Udfordringen
Kunden anmodede Lucideon om at udvikle en række tests for at bestemme styrken af vægge konstrueret med bindingsbjælker og sammenligne disse med vægge konstrueret med vindstolper.
Hvad vi leverede
I første omgang blev fire vægge med bindingsbjælker, hver 8 m lange og 5 m høje, testet. Væggene blev bygget inden for en stålramme, og armeringsstængerne blev monteret i enkle klamper, der var fastgjort til søjlerne i hver ende. Yderligere to vægge, der indeholdt vindstolper ved væggenes midterlinje, blev afprøvet til sammenligning.
De første resultater var meget opmuntrende, men konstruktionerne var bevidst konservative, idet der blev anvendt ekstra fastgørelser og en vis forstærkning af sengeleddet. Der blev gennemført en anden lignende fase, hvor disse konservative foranstaltninger ikke blev truffet. Resultaterne var ligeledes opmuntrende, med en lille forbedring i forbindelse med bindingsbjælkerne. Der var ingen tegn på revner som følge af krympning.
Konstruktionsmetoden for underpanelerne mellem bindingsbjælkerne er ligetil og følger principperne i EN 1996-1-1 og PD 6697. Imidlertid viste det sig at være vanskeligere at konstruere bindingsbjælkerne i henhold til BS 5628-2, og kontrollen mod pludselig kompressionssvigt, som er indeholdt i BS 5628-2, kontrollerede konstruktionen og førte til begrænsninger i spændvidden. Der var ingen tegn på pludselig kompressionssvigt i nogen af testene, og derfor blev der gennemført en række test på vægge med lav højde for at bestemme nogle begrænsende bøjningsmomenter, som kunne anvendes ved konstruktionen. Af de fire gennemførte prøver blev det laveste resultat anvendt til at definere et maksimalt ultimativt bøjningsmoment til brug i konstruktionen, og der var derfor ikke behov for en brugbarhedskontrol.
Specifikationen af materialer, konstruktion og udførelse blev alle samlet i en konstruktionsvejledning, som blev offentliggjort af Lucideon i 2009 (dengang Ceram).
Første anvendelse
Den første væsentlige anvendelse af bindingsbjælkesystemet var i et stort datacenter bygget i det sydøstlige England, det var en ideel anvendelse for bindingsbjælkesystemet, da det havde lange, ukomplicerede forløb med høje vægge, der blev belastet af en moderat høj sidebelastning. Centret blev opført som en robust toetagers “bunker” af stål og beton i to etager, der blev bygget helt og holdent i en stor stålrammebygning. Det indre var opdelt i mindre rum med et krav om, at en brand eller eksplosion i et rum ikke skulle sprede sig til de tilstødende områder.
Den løsning, der blev valgt til at konstruere væggene, var at anvende lange strækninger af 140 tykke blokvægge, med en konstruktions sidebelastning på 0,5 kN/m2. Disse vægge var typisk 6 m høje, og den oprindelige konstruktion omfattede en forstærkning af sengedannelsen i hvert lag samt 200 x 200 firkantede vindstolper med hule profiler med højst 4,5 m mellemrum. Den samlede mængde blokværk, der blev anvendt, var 11 000 m2.
Indførelsen af bindingsbjælker øgede væggenes tilladte spændvidde betydeligt, hvilket eliminerede mange midlertidige vindstolper, selv om der stadig var behov for nogle vindstolper ved døråbninger og på usædvanlige spændvidder. Murerentreprenøren rapporterede, at brugen af bindbjælkesystemet gav en omkostningsbesparelse på ca. 15 % i forhold til et traditionelt vindstolpesystem.
Selv om bindbjælkerne gav mulighed for en meget større afstand mellem vindstolperne, var det ikke muligt helt at udelade dem. Det næste skridt var at undersøge en lodret version af bindingsbjælken.
Søjleforsøg
Der blev udført søjleforsøg på, hvad der i det væsentlige var lokalt forstærket hult blokværk. I hvert tilfælde blev der anvendt to lodrette stålstænger i en enkelt hulblok.
Det færdige system består nu af både bjælker og søjler, forskydningsoverføringsstænger, klamper til fastgørelse af armeringsstænger til bygningens søjler og til de lodrette stænger i søjlerne. Alle detaljerne samt de begrænsende momenter, der skal anvendes for både bjælker og søjler, blev medtaget i en revideret designvejledning.
Anvendelse på 2012 Aquatics Centre
Det komplette system blev først anvendt på London 2012 Aquatics Centre. Vægkonstruktionerne blev kompliceret af flere faktorer:
- det nederste niveau er et hulrum, og de fleste af væggene var 6-7 m høje
- designerne havde specificeret en lateral konstruktionsbelastning på 0.5 kN/m2 , med højere belastninger på balustrade-niveau langs flugtkorridorer
- mange af væggene var ikke i fuld højde og havde derfor ingen fastholdelse ved deres hoved
- der var store mængder af store tjenester fordelt på højt niveau i rummene, hvilket skabte mange gennemtrængninger gennem væggene i fuld højde.
Ved udformningen af murværket i Aquatics Centre betød den styrke, der blev tilføjet ved at indføre bindingsbjælker, at væggene kunne spænde betydeligt længere end den anbefalede afstand mellem bevægelsesfugerne. For at undgå denne begrænsning var det nødvendigt at indføre bedfugeforstærkning.
Værdi for bygherren
Underopdeling af store murstensvægge, der er udsat for store sidelaster, kan opnås uden omfattende brug af vindstolper. Kombinationen af design af underpanelerne ved hjælp af kodeksvejledning og en “design by test”-tilgang for bindingsbjælker og søjler har gjort det muligt at udvikle en ultimativ grænsetilstandsdesigntilgang uden behov for brugbarhedskontrol. I løbet af testprogrammet blev der foretaget gradvise forbedringer af systemets komponenter.
Systemet blev anvendt med stor succes på det komplekse 2012 Aquatics Centre-projekt. Murerentreprenøren rapporterede, at blokvæggene blev opført hurtigere og billigere end ved brug af sammenlignelige traditionelle systemer. Dette projekt viste systemets værdi til anvendelser med lange eller høje vægge med betydelige sidebelastninger. Yderligere undersøgelser førte til forbedret vejledning om bestemmelse af virkningerne af krympning.