Konstruktion Mur Malmö 26/ Tomas Gustavsson. forskningsingenjör, Lunds Tekniska Högskola, forskningsprojekt om murverk

Transkript

1 Konstruktion Mur Malmö 26/ Tomas Gustavsson byggnadskonstruktör, TG konstruktioner AB, Lund konstruktionsarbete, konsult forskningsingenjör, Lunds Tekniska Högskola, forskningsprojekt om murverk

2 Aktuella murverksprojekt på Konstruktionsteknik, LTH: Reparation av tegelmurverk, korrosionsskador Tegeldetaljer, handbok, fasadmur+bakmur

3 Föreläsning 26/ Bärförmåga Statisk hållfasthetsdimensionering, översiktlig genomgång Beräkningsexempel statik Byggnadsfysik (byggnadsteknisk utformning) Vatten- och fuktisolering, lufttäthet, värmeisolering, exempel på tekniska lösningar Korrosionsskadade tegelmurverk

4 Konsultkategorier vid byggnadsprojektering: Arkitekt Byggnadskonstruktör VVS-konstruktör El-konstruktör byggritningar A byggritningar K vent-, värme-, sanitetsritningar elritningar Skillnaden mellan A- och K-ritningar: Arkitektritningarna visar färdig byggnad Konstruktionsritningarna redovisar främst bärande konstruktioner, men ofta även byggnadsteknisk uppbyggnad, vägen till färdig byggnad

5 Byggnadsentreprenaden definieras av A- och K- ritningarna tillsammans: 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

6 Direkt parallellprojektion: (ritmetod som används på arkitekt- och installationsritningar)

7 Exempel på direkt parallellprojektion: Normalt på ark-, VVS-, el-ritningar Planritning A

8 Speglad parallellprojektion: (vanlig ritmetod för konstruktionsritningar)

9 Exempel speglad parallellprojektion Vanligt på K-ritningar

10 Karakteristiskt för murverkskonstruktioner: hög tryckhållfasthet låg draghållfasthet låg skjuvhållfasthet

11 Romansk byggnad (basilika) från ca 490 e.kr, Ravenna, Italien

12 Gotisk kyrka, ca 1240 e.kr, Sainte-Chapelle, Paris

13 Exempel tillåtna ( dimensionerande ) hållfasthetsvärden, skl 3, MPa Murverk av: Tryck: Drag: Tegel /15/B /0.14 Lättklinker /2/B /0.07 Lättbetong /2.3/B /0.05 Gjuten betong: K25 /oarmerad

14 Elasticitetsmodul Viktigt begrepp inom ämnesområdet konstruktionsteknik Varierar för olika materialslag, (materialparameter) Mått på hur hårda materialen är

15 Exempel på elasticitetsmoduler (MPa) hårt Gjuten betong: Murverk av: K Tegel /15/B 3200 Lättklinker /2/B 2500 Lättbetong /2.3/B 1400 Trä: K12, vinkelrätt fiberriktning 250 mjukt

16 Statisk dimensionering Vertikala laster: Egenvikt av byggnadsdelar Personlaster, inredning Snölast, vindlyft Horisontella laster: I praktiken handlar detta om vindlaster Direkt mot vägg (transversallast) Stabiliseringskraft (parallellt vägg) Övrigt: Laster p.g.a. temperatur och fuktrörelser

17 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

18 Kapacitet för att ta last kan ökas med armering: Horisontalarmering för vindlast Vertikalarmering

19 Bärande väggar tar upp mer laster än sin egentyngd Skalmurar bär sin egentyngd och tar upp vindlast Verkningssätt vid vertikallast bestäms av upplagstyp:

20 Tumregler : 4-5 m mellan murade halvstensväggar 8-10 m mellan en stens tegelväggar klarar horisontalstabilisering, erfarenhetsbaserat, gäller normalt vid 3-4 plan

21 Horisontal- och vertikalbelastning av väggar och pelare Max tillåten vertikallast vid viss vindlast beräknas Lokalt tryck under balkupplag Lyftkrafter förankras i murverket.

22 Öppningar i murverk: rakt valv bågformigt valv balk skiva oarmerade armerade

23 Oarmerad överbyggnad över öppning (valv): Notera kravet att a > 0.25 m om man ska göra öppningar i obelastade skalmurar oarmerade

24 prefab, spännarmerat skift, ej balk! Armerade balkar lättbetong, leca

25 Valvverkan över murade öppningar Förhållandet mellan höjd och längd (h/l) avgör horisontalkraftens storlek

26 Bild från centrala Riga, Lettland

27 Lokalt tryck i murverk

28 Hållfastheter anges i BKR som s.k. karakteristiska värden, f kar, för: Tryckhållfasthet Draghållfasthet Skjuvhållfasthet Dessa räknas om till dimensionerande (dvs tillåtna) värden enligt principen: f till = f kar / γ Den tillåtna hållfastheten erhålls alltså genom att man dividerar det karakteristiska värdet f kar med en säkerhetsfaktor γ där säkerhetsfaktorn γ = γ m x γ n

29 I BKR finns en tabell som anger γ m : kolumn 1 ej tillverkningskontrollerat material kolumn 2 tillverkningskontrollerat material

30 Tillåten hållfasthet är alltså f till = f kar / γ där säkerhetsfaktorn γ = γ m x γ n γ n beror på säkerhetsklass enligt BKR: säkerhetsklass säkerhetsklass säkerhetsklass 3 1.2

31 Hållfastheter: Tryck Drag Skjuvning (tvärkraft)

32 Utdrag ur BKR om tryckhållfasthet:

33 Några förutsättningar som anges i BKR: Tvärsnittsytan minst 0.04 m 2 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

34 Får man då göra så här? V. Ingelstad skola, Vellinge, diafragmamur

35 Krav på väggtjocklekar: Bärande vägg Skalmur Högst 2 vån/6m 85 mm 60 Mer än 2 vån/6m

36 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

37 Exempel skalmur 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

38 Samtidigt vertikal- och horisontalbelastat murverk: Tillåten vertikallast, R till, beräknas enligt formeln R till = 0.75 x Φ x A x f till där Φ = reduktionsfaktor pga knäckning A = den belastade väggens/pelarens yta f till = tillåten tryckhållfasthet

39 Reduktionsfaktorn Φ: Tillåten trycklast reduceras pga risken för knäckning Reduktion sker för en rad olika faktorer Φ räknas fram som ett värde mellan 0 och 1 Stor reduktion = lågt Φ Liten reduktion = högt Φ

40 Begreppet centrisk/excentrisk belastning viktigt för Φ

41 Reduktionsfaktorn Φ påverkas av: graden av excentricitet i belastning murverkets slankhetstal (förhållandet mellan höjd och tjocklek)

42 Vid ökande excentricitet i ök mur minskar Φ

43 Excentricitet vid uk mur beror på hur bjälklaget ansluter

44 Mindre väggtjocklek ger lägre värde på Φ

45 Högre vägg ger lägre värde på Φ

46 Två utförandeklasser: e o = h/200 e o = h/300 Större initialkrokighet ger mindre Φ

47 Vindlasten räknas om till en motsvarande excentricitet. Större vindlast ger mindre Φ.

48 Φ e dim /t Diagram för beräkning av Φ (h ef /t ef )x(1000xf ck /E k ) ½

49 Vid beräkning av reduktionsfaktorn Φ beräknas först : e dim /t där e dim = sammanlagd excentricitet (lastöverföring i ök mur, reaktion i uk mur, initialkrokighet, vind) t = murverkets tjocklek (djup) h ef /t ef där h ef = väggens höjd (räknad som effektiv höjd mellan avstyvande bjälklag) och t ef = murverkets tjocklek (räknat som effektivt tvärsnitt) (1000xf ck /E k ) ½ som är en materialkonstant: tegel 1.2, leca 0.85, lättbetong 1.0

50 h ef = murverkets effektiva höjd, kan alltid på säkra sidan sättas lika med verklig höjd mellan anslutande bjälklag. h ef får reduceras om anslutande bjälklag är av betong. h ef får reduceras om det finns anslutande sidoavstyvande väggar: Planritning

51 t ef = murverkets effektiva tjocklek t ef 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 t ef = 151 mm i detta fall

52 Murverkskonstruktioner under olika epoker:

53 Metoder att öka t ef och därmed bärförmågan i moderna murverk:

54 Andra metoder att öka bärförmågan: Vertikalarmering: Kringmurning av armering Armering i storhål Armering i vertikal slits, blockmur Starkare bruk - starkare murverk, ökande risk för sprickor

55 Mer detaljerat om dimensioneringsgången kan man läsa om i häftet Dimensionering av horisontal- och vertikalbelastade murverk Tomas Gustavsson Lund 2002 Avdelningen för Konstruktionsteknik Lunds Tekniska Högskola, Lund Universitet

56 Konstruktion Mur beräkningsexempel Beräkningssexempel: Vertikal- o. horisontalbelastad massivmur leca Vägg i plan 1 beräknas

57 Beräkningsmodell: N d2 N d1 N d1 = last från bjälklag i plan 2 N d2 = egenvikt vägg i plan 2 + taklast N d1 = 3.5 kn/m (350 kg/m, träbjl)) h ef N d2 = 11.0 kn/m (1100 kg/m, trätak) t ef H d = 0.9 kn/m 2 (vindlast mot fasad) N d

58 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/m 2 I den fortsatta beräkningen sätts: t ef = 0.19 m h ef = 2.50 m (1000 x f ck /E) 0.5 = 0.85 Effektiv tjocklek, massivmur utan förstyvningar Effektiv höjd, träbjälklag, ej sidoavstyvande väggar Materialparameter för leca (f ck = kar. tryckhållfasthet, E = elasticitetsmodul enligt BKR) (h ef /t ef ) x (1000f ck /E k ) 0.5 = 11.1

59 Excentricitet pga vertikallast i ovankant vägg: N d2 a 2 N d1 a 1 e 1 = (N d2 x a 2 -N d2 x a 1 ) / (N d1 +N d2 ) e 1 = (11 x x 62) / (11+3.5) = - 6 Men den ska vara minst 0.05 x t = 10 mm Excentricitet pga vertikallast i underkant vägg: e 2 = 0 (platta på mark) e m = (e 1 +e 2 ) / 2 = (10 +0) / 2 = 5 mm

60 Excentricitet pga vindlast: Max böjmoment i fritt upplagd balk = ql 2 /8 q L I vårt exempel: M = H d x h ef 2 / 8 = 0.9 x / 8 = =0.70 knm därefter räknas detta om till en motsvarande excentricitet: N d x e p = M e p = M / N d = 0.70 / 14.5 m = = 48 mm

61 e dim / t beräknas: e m = 5 mm e p = 48 mm e 0 = 2500 / 300 = 8 mm (initialkrokighet) e dim = e m + e 0 + e p = = 61 mm e dim / t = 61 / 190 = 0.32

62 Φ tas fram ur diagrammet: Φ e dim /t Φ= (h ef /t ef ) x (1000xf ck /E k )½

63 Vertikala bärförmågan vid den aktuella vindlasten kan nu beräknas som: R till = 0.75 x Φ x A x f till R till = 0.75 x 0.25 x 1.0 x 0.19 x 1210 kn/m = 43 kn/m Den aktuella lasten N d = N d1 + N d2 = kn = 14.5 kn/m är minde än den tillåtna. Väggen klarar alltså belastningen.

64 Beräkningssexempel: Vertikal- o. horisontalbelastad kanalmur Kanalmur tegel Murdelarna kramlas ihop Den inre halvstensmuren bärande Vägg i plan 1 beräknas

65 N d2 N d1 Beräkningsmodell: N d1 = last från bjälklag i plan 2 N d2 = egenvikt vägg i plan 2 + taklast N d1 = 3.5 kn/m (350 kg, träbjl)) N d2 = 11.0 kn/m (1100 kg, tak, egentyngd vägg i plan 2) H d = 0.45 kn/m 2 (vindlast mot fasaden, kanalmur) Normalt krävs 3-4 st kramlor/m 2 för att fördela vindlasten på de två murdelarna N d

66 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/m 2 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 t eff beräknas som: t ef = ( ) 0.33 = 151 mm

67 N d2 N d1 I den fortsatta beräkningen räknas in att väggen är sidostödd av tvärgående väggar med 5.5 m cc-avstånd: h ef = 0.7 x h = 0.7 x 2.5 = 1.75 m (1000 x f ck /E ) 0.5 = 1.20 (materialparameter för håltegel) t ef h (h ef / t ef ) x (1000 f ck / E k ) 0.5 = 13.9 N d

68 Excentricitet pga vertikallast i ovankant vägg: N d2 a 2 N d1 e 1 = (N d2 x a 2 + N d2 x a 1 ) / (N d1 +N d2 ) a 1 e 1 = (- 11 x x 20) / (11+3.5) = - 4 mm Men ska vara minst 0.05 x t = 6 mm Excentricitet pga vertikallast i underkant vägg: e 2 = 0 (bjälklag i underkant ansluter från samma sida) e m = (e 1 +e 2 ) / 2 = ( ) / 2 = 3 mm

69 Excentricitet pga vindlast: Max böjmoment i fritt upplagd balk = q x L 2 / 8 q L I vårt exempel: M = H d x h ef 2 / 8 = 0.45 x / 8 = = 0.35 knm därefter räknas detta om till en motsvarande excentricitet: N d x e p = M e p = M / N d = 0.35 / 14.5 m = = 24 mm

70 e dim / t beräknas: e m = 3 mm e p = 24 mm e 0 = 2500 / 300 = 8 mm (initialkrokighet) e dim = e m + e 0 + e p = = 35 mm e dim / t = 35 / 120 = 0.29

71 Φ tas fram ur diagrammet: Φ e dim /t Φ= (h ef /t ef ) x (1000xf ck /E k )½

72 Vertikala bärförmågan vid den aktuella vindlasten kan nu beräknas som: R till = 0.75 x Φ x A x f till R till = 0.75 x 0.28 x 1.0 x 0.12 x 3000 kn/m = 76 kn/m Den aktuella lasten N d = N d1 + N d2 = kn = 14.5 kn/m är minde än den tillåtna. Väggen klarar alltså belastningen.

73 Beräkningsexempel: Lokalt tryck under pelarupplag Pelare med lasten 50 kn (5000 kg) belastar en enstens tegelvägg Pelare med fotplåt Sidoavstyvande bjälklag Pelarupplag av cementbruk Upplag av cementbruk Enstens tegelvägg

74 Fotplåtens dimensioner = 100 x 100 mm Pelarupplag av cementbruk: H = 75 mm Lastspridning i cementbruket: 45 o 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 f till = 4.3 / (1.8 x 1.2) = 2.0 MPa = 2000 kn/m 2

75 Tillåten pelarlast med hänsyn till lokalt tryck i teglet = f till 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.

76 Överslagsmässiga belastningar: Brottstadium: Brukstadium: Träbjälklag 3 kn/m kn/m 2 Betongbjälklag, 200 mm Vindlast Lätt tak, inkl.snö Värdena avser totallast, dvs egenvikt + nyttiga laster Värdet för snölast gäller de södra delarna av Sverige

77 Konstruktion Mur byggnadsteknisk utformning Viktiga byggnadsfysikaliska aspekter: Lufttäthet Förhindra regngenomslag eller ordna vattenutledning Förhindra kapillärsugning av vatten från mark Energihushållning Skapa sunt inomhusklimat Komfort

78 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

79 Taksnitt långsida, fasadtegel/lättbetong, utkragande tak

80 Taksnitt gavelsida, fasadtegel, leca, utkragande takfot

81 Taksnitt, fasadtegel, tegelmurblock, ej utkragande takfot

82 Vattenutledning vid regngenomslag: Kombinationsmur leca/tegel, vattenutledning i sockel

83 Sockeldetalj med vattenutledning

84 Sockeldetalj insida fasadmur slammad

85 Grundläggning med kantelement av cellplast

86 Fönsterdetalj, fönster indraget, kanalmur

87 Fönsterdetalj vid tunnputsning av yttre murens insida Fönster långt ut i tvärsnittet, kanalmur

88 Fönsterdetalj, fönster långt ut i tvärsnittet, fasadtegel/lättbetong

89 Förhindra kapillärsugning från mark: Fasadtegel/lättbetong

90 Grundsnitt med sulblock, isodrän, blockmur, utskjutande sockel

91 Grundsnitt med Alba kantelement, kanalmur, drängrus

92 Grundsnitt murad innervägg

93 Energihushållning och sunt inomhusklimat: Lufttäthet Förhindra regngenomslag eller ordna vattenutledning Förhindra kapillärsugning av vatten från mark God isolerstandard ur energisynpunkt Komfort

94 Komfort: Övertemperaturer i radhus med lätt respektive tung stomme. Enligt Hagentoft m.fl.

95 LTH-rapporterna Moderna murade småhus och moderna murverk kan hämtas utan kostnad som pdf-filer på I bokform: moderna murverk via ingbritt.larsson@kstr.lth.se tegeldetaljer kommer ut delar finns som pdf på hemsidan