Hulldekker på stålbærende systemer

Anbefalte prinsipper og løsninger

1. Forord
2. Konstruktive prinsipper
3. Montasjeforhold
4. Toleranser
5. Eksempler på løsninger
5.1 Bjelker integrert i dekket
5.2 Hulldekker på underliggende bjelker
5.3 Søyle / bjelke - forbindelser

Forord

Det er blitt vanlig å benytte hulldekker som etasjeskiller på stål bæresystem i næringsbygg. De konstruktive løsninger som har vært prosjektert har ikke alltid ivaretatt krefter og deformasjoner i tilstrekkelig grad. Denne publikasjonen er resultatet av et samarbeid mellom Norsk Stålforbund og Betongindustriens Landsforening, hvor hensikten har v ært å komme frem til anbefalte prinsipper, løsninger og detaljering som begge bransjer kan stille seg bak. Ikke minst har det også vært en del av målsettingen å få luket ut de løsningene som erfaring har vist ikke fungerer tilfredsstillende. Hensikten med anbefalingene er å fremme en konstruksjonsskikk som ivaretar sikkerheten i montasjefasen, og som sikrer gode, stabile, bestandige og økonomiske konstruksjoner.

Redaksjonsutvalget har bestått av følgende personer: Axel Baumann, KB Stålteknikk A.S Jørn Høiback, Arne Hill A/S Bent Stene, a.s. SKV Per Madsen, Norsk Elementbygg a.s Helge Andreassen, Norsk Elementbygg a.s Tor M. Dahl, Spenncon AS Sven Alexander, Spenncon AS

Det er gjort det ytterste for å kontrollere at innholdet i det følgende er korrekt, men redaksjonsutvalget, Norsk Stå lforbund eller Betongindustriens Landsforening kan ikke ta ansvar for direkte eller indirekte følger av eventuelle feil eller mangler. Det forutsettes at det anvendes sunn ingeniørmessig dømmekraft ved anvendelse av anbefalingene.
Redaksjonen ble avsluttet i februar 1998.

Konstruktive Prinsipper

Det er lagt vekt på at alle knutepunkter skal ha en ”seig” oppførsel (mulighet for relativt store deformasjoner før brudd). Videre har man forsøkt å unngå utførelse av konstruktive sveiser på byggeplass. I knutepunktene skal det alltid være en positiv forankring (forbindelse som kan ta strekk) mellom komponentene, selv om det ikke er n ødvendig av hensyn til den teoretiske kraftoverføringen.

”Seige” knutepunkter oppnås ved at deler i knutepunktet med ”sprø” oppførsel gis ekstra kapasitet i forhold til deler med ”seig” oppførsel, for eksempel ved å regne med reduserte spenninger i disse delene. Typiske ”sprø” deler er sveiser, korte bolter i strekk, avskjæringsbolter, forankringssoner for armering etc.
Stabiliteten i de konstruksjoner som omhandles her ivaretas normalt ved skivevirkning av dekkene, som overfører kreftene til vertikalt avstivende konstruksjoner. For at skiver sammensatt av hulldekker skal fungere må det etableres strekkbånd, enten ved armering som legges i fuger mellom betongelementene, og som siden støpes ut, eller ved at stålbjelkene i bæ resystemet fungerer som strekkbånd. I det siste tilfellet er det viktig at skivekreftene kan overføres fra hulldekkene til stålbjelkene, og at stålbjelkene har en kontinuerlig strekkforbindelse forbi eller gjennom søylene. Dette behovet for kraftoverføring vil ha innflytelse på knutepunktene, som må dimensjoneres i hvert enkelt tilfelle. Det er god konstruksjonspraksis alltid å dimensjonere for en viss minimumskraft, blant annet for å forhindre suksessivt ras. Det henvises til Betongelementboken, bind B, punkt 8.4.

Deformasjonene må kontrolleres og vurderes for alle konstruksjonselementer og konstruksjoner. Hvilke deformasjonskrav som skal legges til grunn avhenger av konstruksjonstype, belastninger, bruk, mulighet for overhøyder, montasjefremdrift, valg av stempling i montasjefasen etc. Det vil alltid være en vurdering konstruktøren må gjøre i samarbeid med andre leverand ører og montasjefirmaet i hvert enkelt tilfelle. For arealer som skal benyttes til dans eller gymnastikk, eller som vil få installert vibrerende maskiner, må muligheten for at det kan oppstå uønskede svingninger og vibrasjoner også kontrolleres.

Dersom det er stor avstand fra bjelkers rotasjonspunkt på opplegget og overkant av dekket er det mulighet for at det kan oppstå riss i dekket på grunn av bjelkens rotasjon. Dette må kontrolleres.

Montasjeforhold

Stålkonstruksjoner er slanke og myke i forhold til de relativt stive betongelementene. Dette må det tas hensyn til ved planleggingen og dimensjoneringen av konstruksjonene. Spesielt er dette viktig i montasjefasen, for når alle permanente avstivninger er etablert forhindres mye av de deformasjonene som skyldes stålkomponentenes slankhet.

Stålkonstruksjoner har derfor behov for stempling og staging i montasjefasen, inntil de permanente forbindelser og forankringer er etablert, og avstivende komponenter som dekkeskiver av betongelementer og skivevegger er fuget og utstøpt.

Staging er stabilisering av søylene. Stålsøyler leveres ofte kontinuerlig over flere etasjer, og må justeres og avstives etter hvert som montasjen skrider frem. Etter at dekkeelementene er montert, og før fugene støpes ut, m å det kontrolleres om søylene har fått forskyvninger ved montasjen av betongelementene. Etter at dekkene er st øpt ut er det svært vanskelig å foreta justeringer av søylene i underliggende etasjer. Staging av sø yler utføres som regel med justerbare skråstag i begge akseretninger.

Figur 3.1 Staging av søyler.

Behovet for stempling av stålbjelker varierer med bjelkeløsning og lastsituasjon. Det må derfor for alle prosjekter utarbeides en stemplingsplan som angir prinsipper og behov. Spesielt må man være oppmerksom på vridning av eksentrisk belastede bjelker. For innerbjelker vil normalt montasjesituasjonen være dimensjonerende, mens for randbjelker vil det være den permanente situasjonen.

Normalt behøver underliggende bjelker (med sentrisk last) ingen understøttelse. HSQ- og ISQ-bjelker må normalt stemples for å unngå vridning under montasjen. Stempling kan unngås ved tosidig belastede bjelker med tilnærmet like spenn på hver side dersom montasjen gjennomføres vekselvis på hver side. Dersom tosidig belastede bjelker monteres på en side først, bør dette være den siden som får størst last, som da må stemples. Ellers må sannsynligvis begge sider stemples.

Figur 3.2 Stempling av bjelker.

Arbeidene med staging og stempling av stålkonstruksjoner må medtas i prosjekteringen og inngå i beskrivelsen, slik at relevante kostnader blir medtatt. I denne sammenheng må det tas hensyn til klimatiske forhold (vinter/sommer) i montasjefasen, p å grunn av utstøpningen vil det påvirke behovet for og belastningen på staging og stempling, og hvor lenge de midlertidige konstruksjonene må stå. Muligheten for oppdimensjonering av stålkonstruksjonene for å redusere deformasjonene er et forhold som også må tas med i vurderingen, dersom dette kan forenkle montasjearbeidene og gi en optimal l øsning.

Montasjen av stålkonstruksjonene og betongelementene må være koordinert, og bør ikke deles på flere utf ørende firmaer. Uansett bør èn være ansvarlig part for hele utførelsen. Det bør væ re et krav at det alltid utarbeides en stemplings- og montasjeplan i samarbeid mellom prosjekterende og utførende. På grunnlag av valgt montasjefremdrift og montasjemetode må stagingen og stemplingen dimensjoneres for å holde deformasjonen i montasjefasen innenfor akseptable grenser, som normalt er uttrykt ved toleransekrav.

Kompetanse hos montasjefirmaene er avgjørende for å sikre kvaliteten på montasjearbeidet. Montørene må ha en grunnleggende forståelse for begreper som stabilitet, kraftoverføring, toleranser etc., videre at de kjenner de krav, lover, regler og forskrifter som gjelder for montasjearbeid.

TOLERANSER

Toleransekravene utrykker de maksimalt tillatte avvik i konstruksjonene, så vel som krav til de enkelte komponenter. For en grunnleggende orientering om toleranser henvises til Betongelementboken bind F, punktene 1.2, 1.3 og 1.4. Tallverdier for toleranser finner man i for eksempel NS 3420, SBI (Stålbyggnadsinstitutet) Publikation 112 og Betongelementboken bind F. Det finnes også to kommende CEN-standarder, ”Execution of Steel Structures” og ”Execution of Concrete Structures”, som inneholder en del tallverdier for toleranser. Alle disse referansene illustrerer at det er forskjellige nivåer på toleranser, avhengig av utførelsesmetode og materialvalg.

Konstruktørene må ta hensyn til toleransene under prosjekteringen ved å velge detaljløsninger som tillater avvik innenfor de toleransene som er forutsatt. Ved dimensjoneringen av knutepunkter er det god konstruksjonspraksis å plassere lastene så ugunstig som mulig, altså med full utnyttelse av toleransene.

Det er ikke meningen at toleransene skal utnyttes, man skal selvfølgelig alltid tilstrebe å få konstruksjonene s å nær de teoretiske mål som mulig. Mye kan oppnås ved justering under montasjen, og i denne sammenheng er det viktig at det foretas en kontroll etter justering og før utstøping av fuger og knutepunkter.

EKSEMPLER PÅ LØSNINGER

5.1 Bjelker integrert i dekket

Utstøpning av åpnet kanal på byggeplass. Normalt er eksentrisiteten av lastene så stor at stempling vil være nødvendig.

Figur 5.1.1 Tosidig opplegg på ISQ.

Utstøpning av åpnet kanal på byggeplass. Normalt er eksentrisiteten av lastene så stor at stempling vil være nødvendig. Både underflensen og steget må kontrolleres for bøying på tvers.

Figur 5.1.2. Ensidig opplegg på ISQ.

Dersom det er store laster kan det være behov for armering i åpnede kanaler i stedet for i fugen mellom elementene. Det kan også være behov for utvendige stivere og underkantarmering ved store forskjeller i belastning på de to sidene. Ved stor eksentrisitet av lastene, stempling vil være nødvendig.

Figur 5.1.3 Tosidig opplegg på HSQ. Bjelke uten utvendige stivere.

Utstøpning i åpnet kanal på byggeplass. Torsjonsstivt tverrsnitt. God avstivning av underflens. Stor eksentrisitet av lasten, stempling vil være påkrevet.

Figur 5.1.4 Ensidig opplegg på HSQ. Bjelke med stivere.

Relativt torsjonsstivt tverrsnitt. Godt egnet for høydetilpasning. Stor eksentrisitet av lastene. Må normalt stemples.

Figur 5.1.5 Tosidig opplegg på modifisert HSQ.

Relativt torsjonsstivt tverrsnitt. Mye utstøpning på byggeplass. Brannbeskyttelse unødvendig.

Figur 5.1.6 Tosidig opplegg på samvirkebjelke.

Rotasjonsfølsomme bjelker. Krever mye stempling. Følsom også etter utstøpning. Fjerningen av toppen av hulldekkene i enden (”K-ender”) er utførelsesømfintlig og kostbart.

Figur 5.1.7 Bjelker som IKKE bør benyttes.

5.2 Hulldekker på underliggende bjelker

God sentrering av lasten. Mulighet for stor skjærkapasitet mellom dekke og bjelke. Ikke behov for stempling. Krever endeforskaling.

Figur 5.2.1 Ensidig opplegg på valset profil.

Hulldekkenes krav til minimum oppleggslengde kan dimensjonere bjelkebredden. Begrensende for tekniske gjennomføringer. Neppe behov for stempling.

Figur 5.2.2 Tosidig opplegg på valset profil.

5.3 Søyle / bjelke – forbindelser

Må utføres med tilstrekkelig slingringsmonn til å oppta vanlige byggeplasstoleranser.

Figur 5.3.1 Bjelkeopplegg på betongsøyle.

Må utføres med tilstrekkelig slingringsmonn til å oppta vanlige byggeplasstoleranser.

Figur 5.3.2 Bjelkeopplegg på stålsøyle.

Må utføres med tilstrekkelig slingringsmonn til å oppta vanlige byggeplasstoleranser.

Figur 5.3.3 Innfelt bjelkeopplegg på stålsøyle.

Enkel og rask montasje av bjelken. Ved riktig utførelse er det et seigt knutepunkt. Normalt ingen stempling. Boltene må overdimensjoneres for at knutepunktet skal bli seigt.

Figur 5.3.4 Innfesting av bjelken til søylen med slisseplate.

Høyt rotasjonspunkt for bjelken. Enkel å montere. Kan dimensjoneres til å bli et seigt knutepunkt.

Figur 5.3.5 Opplegg på overflensen.

Kontinuerlig bjelke, lett å benytte som strekkbånd. Mye sveising på byggeplass.

Figur 5.3.6 Opplegg på søyletopp.