1390mm² Bild över tvärsnitt genom balk 1, Resultat Med beräkningar med ø 20 så får vi att totalt 5 järn behövs för att balken ska klara drag och tryckTvärkraftskontroll
Här beräknas tvärkraftskapaciteten för balken, vi använder oss av metoden enligt EN 1992
(konstruktion med tvärkraftsarmering). Här räknas Vrd,s och Vrd,max fram. Det lägsta av dessa värden väljs till det dimensionerande värdet. Vrd,max är vad betongen klarar i tryck och Vrd,s är vad armeringen klarar i drag. Kraften som verkar på balken. Tvärkraftskapaciteten hos en betongbalk bestäms till det lägsta av följande värden: Beräknar Vrd,c
f
k b d k C VRdc Rdc ck cp w
3 1
1 1 , , 100 (ekv. 6.2.a) Nedanstående formler är underformler till ekv 6.2.a12
,
0
5
,
1
18
,
0
18
,
0
, ,
c Rd c c RdC
C
6 , 1 550 200 1 200 1 k d k d i mm007
,
0
550
400
314
5
'
1 1
d
b
A
kN VRdc 0,12 1,6100 0,007 25 3 400 550 110 1 , Det finns ett minimum på:
k
b dVRd,c,min
min 1
cp ekv. 6.2.bNedanstående formler är underformler till ekv 6.2.b
kN
V
Mpa
f
k
c Rd ck63
450
400
0
35
,
0
35
,
0
25
6
,
1
035
,
0
035
,
0
min , , 2 1 2 3 min 2 1 2 3 min
Betongen klarar alltså 110kN Tvärkraften som byglarna ska ta upp är 209‐110 = 99 kN ywd sw s rd z f s A V , (EN 1992 kapitel 6.2.3 formel 6.8) och cd w cw rd b z v f V ,max
1 (EN 1992 kapitel 6.2.3 formel 6.9) Värdena nedan tas fram enligt Eurocodes föreskrifter. Värdet på v1 och αcw kan vara olika för olikaländer och kan hittas i deras nationella annex. Vi använder oss av rekommenderade värden:
6
,
0
25
1
v
f
ck (EN 1992 kapitel 6.2.3 formel 6.10.aN) αcw: 1,0 (ej förspänd) (EN 1992 kapitel 6.2.3 formel 6.11.aN) Beräknar x Vid beräkning av z krävs att x beräknas, x beräknas. Momentjämvikt:
m x x x x x x x x x x d b x f M cd 09 , 0 61 , 0 7 , 0 11 , 0 2 4 , 1 2 4 , 1 0 11 , 0 4 , 1 ² ² 82 , 2 94 , 3 316 , 0 4 , 0 56 , 0 4 , 0 8 , 0 22 316 , 0 4 , 0 8 , 0 2 Beräknar z Efter att x har beräknas så kan vi nu beräkna z. m z x d z 524 , 0 2 09 , 0 8 , 0 56 , 0 2 8 , 0 Beräknar s‐avståndet Nu kan s‐avståndet med hjälp av formell 1 (EN 1992 kapitel 6.2.3 formel 6.8). f z A V sw Vrd,max beräknas
099
,
0
8
,
2
22
6
,
0
524
,
0
4
,
0
0
,
1
max , 1 max ,
rd cd w cw rdV
f
v
z
b
V
Slutsatsen för att balken ska klara de aktuella lasterna som verkar behövs ett s‐avstånd på 230 mm. Betongen kommer att klara 2,8MN i skjuvning vilket är mer än den aktuella på 0,209 MN som råder vilket är ok.3.1.2.4 Resultat betongbalk enligt Eurocode.
Krafterna som verkar på balken är 316 kNm och en tvärkraft vid stöd A på 209 kN. Vid användning av böjarmering ø 20 så behövs 5 järn, totalt krävdes det en armerings area på 1390 mm2. Avståndet mellan tvärkraftsarmeringen fick vi till 23 cm då vi använde ø 8 och betongen klara skjuvkraften 2,8 MN.3.2 Stålbalk
I denna del kommer balk för mellanbjälklaget att dimensioneras, först enligt BKR och därefter enligt Eurocodes. Balken består av stål och är sju meter lång. Profilen som kommer att användas är HEA. De laster som vilar på balken är nyttig last från kontor samt en punkt last som har ett dimensionerande värde en meter in på balken. Balken kommer att dimensioneras så att den klarar av de tryck och dragspänningar som uppstår . Därefter kommer tvärkrafts kontroll att göras och slutligen kommer nedböjningen av balken att undersökas. Balken kommer att vara fritt upplagd och kommer att befinna sig i en ständigt torr eller våt miljö. Säkerhetsklassen kommer att vara 3.3.2.1 Dimensionering av stålbalk på hus 2 enligt BKR.
3.2.1.1 Allmänt
Här kommer balken på hus 2 att dimensioneras enligt BKR. Beräkningar kommer att göras förhand samt med hjälp av Betongbalk 5,3. De laster som verkar på balkarna är nyttig last från konter samt egentyngder från mellanbjälklag och balk. Det kommer även att finnas en punktlast på 50 KN en meter in på balken. För att kunna beräkna egenvikt som balken bidrar till så antas en balk HEA 220.Indata
Fritt upplagd Säkerhetsklass: 3 Stål: s275: Fyd=229 MPa Nyttig last bunden: 1,0 kN/m² Nyttig last fri: 1,5 kN/m2 Punktlast: 50 kN, 1 meter från upplag A, svarv S‐avstånd: 6 m Spännvid: 7 m Egentyngd betonghåldäck HD/F 200/155 (CONTIGA): 2,67 kN/m2 Egentyngd balk HEA 220 ”antaget värde”: 0,5 kN/m Balken stadgad mot vippning.Elevationsritning, tak och stomritning. A- A A 1 PELARE DIM. BALK DIM. A A 2 3 4 5 B A B Lastgeometrimodell balk 3 6 k N /m P = 5 0 k N
3.2.1.2 Teckenförklaring
q last qsd dimensionerande last P punktlast M moment Msd dimensionerande moment Mrd momentkapacitet N normalkraft Nsd dimensionerande normalkraft Nrd tryckkraftskapacitet b bredd d effektiv tvärsnittshöjd fst ståldraghållfasthet fyd sträckgräns dimensionerande fyk ståls sträckgräns L längd μ formfaktor för snölast so snölastens grundvärde på mark A area i tvärsnitt Aliv balkens livarea Z plastiskt böjmoment W elastiskt böjmotstånd i tröghetsradie fyd sträckgräns dimensionerande fyk ståls sträckgräns ωv reduktionsfaktor för skjuvbuckling fst ståldraghållfasthet Vs tvärkraftskapacitet Vrd tvärkrafts kapacitet3.2.1.3 Beräkningar
Beräkning av dimensionerande last påkänning. Här beräknar vi fram de laster som verka på balken. Vi använder oss av lastkombination 1 enligt FS tabell 1.1kN
P
m
kN
q
q
q
g
g
q
sd sd nyttig balk håldäck sd50
/
36
6
)
0
,
1
5
,
1
(
3
,
1
)
5
,
0
6
67
,
2
(
0
,
1
3
,
1
)
(
0
,
1
Resultat med hjälp av Betongbalk 5,3 Efter framräkning av de dimensionerande laster som förekommer så kan vi med hjälp av Betongbalk 5.3 beräknas moment och tvärkrafter som balken utsätts för. Max moment: 246 kNm Tvärkraft vid stöd A: 169 kN Tvärkraft vid stöd B: 133 kNEfter beräkningar med ramanalys får vi att max momentet på balken är 246 kNm och att tvärkraften vid stöd A är 169 kN och tvärkrafterna vid stöd B är 133 kN. Beräknar plastiska böjmotståndet För att veta vilken balk som krävs så beräknas det plastiska böjmotståndet fram . Vi antar tvärsnittsklass 1. Vi använder oss av tillvägagångssättet enligt FS 2.3 Böjmomentskapacitet 3 6
10
1074
:
00107
,
0
229
246
,
0
229
246
,
0
246
m
Z
Z
Z
M
M
M
Z
f
M
erf Sd Rtd Sd yd Rtd
Efter att ha räknat fram det plastiska böjmotståndet så kan vi med hjälp av FS tabell 2.11 se vilken balk som behövs. Enligt tabell 2.11 så klarar balken HEA 280 (z=1110*10‐6) lasterna. Med anledning av ny egenvikt (från HEA 220 till HEA 280) så görs ny kontroll.Med nya balk HEA 280 erhålls ny egentyngd. Här beräknar vi fram de laster som verka på balken. Vi använder oss av lastkombination 1 enligt FS tabell 1.1
kN
P
m
kN
q
q
q
q
q
q
sd sd nyttig balk håldäck sd50
/
3
,
36
6
)
0
,
1
5
,
1
(
3
,
1
)
75
,
0
6
67
,
2
(
0
,
1
3
,
1
)
(
0
,
1
Resultat med hjälp av Betongbalk 5,3 Max moment: 248 kNm Tvärkraft vid stöd A: 170kN Tvärkraft vid stöd B: 134 kN Beräknar plastiska böjmotståndet Vi antar tvärsnittsklass 1 och beräknar enligt FS 2.3 Böjmomentskapacitet 3 610
1081
:
001081
,
0
229
248
,
0
229
248
,
0
6
,
247
m
Z
Z
Z
M
M
M
Z
f
M
erf Sd Rtd Sd yd Rtd
Detta ger balken: HEA 280 (z=1110*10‐6) OKResultat
Efter beräkningar får vi att en balk HEA 280 klarar de belastningar den utsätts för.
Kontroll tvärsnittsklass Här kontrolleras flänsen och livets slankhet för att se vilken tvärsnittsklass balken HEA 280 befinner sig i. Kontroll Fläns
ok
ej
f
E
t
b
mm
b
r
d
b
b
pl f f pl f yk k pl f f f f f f f , , ,3
,
8
275
210000
3
,
0
3
,
0
6
,
8
13
112
112
2
24
2
8
280
2
2
Kontroll Livok
f
E
t
b
mm
b
t
r
h
b
pl w w pl w yk k pl w w w w w w w w , , 1 ,3
,
66
275
210000
4
,
2
5
,
24
8
196
196
13
2
24
2
270
2
2
Här hamnar flänsen i TK2, om en del av balken tillhör TK2 hamnar hela balken i TK2. Med avseende på att vi tidigare har antagit TK1 så medför detta att nya kontroller behövs göras. Fläns kontroll TK2 ok f E el f f el f yk k el f , , , 16 , 15 275 210000 44 , 0 44 , 0
Beräknar plastiska böjmotståndet Vi använder tvärsnittsklass 2 och beräknar enligt FS 2.3 Böjmomentskapacitet
6
,
247
Sd yd RtdM
W
f
M
I TK2 är η = 1 enligt FS sid 26, (för att vara på säkra sidan väljs lägsta η i TK2). 610
1079
:
001079
,
0
229
2476
,
0
1
*
229000
2476
,
0
erf Sd RtdW
W
W
M
M
Resultat HEA 300 (W=1260*10‐6) klarar belastningen även när den befinner sig i TK2. Nu kan en tvärkrafts kontroll göras.Kontroll av tvärkraft Här kontrolleras om balken klarar tvärkraften med hänsyn till den rådande lasten. Beräkningar görs enligt FS kapitel 2.5 yd liv v rd A f V
v
= enligt tabell 2.4. i FS: 31 , 0 210000 275 5 , 8 208 35 , 0 35 , 0 v k yk w w v E f t b
Detta ger ett ωv till 0,67 enligt tabellen angiven ovan. Vrd 0,67 2227 10 229 10 342kN 3 6 170 kN < 342 kN ok Resultat. Enligt beräkningar ovan så har balken en tvärkraftskapacitet på 342 kN. Kraften vid stöd A är på 170 kN. Balken är därmed ok.3.2.1.4 Resultat stålbalk enligt BKR.
Momentet som verkar på balken är 248 kNm och en tvärkraft vid stöd A på 170 kN. Enligt beräkningar ovan så klarar vi oss med en HEA 300. Balken klarar en tvärkraft på 342 kN.3.2.2 Dimensionering av stålbalk på hus 2 enligt Eurocode
3.2.2.1 Allmänt
Här kommer balken på hus 2 att dimensioneras enligt Eurocode. Beräkningar kommer att göras förhand samt med hjälp av Betongbalk 5,3. De laster som verkar på balkarna är nyttig last från konter samt egentyngder från mellanbjälklag och balk. Det kommer även att finnas en punktlast på 50 KN en meter in på balken. För att kunna beräkna den egenvikt som balken bidrar till så antas en balk HEA 220.Indata
Fritt upplagd Säkerhetsklass: 3 Stål: s275 Nyttig last: 2,5 kN/m² Punktlast: 50 kN, 1 meter från upplag A, svarv. S‐avstånd: 6 m Spännvid: 7 m Egentyngd betonghåldäck HD/F 200/155 (CONTIGA): 2,67 kN/m2 Egentyngd balk HEA 300 (antaget värde): 0,87 kN/m Balken stadgad mot vippning.Elevationsritning, tak och stomritning. A - A A 1 PELARE DIM . BALK DIM . A A 2 3 4 5 B A B Lastgeometrimodell balk P = 5 0 k N 4 1 , 9 k N / m
3.2.2.2 Teckenförklaring
Ed Dimensionerande värde för lasteffekt. Gk Karakteristiskt värde för den permanenta lasten Ψ0 Faktor för kombinationsvärde för variabellast Qk Karakteristiskt värde för variabel huvudlast γd säkerhetsklass γs Partialkoefficient för stål P punktlast N normalkraft Nsd dimensionerande normalkraft Nrd tryckkraftskapacitet fyk karakteristiskt värde på ståls sträckgräns fy sträckgräns (275MPa) fyd dimensionerande värde på ståls sträckgräns MEd Dim. Böjmoment Mc,Rd böjmomentkapacitet Mpl,Rd plastisk böjmomentkapaciet Wpl plastiskt böjmotstånd (Z enligt BKR) γM0 partialkoefficient VEd Dim. tvärkraft Vc,Rd elastisk tvärkraftskapacitet Vpl,Rd plastisk tvärkraftskapacitet Av tvärkraftsarea A area tf flänsens tjocklek tw livets tjocklek b bredd E elasticitetsmodul3.2.2.3 Beräkningar
Beräkning av dimensionerande last påkänning Ed. Här beräknar vi fram den dimensionerande lasten Ed som verkar på balken. De lastkombinationer som anges i uttrycket nedan bör tillämpas vid dimensionering i brottgränstillståndet. Det är lastkombinationerna: 6.10a och 6.10b. Dessa räknas, största värdet används: k d k d dG
Q
E
1
,
35
1
,
5
0
EN 1990 6.10a k d k d dG
Q
E
0
,
85
1
,
35
1
,
5
EN 1990 6.10b Värdena tas fram enligt EN 1990 Vi använder oss av kontorsutrymme och säkerhetsklass 3, vi får då nedanstående värden Ψ0 = 0,7 (kategori B: kontorsutrymme enligt bilaga A1 tabell A1.1) γd = 1,0 (bilaga NB) Beräkning av Ed. k d k d dG
Q
E
1
,
35
1
,
5
0
EN 1990 6.10a
1
,
0
1
,
35
(
2
,
67
6
0
,
87
)
1
,
0
1
,
5
0
,
7
(
2
,
5
)
6
dE
38,6 kN/m k d k d dG
Q
E
0
,
85
1
,
35
1
,
5
EN 1990 6.10b 6.10b blir även här dimensionerande (likt betongbalken). Här finns även en punktlast likt tidigare som läggs på vid beräkning på 50kN.m
kN
E
d
1
,
0
0
,
85
1
,
35
(
2
,
67
6
0
,
87
)
1
,
0
1
,
5
(
2
,
5
)
6
41
,
9
/
Resultat med hjälp av Betongbalk 5,3 Efter att framräkning av de laster som förkommer så kan vi med hjälp av Betongbalk 5.3 beräkna de moment och tvärkrafter som balken utsätts för. Max moment: 282 kNm Tvärkraft vid stöd A: 189,5 kN Tvärkraft vid stöd B: 154 kN Efter beräkningar med Winstatik ramanalys får vi att max momentet på balken är 282 kNm och att tvärkraften vid stöd A är 189,5 kN och tvärkrafterna vid stöd B är 154 kN.
Beräknar böjande moment Villkoret är att dimensionerande böjmoment är mindre än böjmomentkapaciteten: (EN 1993 kapitel 6.2.5 formel 6.12) Momentkapaciteten räknas ut Nedanstående formel gäller för tvärsnittsklass 1 och 2. 0 , , M y pl Rd pl Rd c
f
W
M
M
(EN 1993 kapitel 6.2.5 formel 6.13) Beräknar plastiska böjmoment Nu beräknas det plastiska böjmotståndet, W fram från ovanstående kriterium, böjmomentkapaciteten sätts till dimensionerande böjmoment:001025
,
0
275
1
282
,
0
0
pl y M Ed plW
f
M
W
Resultat Wpl,erf. ligger på 1025. Enligt FS har HEA 280 Z: 1110 vilken skulle klara lasten. Uträknat Z för BKR var här 1074 vilket är mycket nära.0
,
1
,
Rd c EdM
M
Kontroll av tvärsnittsklass Här kontrolleras flänsen och livets slankhet för att se vilken tvärsnittsklass balken HEA 280 befinner sig i. Liv Här kontrolleras livet. Livet tillhör TK1 om följande kriterium är uppfyllt: (EN 1993 kapitel 5.6 tabell 5.2) Beräkning Nedan är förhållandet längd och bredd på livet. 5 , 24 8 196 t c
24
,
66
92
,
0
72
72
92
,
0
275
235
235
yf
24,5 < 66,24 ok Vi får efter beräkningar enligt ovan att livet tillhör TK1. t = 8
72
t
c
Fläns Här kontrolleras flänsen. Flänsen tillhör TK1 om följande kriterium är uppfyllt: (EN 1993 kapitel 5.6 tabell 5.2) Beräkning Nedan är förhållandet längd och bredd på flänsen. 61 , 8 13 112 t c
28
,
8
92
,
0
9
9
92
,
0
275
235
235
yf
8,61 > 8,28 ej ok Vi får efter beräkningar att flänsen inte tillhör TK1. Flänsen behöver med anledning av detta kontrolleras i TK2 t = 13
9
t
c
Kontroll av TK2 för fläns Samma förutsättningar som ovanstående endast
9
ändras till:10
2 , 9 92 , 0 10 10
8,61 < 9,2 flänsen tillhör TK2. Flänsen hamnade här i TK2, men ovanstående formel 6.13 gällde även för TK2 så inga ändringar behöver göras. Flänsen på balken enligt BKR hamnade även i TK2.Tvärkraft Här kontrollerar vi tvärkraftskapaciteten. Villkoret är att dimensionerande tvärkraft är mindre än tvärkraftskapaciteten. (EN 1993 kapitel 6.2.6 formel 6.17) tvärkraftskapaciteten räknas ut 0 ,
3
M y v Rd plf
A
V
(EN 1993 kapitel 6.2.6 formel 6.18)
0
,
008
2
0
,
024
0
,
013
2
0
,
0039
013
,
0
280
,
0
2
10
9726
2
2
2
6
v f w f vA
t
r
t
bt
A
A
MN
V
plRd0
,
62
1
3
275
0039
,
0
,
Resultat Vpl,Rd. ligger på 620kN. Tvärkraften som verka på balken är som störst vid stöda A och ligger där på 189,5 kN. Detta är lägre än kapaciteten och balken klarar sig med avseende på tvärkraften.0
,
1
,
Rd c EdV
V
3.2.2.4 Resultat stålbalk enligt Eurocode.
Efter beräkningar med ramanalys får vi att maxmomentet på balken är 282 kNm och att tvärkraften vid stöd A är 189,5 kN och tvärkrafterna vid stöd B är 154 kN. Enligt beräkningar ovan så klarar vi oss med en HEA 280. Tvärkraftskapaciteten är 500 kN vilket gör att balken utan problem klarar de påkänningar som verkar i tvärkraftssynpunkt.3.3 Betongpelare
I denna del kommer pelaren att dimensioneras, enligt tidigare kommer den först att beräknas enligt BKR och därefter enligt Eurocode. Pelaren kommer att bestå av betong och kommer att ha dimensionerna 400x400. Längden på pelaren är 10 meter. De laster som vilar på pelaren är nyttiglast från mellanbjälklaget samt snö‐ och vindlaster. Beräkningar på pelaren kommer att göras så att den klarar normalkraft samt moment som verkar. Pelaren kommer att vara fritt upplagd och kommer att befinna sig i en ständigt torr eller våt miljö. Säkerhetsklassen kommer att vara 3.3.3.1 Dimensionering av Betongpelare på hus 1 enligt BKR
3.3.1.1 Allmänt
Här kommer pelaren på hus 1 att dimensioneras enligt BBK. Beräkningar kommer att göras för hand samt med hjälp av Ramanalys. De laster som verkar på pelaren är egentyngder och nyttig last från mellanbjälklaget och tak, samt laster från vind och snö. Indata Säkerhetsklass: 3 Fritt upplagd Snözon: 2 Vref: 23m/s Terrängtyp 2 Kryptal: 2 Formfaktor pulpettak lutning 6˚: 0,8 Btg: C25/30 (fcc 13,3 MPa) Arm: B500B (fst 362 MPa) S‐avstånd: 6 m Spännvid balk ovan pelare: 7 m Höjd: 10m Antar armeringsdiameter: 16 mm Täckskikt: 1,5ø + 10 = 34 mm Egentyngd tak: 0,5 kN/m² Egentyngd betongbalk i tak 0,4*0,5 ”antaget värde”: 4,8 kN/m Punktlast: 50 kN, 1 meter från upplag A, svarvElevationsritning, tak och stomritning. A- A A 1 PELARE DIM. A A 2 3 4 5 B A BALK DIM. B Lastgeometrimodell pelare. NSD PM hävarm för moment