Výzva
Klient požádal společnost Lucideon o vypracování série testů pro stanovení pevnosti stěn postavených pomocí vazných trámů a jejich porovnání se stěnami postavenými pomocí větrných sloupků.
Co jsme dodali
Zpočátku byly testovány čtyři stěny obsahující vazníkové trámy, každá o délce 8 m a výšce 5 m. Zkoušky byly provedeny na stěnách o délce 8 m a výšce 5 m. Stěny byly postaveny v ocelovém rámu a výztužné pruty byly na obou koncích upevněny do jednoduchých kleštin připevněných ke sloupům. Pro srovnání byly testovány další dvě stěny obsahující větrné sloupky v ose stěny.
Počáteční výsledky byly velmi povzbudivé, ale návrhy byly záměrně konzervativní v tom smyslu, že byly použity dodatečné upevňovací prvky a některé výztuže ložných spár. Byla provedena druhá podobná fáze, kde tato konzervativní opatření nebyla použita. Výsledky byly podobně povzbudivé, přičemž v případě lepených nosníků došlo k mírnému zlepšení. Nebyly prokázány žádné trhliny způsobené smršťováním.
Přístup k návrhu dílčích panelů mezi spojovacími nosníky je jednoduchý a řídí se zásadami norem EN 1996-1-1 a PD 6697. Návrh spojovacích nosníků podle normy BS 5628-2 se však ukázal jako obtížnější a kontrola proti náhlému porušení v tlaku, která je v normě BS 5628-2 obsažena, kontrolovala návrh a vedla k omezení rozpětí. Při žádné ze zkoušek se neprokázalo náhlé selhání v tlaku, a proto byla provedena řada zkoušek na stěnách s nízkou výškou, aby se určily některé mezní ohybové momenty, které by se mohly použít pro návrh. Ze čtyř provedených zkoušek byl nejnižší výsledek použit k určení maximálního mezního ohybového momentu pro použití při návrhu, a proto nebyla vyžadována kontrola použitelnosti.
Specifikace materiálů, návrhu a provedení byly shrnuty v příručce pro navrhování, kterou v roce 2009 vydala společnost Lucideon (tehdy Ceram).
První aplikace
První významnou aplikací systému lepených nosníků bylo velké datové centrum postavené v jihovýchodní Anglii, které bylo ideálním využitím pro systém lepených nosníků, protože se vyznačovalo dlouhými, nekomplikovanými průběhy vysokých stěn, zatížených středně vysokým bočním zatížením. Centrum bylo postaveno jako robustní dvoupodlažní ocelobetonový „bunkr“, který byl celý postaven v rámci velké budovy s ocelovým rámem. Interiér byl rozdělen na menší místnosti s požadavkem, aby se požár nebo výbuch v některé místnosti nerozšířil do přilehlých prostor.
Řešení přijaté pro konstrukci stěn spočívalo v použití dlouhých běhů 140 silných blokových stěn s návrhovým bočním zatížením 0,5 kN/m2. Tyto stěny byly obvykle vysoké 6 m a původní návrh obsahoval výztuž ložných spár v každé vrstvě a navíc větrné sloupky čtvercového průřezu 200 x 200 v maximálních vzdálenostech 4,5 m od sebe. Celkové množství použitého zdiva činilo 11 000 m2.
Zavedením vazných trámů se podstatně zvětšilo přípustné rozpětí stěn, čímž se odstranilo mnoho prozatímních větrných sloupků, ačkoli některé větrné sloupky byly stále nutné v sousedství dveřních otvorů a na neobvyklých rozpětích. Zhotovitel zdiva uvedl, že použitím systému vazných trámů bylo dosaženo přibližně 15% úspory nákladů oproti tradičnímu systému větrných sloupků.
Ačkoli vazné trámy umožnily mnohem větší rozteče větrných sloupků, nebylo možné je zcela vynechat. Dalším krokem bylo prozkoumat svislou verzi vazného trámu.
Zkoušky sloupů
Zkoušky sloupů byly provedeny na v podstatě lokálně vyztužených dutých tvárnicích. V každém případě byly použity dva svislé ocelové pruty v jednom vyprázdněném bloku.
Dokončený systém se nyní skládá z nosníků i sloupů, smykových přenosových tyčí, kleštin pro upevnění výztuže ke sloupům budovy a ke svislým prutům ve sloupech. Všechny detaily spolu s mezními momenty, které je třeba použít pro nosníky i sloupy, byly zahrnuty do revidované příručky pro navrhování.
Aplikace na Aquatics Centre 2012
Kompletní systém byl poprvé použit na Aquatics Centre v Londýně 2012. Návrh stěn byl komplikován několika faktory:
- spodní úroveň je jeskynní prostor a většina stěn měla výšku 6-7 m
- projektanti stanovili boční návrhové zatížení 0.
- spodní úroveň je jeskynní prostor a většina stěn měla výšku 6-7 m
- .5 kN/m2, přičemž v úrovni zábradlí podél únikových chodeb bylo zatížení vyšší
- mnoho stěn nebylo v plné výšce, a tudíž neměly v čele žádné zádržné prvky
- v prostorách bylo rozmístěno velké množství velkých služeb ve vysoké úrovni, což vytvářelo mnoho prostupů skrz stěny v plné výšce.
Při navrhování zdiva Aquacentra znamenala pevnost přidaná zavedením vazných trámů, že stěny byly schopny se rozpínat výrazně dále, než byla doporučená rozteč pohybových spár. Aby se tomuto omezení předešlo, bylo nutné zavést zesílení ložných spár.
Hodnota pro zákazníka
Dělení velkých zděných stěn vystavených velkému bočnímu zatížení lze dosáhnout bez rozsáhlého použití větrných sloupků. Kombinace návrhu dílčích stěn s využitím pokynů předpisu a přístupu „návrhu na základě zkoušky“ u vazných trámů a sloupů umožnila vyvinout přístup k posouzení mezního stavu únosnosti bez nutnosti kontroly použitelnosti. V průběhu zkušebního programu docházelo k postupnému zlepšování součástí systému.
Systém byl velmi úspěšně použit na komplexním projektu Aquatics Centre 2012. Zhotovitel zdiva uvedl, že stěny z tvárnic byly postaveny rychleji a levněji než při použití srovnatelných tradičních systémů. Tento projekt prokázal hodnotu systému pro aplikace s dlouhými nebo vysokými stěnami se značným bočním zatížením. Další zkoumání vedlo ke zlepšení pokynů pro zajištění účinků smršťování.