Tomas Gustavsson • byggnadskonstruktör, TG ...F6rel%E4sning%202007.pdf · • Tegeldetaljer,...
Transcript of Tomas Gustavsson • byggnadskonstruktör, TG ...F6rel%E4sning%202007.pdf · • Tegeldetaljer,...
Tomas Gustavsson
Konstruktion Mur
Malmö 26/11 2007
• byggnadskonstruktör, TG konstruktioner AB, Lund
konstruktionsarbete, konsult
• forskningsingenjör, Lunds Tekniska Högskola,
forskningsprojekt om murverk
Aktuella murverksprojekt på Konstruktionsteknik, LTH:
• Reparation av tegelmurverk, korrosionsskador
• Tegeldetaljer, handbok, fasadmur+bakmur
• Bärförmåga
Statisk hållfasthetsdimensionering, översiktlig genomgång
• Beräkningsexempel statik
• Byggnadsfysik (byggnadsteknisk utformning)
Vatten- och fuktisolering, lufttäthet, värmeisolering,
exempel på tekniska lösningar
• Korrosionsskadade tegelmurverk
Föreläsning 26/11 2007
Konsultkategorier vid byggnadsprojektering:
• Arkitekt byggritningar A
• Byggnadskonstruktör byggritningar K
• VVS-konstruktör vent-, värme-, sanitetsritningar
• El-konstruktör elritningar
Arkitektritningarna visar färdig byggnad
Konstruktionsritningarna redovisar främst bärande konstruktioner, men ofta även byggnadsteknisk uppbyggnad, ”vägen” till färdig byggnad
Skillnaden mellan A- och K-ritningar:
• Konstruktionsritningarna används framförallt när man bygger stommen
• Arkitektritningarna används när stommen är byggd
• Byggnadstekniska lösningar (värmeisolering, luft- och vindtätning, ytskikt etc.) kan finnas på A- och/eller K-ritningarna
Byggnadsentreprenaden definieras av A- och K-ritningarna tillsammans:
Direkt parallellprojektion:
(ritmetod som används på arkitekt- och installations-ritningar)
Exempel på direkt parallellprojektion:
Normalt på ark-, VVS-, el-ritningar
Planritning A
Speglad parallellprojektion:
(vanlig ritmetod för konstruktionsritningar)
Exempel speglad parallellprojektion
Vanligt på K-ritningar
Karakteristiskt för murverkskonstruktioner:
• hög tryckhållfasthet
• låg draghållfasthet
• låg skjuvhållfasthet
Romansk byggnad (basilika) från ca 490 e.Kr, Ravenna, Italien
Gotisk kyrka, ca 1240 e.Kr,
Sainte-Chapelle, Paris
Exempel tillåtna (”dimensionerande”) hållfasthetsvärden, skl 3, MPa
Tryck: Drag: Murverk av:
Tegel /15/B 2.1 0.51/0.14Lättklinker /2/B 0.83 0.07/0.07Lättbetong /2.3/B 0.65 0.09/0.05
Gjuten betong:
K25 /oarmerad 10 0.8
Elasticitetsmodul
• Viktigt begrepp inom ämnesområdet konstruktionsteknik
• Varierar för olika materialslag, (materialparameter)
• Mått på hur hårda materialen är
Exempel på elasticitetsmoduler (MPa)
Gjuten betong:K25 28500
Murverk av:Tegel /15/B 3200Lättklinker /2/B 2500Lättbetong /2.3/B 1400
Trä:K12, vinkelrätt fiberriktning 250
mjukt
hårt
Vertikala laster:• Egenvikt av byggnadsdelar
• Personlaster, inredning
• Snölast, vindlyft
Horisontella laster:• I praktiken handlar detta om vindlaster
• Direkt mot vägg (transversallast)
• Stabiliseringskraft (parallellt vägg)
Statisk dimensionering
Övrigt:• Laster p.g.a. temperatur och fuktrörelser
Exempel på statisk dimensionering:
• Vertikalbelastning av väggar och pelare
• Vindlaster mot väggar
• Laster på balkar/valv över öppningar
• Lokala trycklaster vid balk- och pelarupplag
• Vindlyft i takkonstruktioner
Kapacitet för att ta last kan ökas med armering:
• Horisontalarmering för vindlast
• Vertikalarmering
Bärande väggar tar upp mer laster än sin egentyngd
Skalmurar bär sin egentyngd och tar upp vindlast
Verkningssätt vid vertikallast bestäms av upplagstyp:
”Tumregler”: 4-5 m mellan murade halvstensväggar 8-10 m mellan en stens tegelväggar
klarar horisontalstabilisering, erfarenhetsbaserat, gäller normalt vid 3-4 plan
Horisontal- och vertikalbelastning av väggar och pelare
• Max tillåten vertikallast vid viss vindlast beräknas
• Lokalt tryck under balkupplag
• Lyftkrafter förankras i murverket.
Öppningar i murverk:
• rakt valv
• bågformigt valv
• balk
• skiva
oarmerade
armerade
Notera kravet att a > 0.25 m om man ska göra öppningar i obelastade skalmurar oarmerade
Oarmerad överbyggnad över öppning (valv):
Armerade balkarprefab, spännarmeratskift, ej balk!
lättbetong, leca
Valvverkan över murade öppningar
Förhållandet mellan höjd och längd (h/l) avgör horisontalkraftens storlek
Bild från centrala Riga, Lettland
Lokalt tryck i murverk
Dessa räknas om till dimensionerande (dvs tillåtna) värden enligt principen:
ftill = fkar / γ
Den tillåtna hållfastheten erhålls alltså genom att man dividerar det karakteristiska värdet fkar med en säkerhetsfaktor γ
där säkerhetsfaktorn γ = γm x γn
Hållfastheter anges i BKR som s.k. karakteristiska värden, fkar, för:
• Tryckhållfasthet
• Draghållfasthet
• Skjuvhållfasthet
I BKR finns en tabell som anger γm :
kolumn 1 – ej tillverkningskontrollerat material
kolumn 2 – tillverkningskontrollerat material
där säkerhetsfaktorn γ = γm x γn
Tillåten hållfasthet är alltså f till = f kar / γ
γn beror på säkerhetsklass enligt BKR:
säkerhetsklass 1 1.0säkerhetsklass 2 1.1säkerhetsklass 3 1.2
Hållfastheter:
• Tryck
• Drag
• Skjuvning (tvärkraft)
Utdrag ur BKR om
tryckhållfasthet:
Några förutsättningar som anges i BKR:
• Tvärsnittsytan minst 0.04 m2
• Förbandsmurning, minst ¼ stens/blocks förskjutning
• Murtjocklek enligt tabell 6.311a
• Murning utförs enligt HUSAMA 98, kap. FS
• Reduktion av tryckhållfasthet vid tjocka fogar
• Armerat murverk: Brukskvalitet A eller B
Får man då göra så här?
V. Ingelstad skola, Vellinge, diafragmamur
Krav på väggtjocklekar:
Bärande vägg Skalmur
Högst 2 vån/6m 85 mm 60
Mer än 2 vån/6m 120 85
Exempel tillåten tryckhållfasthet:
Murverk av tegel, tillverkningskontrollerat material, bärande murverk, 25 Mpa, brukskvalitet B, utförandeklass 1, säkerhetsklass 3:
f tillåten = 6.0/(1.8 x 1.2) = 2.78 MPa
f aktuell = 26.9 x 10E-3 / (0.12 x 0.7) = 0.32 MPa < f tillåten = 2.78
Förutsättning: Skalmuren kramlad till bakomliggande stomme, så att den inte kan knäcka ut
Exempel skalmur
Samtidigt vertikal- och horisontalbelastat murverk:
där
Φ = reduktionsfaktor pga knäckning
A = den belastade väggens/pelarens yta
f till = tillåten tryckhållfasthet
Tillåten vertikallast, Rtill, beräknas enligt formeln
Rtill = 0.75 xΦ x A x f till
Tillåten trycklast reduceras pga risken för knäckning
Reduktion sker för en rad olika faktorer
Φ räknas fram som ett värde mellan 0 och 1
Reduktionsfaktorn Φ:
Stor reduktion = lågt Φ Liten reduktion = högt Φ
Begreppet centrisk/excentrisk belastning viktigt för Φ
Reduktionsfaktorn Φ påverkas av:
• graden av excentricitet i belastning
• murverkets slankhetstal (förhållandet
mellan höjd och tjocklek)
Vid ökande excentricitet i ök mur minskar Φ
Excentricitet vid uk mur beror på hur bjälklaget ansluter
Mindre väggtjocklek ger lägre värde på Φ
Högre vägg ger lägre värde på Φ
Större initialkrokighet ger mindre Φ
eo = h/200
eo = h/300
Två utförande-klasser:
Vindlasten räknas om till en motsvarande excentricitet. Större vindlast ger mindre Φ.
Diagram för beräkning av Φ
Φedim/t
(hef/tef)x(1000xfck/Ek)½
Vid beräkning av reduktionsfaktorn Φ beräknas först :
edim/t där edim = sammanlagd excentricitet (lastöverföring i ök mur, reaktion i uk mur, initialkrokighet, vind)
t = murverkets tjocklek (djup)
hef/tef där hef = väggens höjd (räknad som effektiv höjd
mellan avstyvande bjälklag)
och tef = murverkets tjocklek (räknat som effektivt
tvärsnitt)
(1000xfck/Ek) ½ som är en materialkonstant: tegel 1.2, leca 0.85, lättbetong 1.0
hef = murverkets effektiva höjd, kan alltid på säkra sidan sättas lika med verklig höjd mellan anslutande bjälklag.
hef får reduceras om anslutande bjälklag är av betong.
hef får reduceras om det finns anslutande sidoavstyvande väggar:
Planritning
tef = murverkets effektiva tjocklek
tef kan alltid sättas lika med den bärande väggdelens djup (t.ex. inre delen av en kanalmur)
För kanalmur som kramlas ihop får styvheten i den yttre delen tillgodoräknas:
För tegel, svenskt format, blir tef = 151 mm i detta fall
Murverkskonstruktioner under olika epoker:
Metoder att öka tef och därmed bärförmågan i moderna murverk:
Andra metoder att öka bärförmågan:
• Vertikalarmering:
• Starkare bruk - starkare murverk, ökande risk för sprickor
Armering i storhål
Kringmurning av armering
Armering i vertikal slits, blockmur
Mer detaljerat om dimensioneringsgången kan man läsa om i häftet
Dimensionering av horisontal- och vertikalbelastade murverk
Avdelningen för KonstruktionsteknikLunds Tekniska Högskola, Lund Universitet
Tomas Gustavsson
Lund 2002
Beräkningssexempel: Vertikal- o. horisontalbelastad massivmur leca
Konstruktion Mur beräkningsexempel
Vägg i plan 1 beräknas
Beräkningsmodell:Nd1
Nd1 = 3.5 kN/m (350 kg/m, träbjl))
Nd2 = 11.0 kN/m (1100 kg/m, trätak)
Hd = 0.9 kN/m2 (vindlast mot fasad)
Nd
Nd1 = last från bjälklag i plan 2
Nd2 = egenvikt vägg i plan 2 + taklast
hef
tef
Nd2 Nd1Nd2 Nd1Nd2 Nd1
Förutsättningar:
Säkerhetsklass 2, utförandeklass I, brukskvalitet B, hållfasthetsklass 3, 190 mm djup lecamur, homogena block
Detta ger en tillåten tryckpåkänning f till = 2.4/(1.8 x 1.1) =
= 1.21 MPa = 1210 kN/m2
tef = 0.19 m
hef = 2.50 m
(1000 x fck/E)0.5 = 0.85
Effektiv tjocklek, massivmur utan förstyvningar
Effektiv höjd, träbjälklag, ej sidoavstyvande väggar
Materialparameter för leca (fck = kar. tryckhållfasthet,
E = elasticitetsmodul enligt BKR)
I den fortsatta beräkningen sätts:
(hef/tef) x (1000fck/Ek)0.5 = 11.1
Nd2
Nd1
e1 = (Nd2 x a2 - Nd2 x a1) / (Nd1+Nd2)
e1 = (11 x 12 - 3.5 x 62) / (11+3.5) = - 6
Men den ska vara minst 0.05 x t = 10 mm
a1
e2 = 0 (platta på mark)
a2
Excentricitet pga vertikallast i ovankant vägg:
Excentricitet pga vertikallast i underkant vägg:
em = (e1 +e2) / 2 = (10 +0) / 2 = 5 mm
Excentricitet pga vertikallast i ovankant vägg:
Max böjmoment i fritt upplagd balk = qL2/8
qL
I vårt exempel:
M = Hd x hef2 / 8 = 0.9 x 2.52 / 8 =
=0.70 kNm
därefter räknas detta om till en motsvarande excentricitet:
Nd x ep = M
ep = M / Nd = 0.70 / 14.5 m = = 48 mm
Excentricitet pga vindlast:
em = 5 mm
ep = 48 mm
e0 = 2500 / 300 = 8 mm (initialkrokighet)
edim = em + e0 + ep = 5 + 48 + 8 = 61 mm
edim / t = 61 / 190 = 0.32
edim/ t beräknas:
(hef/tef) x (1000xfck/Ek)½
edim/tΦ
Φ=0.25
Φ tas fram ur diagrammet:
11.1
Vertikala bärförmågan vid den aktuella vindlasten kan nu beräknas som:
Rtill = 0.75 xΦ x A x ftill
Rtill = 0.75 x 0.25 x 1.0 x 0.19 x 1210 kN/m = 43 kN/m
Den aktuella lasten Nd = Nd1 + Nd2 = 3.5 + 11 kN = 14.5 kN/m är minde än den tillåtna. Väggen klarar alltså belastningen.
Beräkningssexempel: Vertikal- o. horisontalbelastad kanalmur
• Kanalmur tegel
• Murdelarna kramlas ihop
• Den inre halvstensmurenbärande
Vägg i plan 1 beräknas
Beräkningsmodell:
Nd1 = last från bjälklag i plan 2
Nd2 = egenvikt vägg i plan 2 + taklast
Nd1 = 3.5 kN/m (350 kg, träbjl))
Nd2 = 11.0 kN/m (1100 kg, tak, egentyngd vägg i plan 2)
Hd = 0.45 kN/m2 (vindlast mot fasaden, kanalmur)
Nd2Nd1
Nd
Normalt krävs 3-4 st kramlor/m2 för att fördela vindlasten på de två murdelarna
Säkerhetsklass 2, utförandeklass I, brukskvalitet B, hållfasthetsklass 25
Detta ger en tillåten tryckpåkänning f till:
f till = 6.0 / (1.8 x 1.1) = 3.0 Mpa = 3000 kN/m2
Kramlingen medför att murens totala styvhet blir större än den inre bärande delen ensam. Man får därför räkna med ett större väggdjup än 120 mm.
Den bärande murdelens effektiva tjocklek teff beräknas som:
tef = (1203 + 1203)0.33 = 151 mm
Nd2 Nd1
Nd
h
tef
I den fortsatta beräkningen räknas in att väggen är sidostödd av tvärgående väggar med 5.5 m cc-avstånd:
(hef / tef) x (1000 fck / Ek) 0.5 = 13.9
hef = 0.7 x h = 0.7 x 2.5 = 1.75 m
(1000 x fck/E ) 0.5= 1.20(materialparameter för håltegel)
Nd2
Nd1e1 = (Nd2 x a2 + Nd2 x a1) / (Nd1+Nd2)
e1 = (- 11 x 12 + 3.5 x 20) / (11+3.5) = - 4 mm
Men ska vara minst 0.05 x t = 6 mm
a1
a2
e2 = 0 (bjälklag i underkant ansluter från samma sida)
Excentricitet pga vertikallast i ovankant vägg:
Excentricitet pga vertikallast i underkant vägg:
em = (e1 +e2) / 2 = ( 6 + 0 ) / 2 = 3 mm
Excentricitet pga vertikallast i ovankant vägg:
Max böjmoment i fritt upplagd balk = q x L2 / 8
qL
Excentricitet pga vindlast:
I vårt exempel:
M = Hd x hef2 / 8 = 0.45 x 2.52 / 8 =
= 0.35 kNm
därefter räknas detta om till en motsvarande excentricitet:
Nd x ep = M
ep = M / Nd = 0.35 / 14.5 m = = 24 mm
em = 3 mm
ep = 24 mm
e0 = 2500 / 300 = 8 mm (initialkrokighet)
edim = em + e0 + ep = 3 + 24 + 8 = 35 mm
edim / t = 35 / 120 = 0.29
edim / t beräknas:
(hef/tef) x (1000xfck/Ek)½
Φ
Φ=0. 28
13.9
Φ tas fram ur diagrammet:
edim/t
Vertikala bärförmågan vid den aktuella vindlasten kan nu beräknas som:
Rtill = 0.75 xΦ x A x ftill
Rtill = 0.75 x 0.28 x 1.0 x 0.12 x 3000 kN/m = 76 kN/m
Den aktuella lasten Nd = Nd1 + Nd2 = 3.5 + 11 kN = 14.5 kN/m är minde än den tillåtna. Väggen klarar alltså belastningen.
Beräkningsexempel: Lokalt tryck under pelarupplag
Sidoavstyvandebjälklag
Pelare med fotplåt
Pelarupplag av cementbruk
Pelare med lasten 50 kN (5000 kg) belastar en enstens tegelvägg
Upplag av cementbruk
Enstens tegelvägg
Fotplåtens dimensioner = 100 x 100 mm
Pelarupplag av cementbruk: H = 75 mm
Lastspridning i cementbruket: 45o
Pelarlasten antas belasta ök tegel på ytan (100+2 x 75) x (100+2 x 75) mm = = 250 x 250 mm
Säkerhetsklass 3, utförandeklass I, brukskvalitet C och håltegel i hållfasthetsklass 25 MPa, tillverkningskontrollerat material
ftill = 4.3 / (1.8 x 1.2) = 2.0 MPa = 2000 kN/m2
Tillåten pelarlast med hänsyn till lokalt tryck i teglet = ftill x belastad area = 2000 x 0.25 x 0.25 kN = 125 kN
Aktuell last, 50 kN, är mindre än tillåten med hänsyn till lokalt tryck under upplagsplåten.
Dimensioneringen måste sedan kompletteras med beräkning av maximal vertikallast på tegelväggen reducerad med hänsyn till knäckning.
Överslagsmässiga belastningar:
Träbjälklag 3 kN/m2 1.5 kN/m2
Betongbjälklag, 200 mm 8 6.3
Vindlast 0.9 0.15
Lätt tak, inkl.snö 2.5 1.7
Brottstadium: Brukstadium:
Värdena avser totallast, dvs egenvikt + nyttiga laster
Värdet för snölast gäller de södra delarna av Sverige
Viktiga byggnadsfysikaliska aspekter:
• Lufttäthet
• Förhindra regngenomslag eller ordna vattenutledning
• Förhindra kapillärsugning av vatten från mark
• Energihushållning
• Skapa sunt inomhusklimat
• Komfort
Konstruktion Mur byggnadsteknisk utformning
Lufttäthet
• Viktigt ur energi- och komfortsynpunkt
• Murade hus t.o.m. mer lufttäta än regelhus?
• Diffusionstäthet behövs inte i murade ytterväggar utan organiskt innehåll
• Tunnputsning av murens insida i tegel och leca ger tillräcklig lufttäthet
• Om lättbetong murats noggrant: lufttät utan putsning
• Viktigt med lufttäta anslutningar mot lätta byggnadsdelar
Taksnitt långsida, fasadtegel/lättbetong, utkragande tak
Taksnitt gavelsida, fasadtegel, leca, utkragande takfot
Taksnitt, fasadtegel, tegelmurblock, ej utkragande takfot
Vattenutledning vid regngenomslag:
Kombinationsmur leca/tegel, vattenutledning i sockel
Sockeldetalj med vattenutledning
Sockeldetalj insida fasadmur slammad
Grundläggning med kantelement av cellplast
Fönsterdetalj, fönster indraget, kanalmur
Fönsterdetalj vid tunnputsning av yttre murens insida
Fönster långt ut i tvärsnittet, kanalmur
Fönsterdetalj, fönster långt ut i tvärsnittet, fasadtegel/lättbetong
Förhindra kapillärsugning från mark:
Fasadtegel/lättbetong
Grundsnitt med sulblock, isodrän, blockmur, utskjutande sockel
Grundsnitt med Alba kantelement, kanalmur, drängrus
Grundsnitt murad innervägg
Energihushållning och sunt inomhusklimat:
• Lufttäthet
• Förhindra regngenomslag eller ordna vattenutledning
• Förhindra kapillärsugning av vatten från mark
• God isolerstandard ur energisynpunkt
• Komfort
Övertemperaturer i radhus med lätt respektive tung stomme. Enligt Hagentoft m.fl.
Komfort:
LTH-rapporterna ”Moderna murade småhus” och ”moderna murverk” kan hämtas utan kostnad som pdf-filer på www.konstruktioner.se
I bokform: ”moderna murverk” via [email protected]
”tegeldetaljer” kommer ut …… delar finns som pdf på hemsidan