I FORORD Denne hovedoppgaven er tildelt Gruppe B06, som består av Omar Mulac og Bent-Øyvind Ihlebekk Larsen, studenter ved HiØ, avdeling for ingeniørfag, våren 2007. Oppgaven går ut på å konstruere forslag til bæresystem for et auditorium med en kapasitet på til sammen 300 personer. Auditoriet skal kunne henge i strekkstag fra en opphengs-bue i taket, eller kunne stå på søyler ned i gulvet. Vi har i hovedsak jobbet sammen som en gruppe, og hatt veiledningsmøter med både vår veileder Aage Kollen, og våre oppdragsgivere, Ole Tendal fra Cowi AS og Geir Hermansen/Jarl Ture Vormdal fra Griff arkitektur AS. Prosjektet har gitt oss anledning til å se hvordan dimensjonering av en opphengt konstruksjon utføres med hensyn på brannkrav, rømningsveier og ikke minst store laster. Beregninger er gjort både manuelt, og med programmer som Focus og G-prog. Modellering av konstruksjonen er gjort i Tekla Structures, samt Autocad. Vi ønsker å takke våre oppdragsgivere Geir Hermansen/Jarl Ture Vormdal fra Griff arkitektur AS og Ole Tendal fra Cowi AS, samt vår veileder Aage Kollen ved Høgskolen i Østfold, for god veiledning underveis i prosjektet. Sarpsborg 04.06.07 Omar Mulac Bent-Øyvind Ihlebekk Larsen Side 1 av 32
II SAMMENDRAG Denne rapporten dreier seg i hovedsak om dimensjonering av stålprofiler som skal utgjøre bæresystemer for et opphengt eller understøttet auditorium. Vi har kommet opp med alternativer, som vi mener er fornuftige for konstruksjonen. Konstruksjonen er delt i to deler, auditoriet og det utvendige bæresystemet som auditoriet enten skal henge i, eller bli understøttet av. Under dimensjoneringen valgte vi å bruke prefabrikkerte stålprofiler på grunn av lange spenn og krav til en slank konstruksjon. Vi har forsøkt å dimensjonere auditoriet slik at det skal være i stand til å overføre krefter ut til det utvendige bæresystemet, uavhengig av om det er opphengt eller understøttet. Vi har dimensjonert med tanke på utseende, kostnad og vekt. Samtidig har vi sett på brannkrav og rømningsveier. Siden konstruksjonen skal kunne henge, var spesielt vekt en viktig faktor å ta hensyn til. Ved en eventuell brann skal auditoriet evakueres i løpet av kortest mulig tid. Av utseendemessig hensyn forsøkte vi å dele opp konstruksjonen vår, slik at vi fikk optimale spennvidder, og lave nok stålprofiler. På jevnlige møter med våre oppdragsgivere, ble flere forslag både vurdert og forkastet. For å komme i gang med prosjektet, måtte vi på et tidlig stadium avgrense problemstillingen, ved at vi gikk for forslag som var mest relevante på dette tidspunktet. Vårt hovedfokus ble til slutt å konstruere et bæresystem som utseendemessig ikke tok for stor plass! Konstruksjonen er modellert i TEKLA Structures og Autocad, og skal gi alle nødvendige snitt-, plan- og detaljtegninger. Beregninger er utført i beregningsprogrammet Focus, hvor vi finner aktuelle laster, kraftbilder og resultater. Manuelle lastberegninger er utført i Excel. Side 2 av 32
III INNHOLDSFORTEGNELSE 1 INNLEDNING... 4 2 GENERELT... 5 2.1 BESKRIVELSE AV KONSTRUKSJONEN... 5 2.2 STATISK SYSTEM... 6 2.3 DATA... 7 2.4 LASTER... 7 3 DIMENSJONERING... 8 3.1 ALTERNATIV 1... 8 3.1.1 Tak... 10 3.1.2 Gulv... 11 3.1.3 Vegger... 12 3.1.4 Utvekslingsfagverk... 13 3.1.5 Opphengsdetalj:... 14 3.1.6 Opphengs-bue for auditorium... 15 3.1.7 Understøttelse av auditorium... 17 3.2 ALTERNATIV 2... 18 3.2.1 Tak... 20 3.2.2 Gulv... 21 3.2.3 Vegger... 22 3.2.4 Utvekslingsfagverk... 23 3.2.5 Opphengsdetalj... 24 3.2.6 Opphengs-bue for auditorium... 25 3.2.7 Understøttelse av auditorium... 27 4 BRANNDIMENSJONERING... 28 4.1 Hvordan oppfylle brannkrav for konstruksjonen... 28 4.2 Rømningsveier... 28 5 KONKLUSJON/ANBEFALING... 29 6 TIL VIDEREFØRING AV PROSJEKTET... 30 7 LITTERATUR OG KILDEHENVISNING... 31 8 VEDLEGG... 32 Vedlegg A - Lastberegninger Vedlegg B - Beregningsresultater Vedlegg C Dimensjonering av hulldekker Vedlegg D Tegninger Vedlegg E Materialliste Side 3 av 32
1 INNLEDNING Denne prosjektoppgavens mål er å utarbeide forslag til en konstruksjon av et auditorium med kapasitet på 300 personer. Alternative løsninger er presentert i rapporten, etter ønske fra Griff arkitektur AS. Rapporten er bygd opp med vurdering av ulike konstruksjoner, med konklusjoner gjort ut fra våre forutsetninger. Konklusjoner i denne rapporten er å anse som veiledende, da vi kun har overslags dimensjonert konstruksjonen ved hjelp av beregningsprogram. Rapporten er altså ment for å gi et bilde av hva slags dimensjoner og vekter man kan forvente seg for dem som siden skal prosjektere konstruksjonen. Rapporten er skrevet kortfattet og presist, og inneholder det som trengs av informasjon hva gjelder beregninger, tegninger og løsninger. Den skal være lett å lese og finne fram i for andre involverte i ettertid når byggeprosessen iverksettes. Rapporten er delt i tre deler. Den første delen handler om beregningsgrunnlaget som blant annet statisk system, belastninger på konstruksjonen, materialbruk osv. I del to finner vi beregningene og selve dimensjoneringen av de valgte elementene. Del tre består av konklusjoner, anbefalinger og illustrasjoner av den ferdige konstruksjonen Side 4 av 32
2 GENERELT 2.1 BESKRIVELSE AV KONSTRUKSJONEN Konstruksjonen er tenkt oppført i den gamle smia på FMV-området. Grunnflatene til auditoriet er delt i to, og på taket utgjør flaten ca 17x12m. Gulvet er noe mindre, og har en flate på ca. 15x11m. Dette er gjort med hensikt for at konstruksjonen ikke skal fremstå som firkantet og klumpete, men i stedet ha en skulpturell form som vil være et blikkfang både inne i bygget og utenifra. Konstruksjonens høyde på ca 8m gjør at den vil gå fra 2 til 4 etasje. Auditoriet har adkomst i 3 etasje. Inne i selve auditoriet finner vi en forelesningssal, med ca. 150 sitteplasser. I tillegg kommer det et åpent samlingsareal/lesesal på taket av konstruksjonen, som har adkomst fra 4 etasje, og en kapasitet på ca. 150 personer. Konstruksjonen vil befinne seg ved inngangspartiet, nordøst i bygget, altså mot elva og byens sentrum. Et treaktig utseende på overflaten av auditoriet skal gi inntrykk av en stor svevende trekonstruksjon over et større areal som er tiltenkt vrimle og samlingssted. Om kvelden fremheves konstruksjonen ved effektbelysning, noe som vil være et fantastisk kjennemerke for avdelingen. Auditoriet har vi valgt å dele i tre seksjoner: gulv, tak og vegger. Samtlige seksjoner er planlagt prefabrikkert på fabrikk, noe som skal forenkle sammenstilling av seksjonene på byggeplass. På grunn av byggets nye bruksområde, samt dårlige forfatning, er det nødvendig med et nytt bæresystem for hele bygget, og da også for auditoriet. Byggets vernestatus tillater ikke omgjøring av de utvendige fasadene, noe som gjør at det nye bæresystemet må plasseres på innsiden av det gamle. Det utvendige bæresystemet for auditoriet består av: strekkstag fra gulvet i auditoriet opp i en bue-drager i taket. Denne legges ved hjelp av søyler ned på de eksisterende kranbanene En annen løsning er understøttede søyler i front. I bak-kant vil auditoriet bli festet til heissjakt og andre plasstøpte konstruksjoner som skal hjelpe til med bæring og rotasjonsstabilitet av konstruksjonen. Side 5 av 32
2.2 STATISK SYSTEM Det statiske systemet er delt i to deler: bæresystemet i auditoriet, og det utvendige bæresystemet til auditoriet. Bæresystemet til konstruksjonen har i oppgave å føre aktuelle laster ned i grunnen. De statiske systemene for alle deler av konstruksjonen er beskrevet under hvert av alternativene. Auditoriet består av et vertikalt bæresystem med stive skiver i tak og gulv som skal ta opp påførte laster. Det vertikale bæresystemet i tak og gulv er bygd opp av prefabrikkerte stålfagverk som skal bære tak og gulvoppbygningen, samt påført nyttelast. Veggene er konstruert som høye fagverk. Når det gjelder tak og gulvoppbygningen har vi sett på to varianter. Det er selvbærende plater med lav egenvekt, og hatteprofiler med hulldekker som har forholdsvis høy egenvekt. Det horisontale bæresystemet består hovedsakelig av at tak og gulv vil fungere som stive skiver. De skal overføre skjevstillingskrefter videre til det vertikale bæresystemet. Skjevstillingskrefter og horisontal avstivning vil ikke bli gjennomgått ytterligere pga. avgrensning av oppgaven. Det utvendige bæresystemet må ta opp alle vertikale og skjevstillingslaster som virker på konstruksjonen. Dette er nærmere beskrevet under pkt. 2.1 - Beskrivelse av konstruksjonen. I bak-kant av konstruksjonen har vi forutsatt at rotasjoner/vridninger vil bli ivaretatt, da i kombinasjon med to bærepunkter i front. Rotasjon/vridningsproblematikken vil ikke bli gjennomgått ytterligere pga. avgrensning av oppgaven. Side 6 av 32
2.3 DATA Pålitelighetsklasse [NS 3490: tabell 1] 2 Stålkvalitet S355 Massetetthet p 7850 kg/m3 Materialfaktor: YM1 og YM2 1,10 og 1,25 Brannkrav R 90 Beliggenhet Fredrikstad kommune 2.4 LASTER Snø og vind er ikke påvirkende laster. Det er derimot egenlaster og nyttelaster som gir påkjenning på konstruksjonen. Lastfaktorene i bruddgrense er γf = 1,2 for egenlast, og γf = 1,5 for nyttelast. AUDITORIUM: Nyttelast på tak [NS 3491-1: tabell 6.1, kategori C5] 5kN/m 2 Nyttelast på gulv [NS 3491-1: tabell 6.1, kategori C2] 4kN/m 2 EGENLAST TAK OG GULV OPPBYGNING TRP-plater 0,6kN/m 2 Isolasjon og 20mm gulvspon 0,5kN/m 2 HD 265 (fuget) 3,6kN/m 2 50mm påstøp 1,25kN/m 2 Side 7 av 32
3 DIMENSJONERING Alternativer i denne rapporten er dimensjonert i beregningsprogram, og gir overslagdimensjoner. Input er karakteristiske laster før faktorer tillegges i programmet, og vi får bruddgrenselaster. For alle lastangivelser er egenlast=gf, og nyttelast=nf. 3.1 ALTERNATIV 1 Ved dimensjonering av dette alternativet, har vi forutsatt at tak og gulvoppbygning blir utført med selvbærende TRP-plater, lydisolasjon og 20mm tre plater. For at konstruksjonen skal kunne regnes med stive skiver, må randragere ligge som opplegg for TRP-platene. Øvrige forutsetninger som ligger til grunn ved dimensjonering for samtlige fagverk er at overgurt blir fastholdt mot vipping og knekking ut av planet for hver 1200mm. Ved hver 1200mm regner vi altså at TRP-plater blir skutt fast i overflens, det vil si i hver skjøt av platene. Under prefabrikkering av fagverk må alle staver treffe i midtpunktet av gurtene, og stegplater må plasseres i gurter der hvor opptredende krefter er størst. Ved kutting av undergurter skal minnste lengde fra siste stav og ut være l>h på gurten. Side 8 av 32
Snittskisse: Planskisser: Side 9 av 32
3.1.1 Tak Fagverk som er dimensjonert: 3 fagverk i taket, som ligger med c/c-avstand 4300mm Fagverkene er regnet fritt opplagt med jevnt fordelt last Lastberegninger ligger som vedlegg A 3.1.1 Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.1.1 Resultat: Nedbøyning = 25,5mm < Krav: L/300 = 12200/300 = 40,6mm. (For opplevelsen av konstruksjonen er det imidlertid viktig at nedbøyningen begrenses til rundt 25mm) Skjærkraft = 40,1 kn Moment = 15 knm Utnyttelsesgrad = 85,4% Dimensjoner og vekt: Side 10 av 32
3.1.2 Gulv Fagverk som er dimensjonert: 3 fagverk i gulvet, som ligger med c/c-avstand 4300mm Fagverkene er regnet fritt opplagt med jevnt fordelt last Lastberegninger ligger som vedlegg A 3.1.2 Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.1.2 Resultat: Nedbøyning = 26,8mm < Krav: L/300 = 11200/300 = 37,3mm. (For opplevelsen av konstruksjonen er det imidlertid viktig at nedbøyningen begrenses til rundt 25mm) Skjærkraft = 33,4 kn Moment = 14,3 knm Utnyttelsesgrad = 69,7% Dimensjoner og vekt: Side 11 av 32
3.1.3 Vegger Fagverk som er dimensjonert: 2 veggfagverk, som får last inn fra tak og gulv, på henholdsvis overgurt og undergurt Fagverkene er regnet fritt opplagt med jevnt fordelte laster Lastberegninger ligger som vedlegg A 3.1.3 Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.1.3 Resultat: Nedbøyning = 6,7mm Skjærkraft = 32,8 kn Moment = 19,5 knm Utnyttelsesgrad = 63,4% Dimensjoner og vekt: Side 12 av 32
3.1.4 Utvekslingsfagverk Fagverk som er dimensjonert: 1 utvekslingsfagverk i gulvet som får punktlaster inn på undergurt fra henholdsvis tak og gulv Fagverket er regnet fritt opphengt med punktlaster Har forutsatt at fagverket kan fastholdes hver 1000mm, ved hjelp av avstivere i overgurt og inn til frontvegg Lastberegninger ligger som vedlegg A 3.1.4 Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.1.4 Resultat: Nedbøyning = 28,2 mm Skjærkraft = 27,5 kn Moment = 35,9 knm Utnyttelsesgrad = 92,8% Dimensjoner og vekt: Side 13 av 32
3.1.5 Opphengsdetalj: Oppheng som er dimensjonert: 2 strekkstag med endeplater, samt opphengsplater med bolteløsning Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.1.5 Resultat: Opphengsplate: 355*350*20mm Endeplate: 355*250*20mm Strekkstag: Massivt rundtstål, dia=60mm Bolter: M20, 8-8 Side 14 av 32
3.1.6 Opphengs-bue for auditorium Ståldragere som er dimensjonert: Vi har satt som begrensning at høyden på ståldrager holdes under høyde på eksisterende takdragere i betong (600mm). Dette er gjort for at ståldrager ikke skal tiltrekke seg oppmerksomhet, og skal dermed forsøke å fremstå som en del av eksisterende takkonstruksjon. Dette medførte at vi måtte benytte 2 ståldragere ved siden av hverandre. Knuteplater sveises inn parallelt med stegene der hvor strekkstag kommer inn Forutsetter at ståldrager blir fastholdt mot vipping og knekking ut av planet ved at flensene på hver ståldrager blir festet til hverandre, og at overflensene igjen blir fastholdt i taket Som opplegg for ståldragere har vi valgt å bruke stålsøyler som vi setter ned på eksisterende kranbaner i betong, som vi har fått opplyst av representant fra gruppe B05 at har stor kapasitet Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.1.6 Resultat: Nedbøyning = 14mm Skjærkraft = 164,8 kn Moment = 472 knm Utnyttelsesgrad = 78,8% Snittskisse Buedrager Dimensjon og vekt på opphengs-bue: Profil = 2 x IPE 500 Vekt = 4535 kg Side 15 av 32
Søyler for ståldragere som er dimensjonert: 2 søyler som står på kranbanene og understøtter opphengs-buen Samme lastberegning som understøttelse av auditorium + egenlast av opphengs-bue Resultater fra beregninger ligger også under vedlegg B 3.1.6 Resultat: Utbøyning = 4,6mm < Krav: L/300 = 5700/300 = 19mm (Maks 25mm) Utnyttelsesgrad = 74,7% Dimensjon på søyle: RHS 200x200x6mm Fundamentlast i bruddgrense ved valg av opphengt bærekonstruksjon: Q= 814,34 k.n + egenlast søyle (37,8 kg/m*5,70) = 816,93 kn Side 16 av 32
3.1.7 Understøttelse av auditorium Søyler som er dimensjonert: 2 søyler som understøtter konstruksjonen i front Vi har regnet søylene helt opp til overgurt av utvekslingsfagverk Lastberegninger blir de samme som for opphengsdetalj (se side 14). Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.1.7 Resultat: Utbøyning = 4,8mm < Krav: L/300 = 5500/300 = 18,3mm (Maks 25mm) Utnyttelsesgrad = 86,5% Dimensjon på søyle: Stålprofil = RHS 180x180x6mm Fundamentlast i bruddgrense ved valg av understøttet bærekonstruksjon: Q= 784,1 k.n + egenlast søyle (33,9 kg/m*5,50) = 786,34 kn Side 17 av 32
3.2 ALTERNATIV 2 Dette alternativet følger samme akseoppbygning, og målsatte lengder som for alternativ 1. Forutsetninger gitt for dimensjonering av Alternativ 1, gjelder også her. Isteden for fastholdt ved hjelp av plater som er skutt fast ved hver 1200mm, regnes det her fastholdt ved hver skjøt av HD. For dimensjonering av HD, se vedlegg C. Ved denne konstruksjonen har vi hatt hovedfokus på å minske høydene på stålprofilene. Ved hjelp av beregningsprogram har vi sett på muligheten til å kunne bruke hulldekker som gulvoppbygning. Hensikten med dette er først og fremst å minske bæresystemet for gulvet i auditoriet. Dette er et ønske fra arkitekten, da alternativ 1 er basert på at gulvoppbygning ikke kan begynne før fra overkant gulvfagverk. Ved å benytte hatteprofiler i kombinasjon med tradisjonell fagverksoppbygning kan gulvoppbygning begynne lavere, og vi skal se nærmere på hva slags resultater dette vil gi for konstruksjonen. Side 18 av 32
Snuttskisse: Planskisse: Side 19 av 32
3.2.1 Tak Fagverk som er dimensjonert: 3 fagverk i taket, som ligger med c/c-avstand 4300mm Fagverkene er regnet fritt opplagt med jevnt fordelt last Lastberegninger ligger som vedlegg A 3.2.1 Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.2.1 Resultat: Nedbøyning = 22,5mm < Krav: L/300 = 12200/300 = 40,6mm. (For opplevelsen av konstruksjonen er det imidlertid viktig at nedbøyningen begrenses til rundt 25mm) Skjærkraft = 85,9 kn Moment = 151,8 knm Utnyttelsesgrad = 78,3% Dimensjoner og vekt: Side 20 av 32
3.2.2 Gulv Fagverk som er dimensjonert: 3 fagverk i gulvet, som ligger med c/c-avstand 4300mm Fagverkene er regnet fritt opplagt med jevnt fordelt last Lastberegninger ligger som vedlegg A 3.2.2 Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.2.2 Resultat: Nedbøyning = 24,6mm < Krav: L/300 = 11200/300 = 37,3mm. (For opplevelsen av konstruksjonen er det imidlertid viktig at nedbøyningen begrenses til rundt 25mm) Skjærkraft = 116,7 kn Moment = 232,9 knm Utnyttelsesgrad = 69,6% Dimensjoner og vekt: Side 21 av 32
3.2.3 Vegger Fagverk som er dimensjonert: 2 veggfagverk, som får last inn fra tak og gulv, på henholdsvis overgurt og undergurt Fagverkene er regnet fritt opplagt med jevnt fordelte laster Lastberegninger ligger som vedlegg A 3.2.3 Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.2.3 Resultat: Nedbøyning = 5,2mm Skjærkraft =51,3 kn Moment = 33,4 knm Utnyttelsesgrad = 67,9% Dimensjoner og vekt: Side 22 av 32
3.2.4 Utvekslingsfagverk Fagverk som er dimensjonert: 1 utvekslingsfagverk i gulvet som får punktlaster inn på undergurt fra henholdsvis tak og gulv. Her blir punktlastene forholdsvis store, derfor vi velger å legge inn en stiv ståldrager som klarer å fordele punktlastene jevnt på undergurten Fagverket er regnet fritt opphengt, og da med jevnt fordelt last Lastberegninger ligger som vedlegg A 3.2.4 Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.2.4 Resultat: Nedbøyning = 19,4mm Skjærkraft =82,6 kn Moment = 47,5 knm Utnyttelsesgrad = 71,1% Dimensjoner og vekt: Side 23 av 32
3.2.5 Opphengsdetalj Oppheng som er dimensjonert: 2 strekkstag med endeplater, samt opphengsplater med bolteløsning Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.2.5 Opphengsdetaljen er tenkt slik at utvekslingsfagverket i gulvet blir hengt opp i en buedrager i taket. Forbindelsen mellom strekkstag og knuteplater er utført slik at 2 knuteplater blir sveist fast i hver ende av strekkstaget. Knuteplaten som strekkstaget festes til i topp og bunn, er sveist fast til buedrager og fagverk. Forbindelsen mellom knuteplatene igjen er utført som en bolteforbindelse. Følgende kontroller ved dimensjonering i bruddgrensetilstand er foretatt: 1. Kapasitet av strekkstag 2. Kapasitet av bolter (avskjæring og hullkanttrykk) 3. Utrivning av boltegruppe mellom knuteplater 4. Kapasitet av knuteplater 5. Kapasitet av sveiser (knuteplate/strekkstag, og knuteplate/drager-fagverk) Last i bruddgrense det skal dimensjoneres for: last (kn/m 2 ) Areal Yf Bruddlast (kn) Egenvekt fra stålkonstruksjon/4 opplegg= 1,2 74,46 Egenvekt fra takoppbygning= 4,85 49,41 1,2 287,57 Egenvekt fra gulvoppbygning= 4,85 42,56 1,2 247,70 Sum egenlast= 609,72 Nyttelast på tak= 5,00 49,41 1,5 370,58 Nyttelast på gulv= 4,00 42,56 1,5 255,36 Sum nyttelast= 625,94 Sum last på strekkstag= 1235,66 Resultat: Opphengsplate: 405*350*20mm Endeplate: 405*250*20mm Strekkstag: Massivt rundtstål, dia=80mm Bolter: M20, 8-8 Side 24 av 32
3.2.6 Opphengs-bue for auditorium Ståldragere som er dimensjonert: Forutsetter at ståldrager blir fastholdt mot vipping og knekking ut av planet ved at flensene på hver ståldrager blir festet til hverandre, og at overflensene igjen blir fastholdt i taket Vi har samme begrensning for høyden på ståldrager også her Knuteplater sveises inn parallelt med stegene der hvor strekkstag kommer inn Som opplegg for ståldragere har vi valgt å bruke stålsøyler som vi setter ned på eksisterende kranbaner i betong, som vi har fått opplyst av representant fra gruppe B05 at har stor kapasitet Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.2.6 Resultat: Nedbøyning = 12,9mm Skjærkraft =259,9 kn Moment = 745,3 knm Utnyttelsesgrad = 79,8% Dimensjon og vekt på opphengs-bue: Profil = 2 x IPE 600 Vekt = 6100 kg Side 25 av 32
Søyler for ståldragere som er dimensjonert: 2 søyler som står på kranbanene og understøtter opphengs-buen Samme lastberegning som understøttelse av auditorium + egenlast av opphengs-bue Resultater fra beregninger ligger også under vedlegg B 3.2.6 Resultat: Utbøyning = 4,7mm < Krav: L/300 = 5700/300 = 19mm (Maks 25mm) Utnyttelsesgrad = 77,5% Dimensjon på søyle: RHS 200x200x10mm Fundamentlast i bruddgrense ved valg av opphengt bærekonstruksjon: Q= 1277,7 k.n + egenlast søyle (58,5 kg/m*5,70) = 1281,7 kn Side 26 av 32
3.2.7 Understøttelse av auditorium Søyler som er dimensjonert: 2 søyler som understøtter konstruksjonen i front Søylene har vi regnet at går helt opp til overgurt av utvekslingsfagverk Lastberegninger blir de samme som for opphengsdetalj (se side 23). Resultater fra beregninger ligger som vedlegg B 3.2.7 Resultat: Utbøyning = 5,4mm < Krav: L/300 = 5500/300 = 18,3mm (Maks 25mm) Utnyttelsesgrad = 88,3% Dimensjon på søyle: Stålprofil = RHS 200*200*8mm Fundamentlast i bruddgrense ved valg av understøttet bærekonstruksjon: Q= 1235,7 k.n + egenlast søyle (47,5 kg/m*5,50) = 1238,84 kn Side 27 av 32
4 BRANNDIMENSJONERING Etter samtale med representant fra Cowi, kan vi konkludere med at det er tilstrekkelig med to dører på 120cm som fører til to atskilte utganger. Ved å sprinkle hele bygget og innføre røykventilasjon i de store lokalene kan vi redusere brannklassen med 40%, altså fra R90 til R60. På selve auditoriet foreslår vi brannisolasjon, og brannmaling som tilfredsstiller kravet på 60minutter på de synlige deler av konstruksjonen, deriblant strekkstag og selve bærerammen (søyle + buen). Rømningsveier skal være brannfri, dvs. ikke noen juletrær i gangene. Kilde: Byggforsk British Standard PD7974 7: 2003 Representant fra COWI 4.1 Hvordan oppfylle brannkrav for konstruksjonen Brannmale strekkstag og knutepunkter (opphengsplater med mer) Brannisolere utsatte stålprofiler (understøttede søyler, bue-drager med søyler) Sprinkling av bygget reduserer brannkravet til R 60 [British Standard PD7974-7:2003] Kledning i trevirke (innbrenning 1mm pr min eller brannisolasjon). Røykavsug på de store lokalene 4.2 Rømningsveier 2 dører i bak-kant av auditoriet (b=1200mm) 2 uavhengige trapper ut i brannfri/sikker sone Automatisk lukking av dører der brann/røyk forekommer, slik at rømningsveier leder folk ut i sikker sone. Side 28 av 32
5 KONKLUSJON/ANBEFALING Vi mener vi har kommet fram til to fornuftige alternativer som tilfredsstiller kravene fra oppdragsgiver. Begge løsningene gir kort produksjonstid og materialer som er lett tilgjengelige. Løsningene har eksakt samme akseoppbygning og statiske system, det som utgjør forskjellen på dem er valg av tak og gulvoppbygning. Begge løsningene kan både henges opp i strekkstag, og understøttes med søyler. Vi har dimensjonert alle elementene slik at det blir færrest mulig varianter, det vil si at vi har stort sett beregnet for den verst tenkelige belastningen, og deretter brukt samme type profiler i hele konstruksjonen, der dette selvfølgelig er mulig, og kravet er innfridd. Det er også tatt hensyn til transport og sammenstilling på byggeplass. Ved valg av pålitelighetsklasse har vi forutsatt at konsekvensen ved brudd ikke blir større enn middels. Dette fordi vi anser at konstruksjonen ikke vil utsette ytre omgivelser for noen risiko. Alternativ 1 er en ren stålkonstruksjon som gir lav vekt, men forholdsvis høy tak og gulvoppbygging. Alternativ 2 er en samvirkekonstruksjon, bestående av stålprofiler og hulldekker. Den gir høy egenvekt, men lavere tak og gulvoppbygning. Vi har også vurdert to varianter bæresystemer for selve auditoriet. Den ene understøtta auditorium som gir bedre stabilitet og mindre total nedbøyning. Den andre varianten er et opphengt auditorium som beholder sin tiltenkte svevende form, men som gir en mer omfattende bærekonstruksjon. Vårt valg: En kombinasjon av alternativ 1 og 2, med TRP-plater på taket og Hulldekker i gulvet peker seg ut som den optimale løsningen ut i fra våre dimensjonerte alternativer. Kravet til en lav gulvoppbygning kombinert med en redusert totalvekt, vil da være oppnådd. For at konstruksjonen skal tilfredsstille arkitektens krav om å beholde den svevende formen anbefaler vi et opphengt bæresystem, selv om det både er mer komplisert og kostnadsmessig større. Nedbøyning Isolert sett er nedbøyningskrav oppfylt, men den totale nedbøyningen viser seg å være større enn ønskelig, og da spesielt for opphengt bæresystem. Vi ønsker å gjøre oppmerksom på dette da vi har dimensjonert hver konstruksjonsdel for seg. Side 29 av 32
6 TIL VIDEREFØRING AV PROSJEKTET Siden konstruksjonen per dags dato er på planleggingsstadiet, har vi gjort noen forutsetninger for at vi skal kunne fullføre prosjektet. Til senere bruk eller videreføring av prosjektet anbefaler vi våre oppdragsgivere å se nærmere på punktene under. Dette er forutsetninger som kan være vesentlige for videre utvikling av prosjektet. Arealreduksjonsfaktor på nyttelast Vi har valgt å regne konservativt, og dermed ikke tatt med reduksjonsfaktor på bjelkelaster. Akseinndeling Inndeling av akser er gjort etter arkitekttegninger og kan avvike noe fra virkelige mål. Dimensjon på profiler Bruk av beregningsprogrammer som vi har benyttet i prosjektet gir overslagsdimensjoner. Vi gjør oppmerksom på at mer nøyaktige beregninger kan føre til en slankere konstruksjon. (ANSYS 5) Rotasjon/Egenresonans Rotasjon og egensvingninger kan være vesentlige faktorer som oppdragsgiver må se nærmere på ved videreføring av prosjektet. På grunn av manglende kunnskap har vi ikke tatt hensyn til dette. Lydisolasjon I prosjektet har vi ikke beregnet lydisolasjonen, kun forutsatt vekt på isolasjonen. Knutepunkter Knutepunkter er ikke detaljprosjektert. Andre varianter Under prosjektprosessen har det også vært diskutert andre mulige varianter for bæresystemer. På grunn av tidspress har gruppen avgrensa oppgaven med to forskjellige varianter. En tredje variant som var nevnt kan være å snu auditoriet 180grader horisontalt, noe som gjør at det blir mulig å bygge inn et utvekslings fagverk i gulvet. Konstruksjonen blir mer utkraget og lettere i fronten da spennviddene på bjelker blir mindre. Side 30 av 32
7 LITTERATUR OG KILDEHENVISNING NS 3490 NS 3472 NS 3473 NS 3491-1 NS 3491-2 Prosjektering av konstruksjoner Krav til pålitelighet 2.utgave desember 2004 Prosjektering av stålkonstruksjoner Beregnings- og konstruksjonsregler. 3.utgave september 2001 Prosjektering av betongkonstruksjoner Beregnings og konstruksjonsregler Prosjektering av konstruksjoner Dimensjonerende laster Del 1: Egenlaster og Nyttelaster 1.utgave desember 1998 Prosjektering av konstruksjoner Dimensjonerende laster Del 2 Alle standarder er utarbeidet av Norges Byggstandardiseringsråd (NBR) Stålkonstruksjoner Profiler og formler 3. utgave 2003 Stålkonstruksjoner 1 - Jon Eie British Standard [PD7974 7: 2003] Byggforsk kunnskapssystemer Utgitt september 2004 Beregningsprogrammer Focus og G-prog Bilder og data Griff arkitektur AS og COWI AS Samtaler med: Per Nilsen (Brannkonsulent./ Cowi) Bjørn Aasen (Dr. Ing/Faglærer) Siri Fause (Siv. Ing./Faglærer) Side 31 av 32
8 VEDLEGG 8.1 Vedlegg A - Lastberegninger 8.2 Vedlegg B - Beregningsresultater 8.3 Vedlegg C Dimensjonering av hulldekker 8.4 Vedlegg D Tegninger 8.5 Vedlegg E Materialliste Side 32 av 32