Konstruktionsteknik VBK013 OSKAR LARSSON

Transkript

1 Konstruktionsteknik VBK013 OSKAR LARSSON 1

2 Vem är jag? Post-doc på avd. för Konstruktionsteknik Tog doktorsexamen april 2012, temperaturlaster på betongkonstruktioner Arbetar som lärare och forskare Klimatrelaterade laster och risk/sannolikhetsbaserade metoder Risk för korrosion i murverk Hantering av tvång i betongbroar

3 Vilka mer? Annika Mårtensson Professor i Konstruktionsteknik Prorektor LTH Gustaf Larsson Doktorand, byggmek/konstruktionsteknik Henrik Malm Student V

4 Vad är konstruktionsteknik? - och vad har man det till Överbrygga avstånd En ursprunglig balkbro

5 Överbrygga avstånd En ursprunglig hängbro

6 Överbrygga avstånd En ursprunglig bågbro

7 Överbrygga avstånd Segovia-akvedukten, Spanien, omkring år 100

8 Överbrygga avstånd Coalbrookdale-bron, Coalbrookdale, England, , T. M. Pritchard. Järnbro.

9 Överbrygga avstånd Golden Gate-bron, San Francisco, , J. B. Strauss. Stålkonstruktion m. lång, fri spännvidd 1280 m.

10 Överbrygga avstånd Akashi Kaikyō-bron (Pärlbron), Kobe, 1998, Världens längsta fria spännvidd, 1991 m.

11 Tak över huvudet - Bostäder, Kontor mm.

12 Tak över huvudet - Bostäder, Kontor mm. Mosjöen, Norge, sent 1800-tal

13 Bostäder, Kontor mm. Hadrianus Villa, Tivoli, Italien, ca 120.

14 Bostäder, Kontor mm. Småhus med trästomme, sent 1900-tal.

15 Bostäder, Kontor mm. Putsade radhus, södra Råbylund, klart 2013.

16 Bostäder, Kontor mm. Punkthus i betong.

17 Bostäder, Kontor mm. Crystal Palace, London, England, 1851, flyttades 1852, brann J. Paxton. Järnkonstruktion.

18 Bostäder, Kontor mm. Ideon Gateway, Lund

19 Höjd Eiffeltornet, Paris, Frankrike, , Gustave Eiffel. Järnkonstruktion, 307m. högt

20 Höjd Hoover-dammen, , 222 m hög

21 Höjd Empire State Building, New York, m (441 m)

22 Höjd Burj Khalifa, 828 m högt

23 Höjd

24 Själens tillfredsställelse Cheopspyramiden, f.kr.

25 Själens tillfredsställelse Pantheon, Rom, ca 120 e.kr. Betongdom 43,3 m i diameter

26 Själens tillfredsställelse Horyu-Ji Temple, Nara, Japan, 607.

27 Själens tillfredsställelse Lunds Domkyrka Invigd år 1145.

28 Själens tillfredsställelse Riola församlings kyrka, Italien, A. Alto. Betongkonstruktion.

29 Tågstationer S. Pancras Station

30 Tågstationer Berlin Hauptbahnhof

31 Tågstationer Oriente Station Lissabon

32 Arenor för underhållning

33 Superdome, New Orleans, Betong- och stålkonstruktion.

34 Wembley Stadium, London, 2007

35 Lucas Oil Stadium, Indianapolis, 2008

36 Friends Arena, Stockholm, 2012

37 Vad kan gå fel? Stormskador i Danmark december 1999, gaveln har lossnat från resten av byggnaden, dålig förankring.

38 Klostergården, Lund Stormen Gudrun 2005 En del av skalmuren föll ner på grund av dålig förankring mot väggen

39 Vad kan gå fel? Tjörnbron 18/1 1981

40 40 Siemens Arena, Danmark

41 Vad hände? Ingen last på taket 2 av 12 takbalkar kollapsade 41

42 Dimensioneringsfel: kapaciteten var bara 30% av vad den skulle vara 42

43 Ras Ystad 2012 Maj 2012 en tredjedel av byggnaden rasade Stöttorna togs bort vid lunch raset skedde ett halvt dygn senare Ingen skadad

44 Ras Ystad 2012 Pelarna i bottenvåning felaktiga Inkopierade från en intilliggande envåningsbyggnad Fel i dimensionering, utförande och kontroll Många fler fel hittade

45 Byggnadskonstruktörens uppgift Vid projektering av en byggnad svarar byggnadskonstruktören för att alla byggnadsdelar är tillräckligt starka och styva samt för byggteknisk funktion som värme och fuktisolering

46 Byggnadskonstruktörens uppgift En byggnad, bro eller annat byggnadsverk dimensioneras och utformas så att den bibehåller sin bärförmåga och andra väsentliga funktioner när den utsätts för de påverkningar de kan tänkas utsättas för under avsedd användningstid. Dimensionering innebär: Val av dimensioner Materialval Beräkningsmodell Detaljer

47 Frågor som kursen ska ge svar på Vilka laster utsätts en byggnad för? Vilka balkar och pelare klarar av lasterna? Hur ska en byggnad stabiliseras?

48 Behövs som grund Byggnadsmekanik Byggnadsmaterial Kombination av dessa kunskaper Sunt förnuft

49 Beslut Att vara konstruktör är att ta beslut Olika alternativa lösningar Alla kan vara rätt Olika lämplighet Bedömningsarbete

50 Mål med kursen Efter genomgången kurs skall ni kunna: Förstå funktionen hos och kunna dimensionera Balkar Pelare Enklare stomsystem Förband i stål, betong och trä Presentera era beräkningar och resultaten av dessa med hjälp av Beräkningar Förklarande text Ritningar Förstå bakgrunden till de dimensioneringsprinciper som används

51 Konstruktionsteknik VBK013 Föreläsningar Övningsuppgifter Inlämningsuppgift Gång och cykelbro Konstruktionsuppgift Hallbyggnad Tenta

52 Kurshemsida Inloggning Användarnamn: vbk013 Lösen: ks08tr

53 Litteratur Byggkonstruktion, Isaksson et al. Tabell och formelsamling, Isaksson, Mårtensson

54 Föreläsningar Följer litteraturen En hel del exempel Delas mellan mig och Annika

55 Föreläsningar Säkerhet, funktion, laster Element i den bärande stommen Stomstabilisering Konstruktionsmaterial Trä, stål, betong Dimensionering för moment Dimensionering för tvärkraft Dimensionering för normalkraft Dimensionering för samtidigt moment och normalkraft Bruksgränstillstånd Brand Konstruktiv utformning

56 Övningar Oftast fortsättning från föreläsning Rekommenderat att göra rätt uppgifter på varje övning Tre övningssalar Sal 1 Oskar/Annika Sal 2 Gustaf Sal 3 Henrik

57 Uppgifter Inlämningsuppgift Gång och cykelbro i betong Delas ut längre fram Inlämning 27 mars Godkänd eller komplettera Konstruktionsuppgift Hallbyggnad, delas ut längre fram Inlämning 22 maj Poäng 0-10, påverkar kursbetyg För sent inlämnad uppgift ger 0 poäng

58 Extra konsultation Under kursens gång kommer vi ha extra konsultationstid utöver övningar Vi börjar med detta i mars och fortsätter våren ut Specificerade tider kommer vi finnas garanterat tillgängliga på våra kontor Inte tillgängliga på övriga tider

59 Tenta Förståelseuppgifter, Räkneuppgifter Måste ha 40% på varje del för att bli godkänd Betyg bestäms av den sammanlagda poängen

60 Kommentarer I denna kurs finns inte alltid något som heter rätt svar, utan mer eller mindre bra lösningar. Ni måste avsätta tid utanför schemat för att hinna med allt i kursen. Inlämningsdatumen för uppgifterna är absoluta, går inte att förhandla om. Uppgifterna ska göras i grupper om max 2 studenter. När ni är färdiga till sommaren ska ni kunna dimensionera de bärande delarna till familjens sommarhus (exempel).

61 Dagens utmaning Arkitekturteknik, årskurs 1 för A-studenter En tenta som behandlar grunderna i byggnadsmekanik, byggnadsmaterial och konstruktionsteknik Lite av vad som ni behöver ha med er in i kursen Vår utmaning till er är att göra en del av uppgifterna från denna tenta Allt kommer ni kanske inte klara, en del borde ni kunna

62 Bärande konstruktioners säkerhet och funktion OSKAR LARSSON 62

63 Kapitel 2: Bärande konstruktioners säkerhet och funktion Allmänna säkerhetskrav Gränstillstånd och säkerhetsprinciper Dimensioneringsprocessen Partialkoefficientmetoden Laster Lastkombinationer och partialkoefficienter Dimensioneringsprinciper för hållfasthet och styvhet Geometriska storheter Lastuppdelning och lastnedräkning i stommar

64 Risker i livet Aktivitet/olycksorsak Antal döda per timme per 10 8 personer Bergsklättring Flyga Djuphavsfiske Köra bil Arbete i kolgruva Byggarbete Tillverkningsindustri Olyckor i hemmet Brand i hemmet BROTT I KONSTRUKTIONER 0.002

65 Krav på Konstruktioner Säkerhet mot brott (säkerhetskrav) Människors liv och hälsa Kostnader för skador God funktion (brukarkrav) Begränsa nedböjningar Begränsa svikt och svängningar Undvika skador på sekundära konstruktioner, ytskikt, dörrar fönster o.d. Beständighet

66 Orsaker till brott Ogynnsam kombination av inverkande faktorer (statistiskt problem). Stor last på svag konstruktion Oförutsedd händelse Ex. Tjörnbron Åtgärd: Bygg Skadetåligt Grova fel Felaktig dimensionering, felaktigt utförande Åtgärd: Utbildning Kontroll Organisation

67 Olika dimensioneringsmetoder Beräkna Prova Uppenbart

68 Gränstillstånd Tillstånd då konstruktionen är på gränsen till att inte uppfylla de krav den är dimensionerad för Vi använder två gränstillstånd Brottgränstillstånd Bruksgränstillstånd Matematisk beskrivning av gränstillstånd: Lasteffekt S = Bärförmåga R R och S är stokastiska variabler (statistisk spridning)

69 Lasteffekt, S Vad är last och lasteffekt? Egentyngd Snö Vind Möbler, etc. Moment Normalkraft Etc.

70 Definition av variabel last (Snö, vind, mm) Frekvens Total area 1 Täthetsfunktion för last f S (s) Q k Q 1 Q 1 Q k årsmaximum av variabel last Q värde som överskrids med sannolikheten 0.02 (1 gång på 50 år) 98 % fraktilen

71 Definition av permanent last (egentyngd) Frekvens Total area 1 Täthetsfunktion för last f S (s) Q k Q 1 Q 1 Q k årsmaximum av permanent last Q värde som överskrids med sannolikheten % fraktilen (median)

72 Bärförmåga, R Motsatt lasteffekten Momentkapacitet Normalkraftskapacitet Etc. Beror på materialhållfasthet

73 Definition av materialvärden Frekvens Total area 1 Täthetsfunktion för material f R (r) Karakteristiskt värde 5 % fraktilen Hållfasthet 73

74 Partialkoefficientmetoden Den metod som används oftast för att ta hänsyn till osäkerheter när vi dimensionerar Varje variabel får sin egen (partiell) säkerhetsfaktor som tar hänsyn till osäkerheten för just den variabeln. Förr användes en generell säkerhetsfaktor, men idag använder vi individuella faktorer för varje last och bärförmåga

75 Partialkoefficientmetoden Huvudekvation: S( lasteffekt) < R( bärförmåga) S < R d d Oftast räknar vi ut dem var för sig jämför lasteffekt mot bärförmåga Ex, moment från last jämförs med momentkapacitet från bärfömåga

76 Partialkoefficientmetoden Lasteffekten brukar delas upp, endast själva lastvärden används i partialkoeff.-uttrycken, lastkombination S = S + d ( Gk Qk ) G = egentyngd, Q = variabel last Partialsäkerhetsfaktorer läggs på med beteckningen γ S d = S ( γ γ G + γ γ Q d g k d q k )

77 Partialkoefficientmetoden S S() R() G Q M k d γ g γ q γ m γ d d = M S( γ γ G Q ) R R( k d g k + γ dγ q k < d = γ m lasteffekt bärförmåga egentyngd, permanent last variabel last materialparameter index för karakteristiskt värde index för dimensionerande värde partialkoefficienter för egentyngd resp. variabel last partialkoefficient för materialegenskap partialkoefficient för säkerhetsklass )