Harstad Havn KF. Beregninger kai 1. Prosjekteringsgrunnlag. Oppdragsnr.: Dokumentnr.: B01 Versjon: J

Transkript

1 Harstad Havn KF Beregninger kai 1 Prosjekteringsgrunnlag Oppdragsnr.: Dokumentnr.: B01 Versjon: J

2 Oppdragsgiver: Harstad Havn KF Oppdragsgivers kontaktperson: Lennart Jensen Rådgiver: Oppdragsleder: Fagansvarlig: Andre nøkkelpersoner: Norconsult AS, Vestfjordgaten 4, NO-1338 Sandvika Stein Olav Utmo Trygve Isaksen Frank Berg Maiken Eng J For gjennomgang prosjekteringsmøte MLEng TI TI Versjon Dato Beskrivelse Utarbeidet Fagkontrollert Godkjent Dette dokumentet er utarbeidet av Norconsult AS som del av det oppdraget som dokumentet omhandler. Opphavsretten tilhører Norconsult. Dokumentet må bare benyttes til det formål som oppdragsavtalen beskriver, og må ikke kopieres eller gjøres tilgjengelig på annen måte eller i større utstrekning enn formålet tilsier. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 2 av 20

3 Innhold Introduksjon 5 Generelt 5 Standarder og bestemmelser 6 Standarder 6 Enheter 6 Prosjekteringsforutsetninger 7 Pålitelighet, kontroll, bestandighet og betongoverdekning 7 Grensetilstander 8 Bruddgrensetilstanden (ULS) 8 Bruksgrensetilstanden (SLS) 8 Lastkombinasjoner 9 Ordinære lastsituasjoner 9 Ulykkestilstander 9 Sikkerhetsfaktorer 10 Materialegenskaper 11 Betong 11 Armeringsstål 11 Grunnforhold 12 Vannstand 13 Laster 14 Klassifisering av laster 14 Egenvekt [G 1] 14 Nyttelaster på kaidekket [Q1] 14 Pullerlaster [Q2] 15 Fenderlaster [Q3] 15 Miljølaster [F] 15 Vind 15 Snø 15 Temperatur 16 Bølgekrefter 16 Ulykkeslaster [A] 16 Påkjøring fra skip 16 Fallende gjenstander 16 Brannpåvirkning 16 x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 3 av 20

4 Jordskjelv 16 Lastkombinasjoner 17 x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 4 av 20

5 Introduksjon Generelt Harstad Havn KF skal oppgradere kai 1 i Harstad sentrum slik at denne tilrettelegges for hurtigbåttrafikken og dens passasjerer. Tilstanden til kai 1 er i dag svært dårlig, og rehabilitering av betongkonstruksjonene er derfor ikke et alternativ. Eksisterende kai skal rives helt inntil hovedbygget på kaia, og det skal deretter bygges ny pele-bjelkekai tilpasset hurtigbåtene. I figuren under vises Harstad sentrum med kai 1 markert i rødt. Figur 1: Kai 1 i Harstad havn x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 5 av 20

6 Standarder og bestemmelser Standarder Dimensjonering av kaien er i henhold til følgende gjeldende standarder og publikasjoner: Standard Navn Utgitt NS-EN 1990 Grunnlag for prosjektering av konstruksjoner 2002+NA:2008 NS-EN Eurokode 1: Laster på konstruksjoner, Del 1-1: Allmenne laster, tetthet, egenvekt, nyttelaster i bygninger 2002+NA:2008 NS-EN Eurokode 1: Laster på konstruksjoner, Del 1-7: Allmenne laster Ulykkeslaster 2006+NA:2008 NS-EN Eurokode 2: Prosjektering av betongkonstruksjoner, Del 1-1: Allmenne regler og regler for bygninger 2004+NA:2008 NS-EN Eurokode 3: Prosjektering av stålkonstruksjoner, Del 1-1: Allmenne regler og regler for bygninger NS-EN Eurokode 3: Prosjektering av stålkonstruksjoner, Del 1-6: Skallkonstruksjoner NA: NA:2009 NA-EN Eurokode 3: Prosjektering av stålkonstruksjoner, Del 1-11: Kabler og strekkstag 2006+NA:2009 NS-EN Betong Del 1: Spesifikasjon, egenskaper, fremstilling og samsvar 2000+NA:2007 NS-EN Utførelse av betongkonstruksjoner 2009+NA:2010 NS-EN 1537 Utførelse av spesielle geotekniske arbeider Stagforankringer 2013 NS-EN Geoteknisk prosjektering, Del 1: Allmenne regler 2004+NA:2008 NB publikasjon nr. 35: Bestandighet av betongkonstruksjoner i marint miljø 2011 Statens vegvesen Håndbok V220: Geoteknikk i vegbygging 2010 Tabell 1: Gjeldende standarder og publikasjoner Enheter Der ikke annet er angitt skal det internasjonale SI-systemet for enheter benyttes. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 6 av 20

7 Prosjekteringsforutsetninger Pålitelighet, kontroll, bestandighet og betongoverdekning Dimensjonerende levetid: 100 år Pålitelighetsklasse: 2 Pålitelighetsklasse velges iht. NS-EN 1990 (se tabell 1) Tabell NA.A1(901), «kai- og havneanlegg». Kontrollklasse for prosjektering: N (normal) Tabell NA.A1(902) i NS-EN 1990 angir kontrollklasse for prosjektering basert på pålitelighetsklasse. Eksponeringsklasse: XS3 Kaien befinner seg i tidevannssone/skvalpesone/sprutsone og har derfor eksponeringsklasse XS3 i henhold til Tabell 4.1 i NS-EN Bestandighetsklasse: MF40 Tabell NA.4.4N NS-EN angir bestandighetsklasse basert på eksponeringsklasse. Betong i eksponeringsklasse XS3 skal minst tilfredsstille kravene til M40. Da fundamentet også er utsatt for frost, velges bestandighetsklasse MF40 (iht. tabell NA.11 i NS-EN 206-1). Nominell betongoverdekning: Underkant kai: 85 mm ± 10 mm Overkant kai: 70 mm ± 10 mm I henhold til Tabell NA.4.4N i NS-EN benyttes minimumsoverdekning 50 mm for 50 års levetid i eksponeringsklasse XS3. I henhold til figur 4 i NS-EN og pkt. NA i NS-EN 1992 skal det benyttes toleranser ±10mm til konstruktiv armering. For uk kaidekke og bjelken antar vi forhold lik «underkant kai» iht. NB publikasjon nr. 35, og får et tillegg til overdekningen på 25 mm for 100 års levetid. Totalt får vi = 85 mm nominell overdekning. For ok kaidekke antar vi forhold lik «overkant kaidekke» iht. NB35, og får et tillegg til overdekningen på 10 mm for 100 års levetid. Totalt får vi = 70 mm nominell overdekning. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 7 av 20

8 Grensetilstander De ulike grensetilstandene kategoriseres som følger: Bruddgrensetilstanden (ULS) 1. Ordinær bruddgrensetilstand Relateres til faren for brudd i konstruksjonen eller store uelastiske forskyvninger eller tøyninger som kan medføre brudd. 2. Ulykkestilstanden Relateres til faren for brudd i konstruksjonen der den påvirkes av ukontrollerte eller ikke forutsatte laster med fare for sikkerhet og/eller av miljømessige konsekvenser. Bruksgrensetilstanden (SLS) Relateres til egnethet for bruk og bestandighet forutsatt normal bruk. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 8 av 20

9 Lastkombinasjoner Pålitelighet inklusive kombinering av laster skal være i henhold til NS-EN 1990 (se tabell 1). Alle mulige ordinære lastkombinasjoner som kan oppstå under bygging og ved normal bruk skal etableres og kontrolleres under dimensjoneringen av konstruksjonen. Prosjekteringen skal også ivareta de ulike ulykkessituasjonene som kan tenkes å oppstå ved etablering av aktuelle lastekombinasjoner og kontroll av disse. Ordinære lastsituasjoner -konstruksjonsfasen -under vanlig bruk -påkjørsel -jordskjelv Ulykkestilstander x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 9 av 20

10 Sikkerhetsfaktorer Det benyttes lastfaktorer og materialfaktorer i henhold til NS-EN 1990, NS-EN 1991, NS-EN 1992 og NS-EN Lastfaktorer er oppgitt under kapittel 5. Lastkombinasjoner. For materialer bruker vi koeffisientene: Fra NS-EN Tabell 2.1N: Vedvarende og forbigående situasjoner: Betong: γc = 1.5 Armeringsstål: γs = 1.15 Ulykkessituasjoner: Betong: γc = 1.2 Armeringsstål: γs = 1.0 I ulykkessituasjoner er disse materialfaktorene kun benyttet dersom kapasiteten overstiges ved bruk av faktorene for vedvarende og forbigående situasjoner. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 10 av 20

11 Materialegenskaper Betong Forventet minste fasthetsklasse for bestandighetsklasse MF40 er B40 (NS-EN 1992 Tabell NA.E.1N). Vi velger en høyere fasthetsklasse. Fasthetsklasse: B45 Trykkfasthet: fck = 45 N/mm 2 Koeffisient som tar hensyn til virkninger av langtidslast på trykkfastheten samt ugunstige virkninger som er en følge av måten lasten påføres: αcc = 0,85 Dimensjonerende trykkfasthet: fcd = αcc x fck/γc = 25,5 N/mm 2 Armeringsstål Fasthetsklasse: B500NC Flytespenning: fyk = 500 N/mm 2 Dimensjonerende flytespenning: fyd = fyk/ γs = 434,8 N/mm 2 x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 11 av 20

12 Grunnforhold Det er utført grunnundersøkelser i flere omganger. Tidligere undersøkelser er utført lengst inn i havnebassenget. Disse viser at løsmassene består av løst lagret silt og sand med et fastere lag rett over berg. Det er registrert innslag av kalkkonkresjoner i løsmassene; nedknuste rester av skjell og muslinger. Dybder til berg i disse undersøkelsene varierer mellom bart fjell og 8 m. Det er varierende dybder til berg, og ingen områder som skiller seg ut med store eller små dybder til berg. Kort oppsummert: Kai 1, del 1 og del 2: Dybder til berg varierer mellom 2,4 m og 3.4 m i borpunktene. Kai 1, del 3: Ytterst ved kai 1 del 3 er det lokalt registrert 6 m til berg. Antas at dybder til berg ellers varierer som ved del 1 og 2. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 12 av 20

13 Vannstand I figuren under vises vannstandsnivå i Harstad, funnet på sehavnivå.no. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 13 av 20

14 Laster Klassifisering av laster Permanente laster (G): [G1] Egenvekt [G2] Konstruksjonslaster Nyttelaster (Q): [Q1] Generelle laster [Q2] Fortøyningslaster [Q3] Fenderlaster [Q4] Fenderlaster Miljølaster (F): [F1] Snølaster [F2] Vindlaster [F3] Temperatur [F4] Bølgekrefter Påførte deformasjoner (D): [D1] Forspenningslaster [D2] Kryp- og svinn Ulykkeslaster (A): [A2] Påkjøring fra skip [A3] Brann [A4] Seismiske laster Vekt av konstruksjonene og øvrige permanente installasjoner av betydning Ulike midlertidige laster og lastsituasjoner under bygging Nyttelast på kaidekket Laster på pullere fra strekk i fortøyningsliner Som linjelast langs kaifront Punktvise laster på fenderpanel Last fra snø på kaidekket Vind på skip fortøyd til forankringsfester Temperaturpåvirkning fra klima Laster fra bølger på kai og peler Etter behov Kryp og svinn i betong over lang tid Mot fenderskjørt i front på kai Temperaturpåvirkning fra brann Påvirkning fra jordskjelv Egenvekt [G1] Egenvekt av kai inklusive kaidekke, bjelker, peler osv. Tetthet av betong: = 25 kn/m 3 Nyttelaster på kaidekket [Q1] Hele kaidekket dimensjoneres for: Jevnt fordelt nyttelast: 20 kn/m 2 Punktlast: 150 kn, lastfordelingsareal 0,2 x 0,2 m Aksellast (stor hjullaster): 30-tonn, lastfordelingsareal: 0,2 x 0,6 m med senteravstand c/c 3550 mm x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 14 av 20

15 Pullerlaster [Q2] Fortøyningsfestene på kaien dimensjoneres for maks skipsstørrelse dwt. Det benyttes 20-tonns pullerter på kaia, som forankres i kaifronten på annenhver bjelke (ca. 16 m avstand). For beregning av forankring av pullerter i kaia og effekt av lastene inn i kaidekket, benyttes følgende retningsvinkler for fortøyningslastene: Horisontalt: Vertikalt: +/- 90 o 0 o - 45 o Det forutsettes at maksimum to pullerlaster virker samtidig på kaien. Det skal etableres lastkombinasjoner som ivaretar alle mulige ugunstige kombinasjoner av samtidig virkende to pullere og nyttelaster. Figur 2: Retninger for strekk i pullert Fenderlaster [Q3] Lastene definert under omfatter lokal dimensjonering av kaifronten inklusive fenderpeler. 1. Maks anløpshastighet: 0,2 m/s for maks skipsstørrelse 2. Linjelast 20 kn/m langs kaifronten, retning enten: - parallelt kaifronten - vinkelrett horisontalt inn mot kaifronten - vinkelrett vertikalt ned på kaifronten 3. Konsentrert støtlast 500 kn, lastflate 0,5 x 0,5 m, vilkårlig plassert på kaifronten. I tillegg dimensjoneres det for reaksjonskraften fra de fendere som installeres på kaifronten. Miljølaster [F] Vind Vindbelastningen utregnes i utgangspunktet basert på NS-EN Lasten benyttes i hovedsak for beregning av fortøyningslaster på pullerter, fendere og øvrige forankringspunkter basert på aktuelle lastareal (vindfang) av ulike fartøy som ligger forankret til kai. Snø Snølast er i henhold til NS-EN Snølasten er generelt langt lavere enn karakteristisk nyttelast på kaidekket, og antas ikke å komme til anvendelse som primær nyttelast. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 15 av 20

16 Temperatur Temperaturpåvirkninger fra klima velges iht. NS-EN Bølgekrefter Bølgekrefter på peler som understøtter kaidekket utelates? Oppadrettede bølgekrefter (slamming) på undersiden av kaidekket beregnes? Det regnes ikke samtidighet for bølgekrefter og pullerkrefter. Ulykkeslaster [A] Påkjøring fra skip Generelt aksepteres lokal skade på kaifronten ved en ulykkeslast, eksempelvis påkjørsel fra skip. Kaiens integritet må imidlertid bestå. Ved ulykkestilfellet med støtlaster fra fartøy forutsettes det at lasten føres gjennom kaiplata (skivekonstruksjon) og tas opp i friksjonsplaten/steinmuren bak kaia. Det vises til tabell NA.C.4 i NS-EN Følgende laster legges til grunn basert på skip av type middels størrelse med fartøyhastighet på 2 m/s: Hvilke laster? Fallende gjenstander Støtlaster fra fallende gjenstander relatert til kranløft antas ikke å være dimensjonerende. Ved ulykkestilfellet forutsettes det at ev. skader på kaidekket repareres. Hvilke laster? Brannpåvirkning Det er generelt ubrennbare materialer på og ved kaiområdet. Dimensjonering for brannlaster utelates. Jordskjelv Kaikonstruksjoner beregnes normalt etter forenklede metoder mht. seismiske påvirkninger. Det bør kontrolleres at friksjonsplaten bak kaia har tilstrekkelig bæreevne for de kreftene som oppstår som følge av horisontal akselerasjon av massene i kaia. Dette er en beregning basert på kraftlikevekt. For seismiske laster, se vedlegg x. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 16 av 20

17 Lastkombinasjoner Lastkombinasjoner skal være i henhold til NS-EN Prinsippene for pålitelighet mht. sikkerhetsfaktorer og lastkombinasjoner som er gitt i denne standarden skal benyttes som vist i det følgende ved beregning av kaien med de ulike konstruksjonsdeler. Laster skal kombineres for å generere ordinære lastpåvirkninger og ulykkessituasjoner i henhold til tabellene i det følgende, med bruk av lastfaktorer og kombinasjonsfaktorer. Det bemerkes at ulykkeslaster ikke skal antas å opptre samtidig. Tabell 2: Klassifisering av laster Permanente påvirkninger G 2) P Egenvekt av konstruksjonen, påført egenvekt, permanente installasjoner og utstyr 3), jordtrykk og grunnvann hvis aktuelt. Forspenning Variable påvirkninger Q 1) Nyttelaster Fortøyningslaster fra fartøy Påførte laster 2) (IL) Snølast 2) (S) Vindlast (W) Ulykkeslaster A Påkjøring fra skip, fallende gjenstander, brannlaster Seismiske påvirkninger E Jordskjelvlaster iht. NS-EN 1998+NA 1) Lastkombinasjon med variable last Q skal inkludere en dominerende (primær) variabel påvirkning QP i kombinasjon med andre aktuelle variable sekundære påvirkninger QS. 2) Lasttilfellet skal inkludere ev. horisontale påvirkninger grunnet utilsiktede geometriske avvik. Denne lasten skal virke i samme retning som andre horisontale krefter i den aktuelle lastkombinasjonen. 3) Laster fra utstyr og installasjoner skal baseres på ubelastede installasjoner (eks. tomme tanker), normale laster under bruk eller ev. laster fra prøving/testing. Dynamiske forsterkningsfaktorer skal benyttes der det er aktuelt. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 17 av 20

18 Følgende dimensjonerende bruddgrensetilstander skal påvises der det er aktuelt: EQU: der: Tap av statisk likevekt for en konstruksjon eller konstruksjonsdel, betraktet som stivt legeme, -mindre variasjoner i verdien eller den romlige fordelingen av laster fra en enkelt kilde er av betydning, og -byggematerialenes eller grunnens fasthet vanligvis ikke er av vesentlig betydning. STR: Brudd eller for store deformasjoner i konstruksjonen eller konstruksjonsdelene, medregnet fundamenter, peler kjellervegger osv. Der byggematerialenes fasthet er av betydning. GEO: Brudd eller for store deformasjoner i grunnen, der fastheten i jord eller berg er av betydning for å sikre kapasiteten. FAT: Utmattingsbrudd i konstruksjonen eller konstruksjonsdelene. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 18 av 20

19 Tabell 3 System for etablering av lastkombinasjoner Grensetilstand Dimensjonerende situasjon Lastkombinasjon ULS - ordinær EQU (A) 1,20 / 0,90 G + 1,50 QP + 1,05 QS STR (B1) STR (B2) GEO (C) FAT 1,35 / 1,00 G + 1,05 QP + 1,05 QS 1,20 / 1,00 G + 1,50 QP + 1,05 QS 1,00 G + 1,30 QP + 0,91 QS For lastkombinasjon for dimensjonering for utmatting, se NS-EN 1990, NS-EN 1992 og NS-EN 1993 ULS - ulykke EQU (A1) 1,20 / 0,90 G + 1 QP + 2 QS + 1,00 A EQU (A2 E) STR (B3), GEO (C) STR (B3 E), GEO (C2 E), E 1,20 / 0,90 G + 2 QP & S + 1,00 E 1,00 G + 1 QP + 2 QS + 1,00 A 1,00 G + 2 QP & S + 1,00 E SLS Karakteristisk kombinasjon 1,00 G + 1,00 QP + 0,70 QS Ofte eksisterende kombinasjon 1,00 G + 1 QP + 2 QS + betyr skal kombineres med. Lastfaktoren for den permanente lasten som resulterer i den mest ugunstige påvirkningen skal benyttes Variable laster skal påføres over ulike areal/felt for å generere den mest ugunstige lastreaksjonen i konstruksjonen eller konstruksjonsdelen Lastvirkninger som ikke kan opptre samtidig pga. fysiske eller funksjonelle grunner, kombineres ikke. For kombinasjonsfaktoren, se Tabell 4. 1) Lastfaktor 1,0 skal benyttes for permanente laster der det er ugunstig 2) Lastfaktor 0,9 skal benyttes for forspenningslaster der det er ugunstig 3) Iht. NS-EN 1990 skal lastfaktor 1,5 kun benyttes for dominerende variabel last. For andre samtidig opptredende (der dette er ugunstig) variable laster, benyttes den reduserte lastfaktoren 1,05. 4) I henhold til NS-EN 1990:2002/NA:2008 pkt kan en ofte forekommende verdi for en variabel last representeres ved et produkt 1Qk for påvisning av reversible bruksgrensetilstander. 1 for trafikklaster er angitt fra 0,5 til 0,7 i tabell NA.A1.1.For lastene fra mobil- og beltekran velges det å benytte en konservativ verdi: 1= 0,7. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 19 av 20

20 Tabell 4 Kombinasjonsfaktor for variable laster (Q) i ULS-ulykke og SLS Last Snø 0,70 0,50 0,20 Vind 0,60 0,20 0,00 Temperatur (omgivelser, ikke brann) 0,60 0,50 0,00 For enkeltstående pullertlaster benyttes en sikkerhetsfaktor på 1,2 i tillegg til de ordinære lastfaktorer for dimensjonering av pullertenes fundament. x:\nor\oppdrag\harstad\512\13\ \5 arbeidsdokumenter\52 byggeteknikk\design basis\b01_design basis.docx Side 20 av 20