A1 PROSJEKTERING 11 1.1 KVALITET, EGENSKAPER OG ØKONOMI 1.1.1 Generelt Betong er et materiale med tradisjoner, flere av de eldste betongbygg i verden har bestått i mer enn 2000 år. Riktig fremstilt er betongen robust og bestandig, og sikrer bygget lang levetid. Betongelementer har vært i bruk i Norge siden siste halvdel av 1950-årene. En feltundersøkelse foretatt av NBI i 1989 viser at betongelementfasader står meget bra. Pantheon er et unikt byggverk i betong, bygget 118 125 e.kr. under keiser Hadrian. Bygging med betongelementer gir høy kvalitet, kort byggetid og lave kostnader. Betongelementbygg gir god energiøkonomi og krever minimalt med vedlikehold. Branntrygge konstruksjoner, lave forsikringspremier og lang levetid sikrer byggherren mot verditap. Betongelementbygg er fleksible og lar seg for eksempel lett forberede for fremtidige utvidelser. Betongens gode formbarhet gir arkitekten mange muligheter til valg av form, overflater, profilering og farger. Disse uttrykksmulighetene øker ved bygging med betongelementer. Fabrikkproduksjon av elementer utføres i moderne innendørs produksjonsanlegg og er uavhengig av uteklima. Dette sikrer jevn og høy kvalitet på produktene året rundt. Fordi elementene er herdet når de ankommer byggeplass blir det vesentlig mindre byggfukt enn i tradisjonelle plasstøpte bygg. Produktkvalitet og nøyaktighet kan heves til et nivå som ikke kan oppnås med plassutførte konstruksjoner, og en rutinemessig bruk av høye betongfastheter gjør at spennvidder blir større, materialforbruket lavere og bestandigheten bedre. Varmeoverskudd Varmebehov 1.1.2 Egenskaper Energiøkonomi Etter energikrisen i 1970-årene ble det klart at tunge konstruksjoner gir store muligheter til å spare energi i forhold til lette konstruksjoner med tilsvarende U-verdi. Betongelementer kan lagre overskuddsvarme som kan utnyttes 8 12 16 20 24 4 8 Klokkeslett Figur A 1.1. I lokaler med høy varmekapasitet lagres dagens overskuddsvarme for så å kunne utnyttes om natten.
12 A1 PROSJEKTERING når det er behov for den. I kontorer, skoler, sykehjem, forretningsbygg og lignende genereres overskuddsvarme selv i vintertiden, som det har vært vanlig å ventilere bort. Denne varmen kan nå utnyttes i betongelementbygg ved spesiell styring av ventilasjonssystemet, og det har vist seg mulig å spare opptil 40 50% av fyringskostnadene i forhold til tradisjonelle oppvarmingssystemer i lette konstruksjoner. Temperatur C 30 25 20 15 24 06 12 18 24 Klokkeslett Figur A 1.2. Temperaturforløp i romluften i en typisk lett konstruksjon (grønn kurve) og en typisk tung konstruksjon med eksponert termisk masse (rød kurve), basert på et antatt førløp av utetemperaturen (blå kurve). Figur A 1.3. Kontor med eksponert betong i himlingen. Betongkonstruksjoner gir jevnere innetemperatur, og romtemperaturen stiger langsommere på varme dager. Maksimaltemperaturen inne blir lavere på varme dager. Betongbygg gir således bedre komfort enn bygg med lette konstruksjoner. Dette betyr økt arbeidseffektivitet og økonomiske fordeler. (Se også figur A 7.8.) Har et kontor eksponert betong i himlingen vil denne betongen akkumulere overskuddsvarme i løpet av dagen (øvre skisse i figur A 1.3). I løpet av natten vil denne overskuddsvarmen avgis tilbake til romluften og ventileres bort ved naturlig kryssventilasjon (nedre skisse). Dermed kan betongen absorbere ny varme neste dag. Avkjølingsbehovet reduseres dermed i den varme årstid, og oppvarmingsbehovet reduseres i den kalde årstid. Eksponerte etasjeskillere av betong er en forutsetning for energieffektive bygg. Tettheten av bygg er helt avgjørende for energieffektiviteten. I den kalde årstiden med store temperaturforskjeller, spesielt for vindutsatte bygninger, kan et utett bygg gi store problemer med å opprettholde et godt inneklima uten trekk og med tilfredsstillende temperatur. Luftlekkasjer forårsaker normalt 10 % til 30 % av oppvarmingsbehovet. Det finnes undersøkelser som viser at betong og betongelementer har adskillig bedre tetthet enn lette konstruksjoner. (Gøteborg 1983 og Finland fra 2003 til 2007.) Miljøhensyn Sterk fokusering på miljøspørsmål begunstiger betong som byggemateriale. 1. Produksjonen skaper lite avfall og er lite energikrevende: a) Overflødig fersk betong kan resirkuleres. b) Overflødig herdet betong knuses og benyttes som tilslag til ny betong.
A1 PROSJEKTERING 13 c) Former gjenbrukes i årevis, og behøver ikke flyttes mellom byggeplasser. d) Varme generert i herdeprosessen og varme tilført for å akselerere herdeprosessen vil bidra til oppvarming av lokalene. e) Utstrakt bruk av selvkomprimerende betong eliminerer behovet for vibrering. f) Så godt som all CO 2 frigjort ved produksjon av sement forbrukes ved karbonatiseringen av betongen spesielt når den knuses. 2. Transport og montasje er raskt og effektivt: a) Vanligvis korte transportavstander for tilslag (fabrikkene plasseres der tilslaget finnes). b) Repetive arbeidsoperasjoner i fabrikken blir alltid effektive. c) Mindre støy og støv på byggeplass. d) Kortere tid med de ulempene en byggeplass skaper for publikum. e) Transport- og montasjeutstyret er tilpasset behovet. f) Bruk av båt eller jernbane til transport vil redusere belastningen på miljøet. 3 Produktene er miljømessig gunstig: a) Utstrakt bruk av forspenning reduserer materialforbruket. b) Tunge materialer har stor varmelagringskapasitet. c) Tunge materialer har gode støydempende egenskaper. d) Komponentene kan gjenbrukes. 4 Diverse miljømessige fordeler i bruksfasen: a) Lange spenn reduserer materialforbruket. b) Store åpne arealer forenkler bruksendringer. c) Bæresystemet og fasader har lengre levetid enn innvendige delevegger. d) Lite eller intet behov for vedlikehold av elementene. e) Den termiske tregheten reduserer temperatursvingningene innendørs. Energieffektiviteten i driftsfasen er helt avgjørende for et byggs totale energieffektivitet. Ca. 23 % av det totale energiforbruk forbrukes i byggefasen, ca. 75 % i driftsfasen og ca. 2 % i rivningsfasen. Dette er nokså likt fordelingen av kostnadene. Disse spørsmålene er omfattende behandlet i fib publikasjon nr. 21: Environmental issues in prefabrication. Sikkerhetsreserver Betong og betongelementkonstruksjoner tåler større belastninger ut over det de er dimensjonert for enn lette konstruksjoner prosjektert med samme nyttelast. Dette fordi egenlasten utgjør en større del av den totale dimensjonerende last. I ekstreme snøvintre med større snølast enn forutsatt kan et lettere bygg falle sammen på et tidspunkt da betongelementbygget forsatt har betydelig bæreevne i reserve. Dette illustreres best med et eksempel: Et tak av stålplater vil med isolasjon og tekking ha en egenvekt på 0,3 kn/m 2. Et tak av hulldekkeelementer med singel har en egenvekt på 4,8 kn/m 2. Dersom det forutsettes at bygget ligger i Sogn og Fjordane fylke i nærheten av et kommunesenter, skal taket i de fleste kommunene dimensjoneres for en snølast på 0,8 2,5 = 2,0 kn/m 2. Dimensjonerende bruddgrenselaster (som vil bli brukt i beregningene): Ståltaket: 1,2 0,3 + 1,5 2,0 = 3,36 kn/m 2 Betongtaket: 1,2 4,8 + 1,5 2,0 = 8,76 kn/m 2
14 A1 PROSJEKTERING En skikkelig snøvinter måles snølasten på tak til å være 4,0 kn/m 2. De virkelige laster denne snøvinteren var da som følger: Ståltaket: 0,3 + 4,0 = 4,30 kn/m 2 Betongtaket: 4,8 + 4,0 = 8,80 kn/m 2 Ståltaket er altså belastet over sin teoretiske bruddlast. (4,30 kn/m 2 > 3,36 kn/m 2 ) Betongtaket befinner seg i en teoretisk bruddsituasjon: 8,76 8,80 0 Dersom det tas hensyn til materialkoeffisientene: Reell bruddlast teoretisk bruddlast materialkoeffisient: Ståltaket: Dersom kritisk parameter er spenning, skjær eller moment i ståltverrsnittet: 3,36 1,05 = 3,53 kn/m 2 < 4,30 kn/m 2 ; taket vil falle sammen. Dersom kritisk parameter er nettotverrsnitt ved boltehull: 3,36 1,25 = 4,20 kn/m 2 < 4,30 kn/m 2 ; taket er belastet litt over en reell bruddsituasjon. Betongtaket: Dersom betongens trykkfasthet er dimensjonerende: 8,76 1,5 = 13,14 kn/m 2 ; reell reserve = 13,14 8,80 = 4,34 kn/m 2 Dersom armeringen er dimensjonerende: 8,76 1,15 = 10,07 kn/m 2 ; reell reserve = 10,07 8,80 = 1,27 kn/m 2 Dimensjonert etter Norsk Standard har altså betongtaket et adskillig høyere sikkerhetsnivå enn ståltaket. Uansett pålitelighetsklasse, lastkombinasjon og lastfaktorer vil konklusjonen være den samme. Vedlikehold Vedlikeholdskostnadene er en stigende andel av årskostnadene for de fleste bygg, men betongbygg er i så måte svært fordelaktige. Fasader med frilagt stein, tegl eller keramisk flis er tilnærmet vedlikeholdsfrie. Betongelementer tåler mekaniske påkjenninger bedre enn de fleste materialer, og står godt i aggressive miljøer.
A1 PROSJEKTERING 15 Brannsikkerhet Betongbygg er branntrygge og gir derfor større sikkerhet for brukerne samtidig som det reduserer brannskader og fare for driftsavbrudd ved brann. Forsikringspremiene er lavere for betongbygg enn for bygg av tre og stål. Forskjellene avhenger av bygningstype, men vil normalt gi betydelige utslag på årskostnadene. Lydisolasjon Tunge betongkonstruksjoner har, riktig utført, gode lydisolerende egenskaper. Med litt omtanke i utformingen av knutepunktene er også de trinnlyddempende egenskapene svært gunstige, spesielt sammenlignet med plasstøpte konstruksjoner. Fleksibilitet Det kan oppnås store søylefrie arealer. Dette gir stor frihet både ved planløsning av nybygget og senere ved bruksendringer, noe som er aktuelt i de fleste bygg. Stor fleksibilitet hever både bruksverdi og omsetningsverdi. Betong med lett tilslag Der konstruksjonens egenvekt har en ugunstig virkning kan det brukes betong med lett tilslag. Det er mulig å halvere egenvekten dersom man kan bruke fasthetsklasse LB20. Imidlertid kan LB45 produseres med en volumvekt på 1,8 og LB55 med volumvekt på 2,0. Betong med lett tilslag har også en viss isolasjonsevne, i tillegg til større tetthet enn normalbetong med samme fasthet. Dette er egenskaper som kan utnyttes. 1.1.3 Økonomi Byggekostnader Med betongelementer vil tilriggingskostnadene på byggeplassen reduseres i forhold til tradisjonelle byggemåter. Dette kommer ikke til uttrykk i elementprisen, og det er derfor lett å glemme disse gunstige utslag på vinterutgifter, administrasjon, kranleie etc. Elementene produseres innendørs uavhengig av klimatiske forhold, så forsinkelser unngås. Reduksjonen i byggetid gir store utslag på byggeøkonomien. Eksempel på prosjektplan for et betongelementbygg som viser hvordan de ulike prosjektfaser overlapper, og at det dermed spares tid: Anbudsgrunnlag Prosjektering av betongelementene Øvrig prosjektering Grunnarbeider Kortere byggetid betyr: raskere ferdigstillelse redusert prisstigning i byggetiden reduserte byggelånsrenter tidligere leieinntekter Produksjon av betongelementene Montasje For et mellomstort kontor/forretningsbygg med totale entreprisekostnader på 15 mill. kroner, er det mulig å spare inntil 3 måneders byggetid i forhold til et plasstøpt bygg. Dette gir økte inntekter/reduserte Installasjoner, innredninger etc.