Haaste
Asiakas pyysi Lucideonia kehittämään koesarjan, jonka avulla määritetään liimapalkeilla ja pylväillä rakennettujen seinien lujuus ja verrataan niitä tuulitukipylväiden avulla rakennettuihin seiniin.
Mitä toimitimme
Aluksi testattiin neljä sidospalkkeja sisältävää seinää, joista kukin oli 8 metriä pitkä ja 5 metriä korkea. Seinät rakennettiin teräsrungon sisään ja raudoitustangot asennettiin yksinkertaisiin kiinnikkeisiin, jotka oli kiinnitetty pylväisiin molemmissa päissä. Vertailun vuoksi testattiin myös kahta muuta seinää, jotka sisälsivät tuulipylväitä seinän keskilinjalla.
Alustavat tulokset olivat hyvin rohkaisevia, mutta suunnitelmat olivat tarkoituksellisesti konservatiivisia, koska niissä käytettiin ylimääräisiä kiinnikkeitä ja jonkin verran sängyn liitosvahvistusta. Toinen samanlainen vaihe toteutettiin, jolloin näitä konservatiivisia toimenpiteitä ei toteutettu. Tulokset olivat yhtä rohkaisevia, ja liimapalkkien kohdalla tulokset paranivat hieman. Kutistumisesta johtuvaa halkeilua ei havaittu.
Liimapalkkien väliin jäävien aluslaattojen suunnittelu on suoraviivaista ja noudattaa standardin EN 1996-1-1 ja PD 6697 periaatteita. Liimapalkkien suunnittelu BS 5628-2:n mukaisesti osoittautui kuitenkin vaikeammaksi, ja BS 5628-2:een sisältyvä äkillisen puristumismurtuman varalta tehtävä tarkastus ohjasi suunnittelua ja johti jännevälirajoituksiin. Yhdessäkään testissä ei havaittu merkkejä äkillisestä puristumismurtumasta, ja sen vuoksi tehtiin sarja testejä matalilla seinillä, jotta saataisiin määritettyä joitakin rajoittavia taivutusmomentteja, joita voitaisiin käyttää suunnittelussa. Neljästä suoritetusta testistä pienintä tulosta käytettiin suunnittelussa käytettävän suurimman murtovenymämomentin määrittelyyn, joten käyttökelpoisuustarkastusta ei tarvittu.
Materiaalien määrittely, suunnittelu ja toteutus koottiin suunnitteluoppaaseen, jonka Lucideon (silloinen Ceram) julkaisi vuonna 2009.
Ensimmäinen käyttökohde
Liimapalkkijärjestelmän ensimmäinen merkittävä käyttökohde oli Kaakkois-Englannissa rakennettu suuri datakeskus, joka oli ihanteellinen käyttökohde liimapalkkijärjestelmälle, koska siinä oli pitkiä, mutkattomia korkeiden seinien juoksuja, joihin kohdistui kohtalaisen suuri sivuttaiskuorma. Keskus rakennettiin vankaksi kaksikerroksiseksi teräs- ja betonirakenteiseksi ”bunkkeriksi”, joka rakennettiin kokonaan suuren teräsrunkoisen rakennuksen sisään. Sisätilat oli jaettu pienempiin huoneisiin, ja edellytyksenä oli, että tulipalo tai räjähdys missään huoneessa ei leviäisi viereisiin tiloihin.
Seinien rakentamiseen valittiin ratkaisu, jossa käytettiin pitkiä 140 paksun harkkoseinän sarjoja, joiden mitoitussivukuormitus oli 0,5 kN/m2 . Nämä seinät olivat tyypillisesti 6 metriä korkeita, ja alkuperäisessä suunnitelmassa oli jokaisessa kerroksessa sängyn liitosvahvistus sekä 200 x 200 neliönmuotoista onttoa profiilia olevat tuulitolpat enintään 4,5 metrin välein. Harkkomuurausta käytettiin yhteensä 11 000 m2.
Sidospalkkien käyttöönotto lisäsi huomattavasti seinien sallittua jänneväliä, mikä poisti monet väliaikaiset tuulitukipylväät, vaikka joitakin tuulitukipylväitä tarvittiin edelleen oviaukkojen läheisyydessä ja epätavallisissa jänneväleissä. Muurausurakoitsija kertoi, että sidospalkkijärjestelmän käytöllä saavutettiin noin 15 %:n kustannussäästöt verrattuna perinteiseen tuulipylväsjärjestelmään.
Vaikka sidospalkit mahdollistivat paljon laajemmat tuulipylväiden välit, niitä ei voitu jättää kokonaan pois. Seuraavaksi tutkittiin sidospalkin pystysuoraa versiota.
Pylvästestit
Pylvästestit suoritettiin periaatteessa paikallisesti raudoitetuille onteloharkoille. Kussakin tapauksessa käytettiin kahta pystysuoraa teräspalkkia yhdessä tyhjennetyssä lohkossa.
Valmis järjestelmä koostuu nyt sekä palkeista että pylväistä, leikkauksensiirtotangoista, kiinnikkeistä, joilla raudoitustangot kiinnitetään rakennuksen pylväisiin ja pylväiden pystytankoihin. Kaikki yksityiskohdat sekä sekä palkkien ja pilarien osalta käytettävät rajamomentit sisällytettiin tarkistettuun suunnitteluoppaaseen.
Soveltaminen vuoden 2012 Aquatics Centressä
Täydellistä järjestelmää käytettiin ensimmäisen kerran Lontoon vuoden 2012 Aquatics Centressä. Seinien suunnittelua vaikeuttivat useat tekijät:
- alempi taso on luolamainen tila ja suurin osa seinistä oli 6-7 metriä korkeita
- suunnittelijat olivat määrittäneet sivusuuntaiseksi suunnittelukuormaksi 0.5 kN/m2 , ja suuremmat kuormat kaiteiden tasolla poistumiskäytävien varrella
- monet seinät eivät olleet täyskorkeat, joten niiden päädyssä ei ollut rajoituksia
- tiloissa oli suuri määrä suuria, korkealla sijaitsevia huoltotarvikkeita, mikä aiheutti monia läpivientejä täyskorkeiden seinien läpi.
Aquatics Centren seinämuurausta suunniteltaessa liitospalkkien käyttöönotosta johtuva lujuuden lisäys merkitsi sitä, että seinien jänneväli pystyttiin jännittymään huomattavasti pidemmälle kuin liikuntasaumojen suositellut välit. Tämän rajoituksen välttämiseksi oli tarpeen ottaa käyttöön liikuntasaumavahvistus.
Arvo asiakkaalle
Suurille sivuttaiskuormille alttiiden suurten harkkoseinien osastointi voidaan toteuttaa ilman tuulipylväiden laajaa käyttöä. Yhdistelmä, jossa alajuoksupalkkien suunnittelussa käytetään säännöstöohjeita ja liimapalkkien ja pilarien suunnittelussa käytetään koesuunnittelumenetelmää, on mahdollistanut murtorajatilan suunnittelumenetelmän kehittämisen ilman käyttökelpoisuustarkastuksia. Testausohjelman aikana järjestelmän komponentteihin tehtiin asteittain parannuksia.
Järjestelmää käytettiin erittäin menestyksekkäästi vuoden 2012 monimutkaisessa Aquatics Centre -hankkeessa. Muurausurakoitsija raportoi, että harkkoseinät pystytettiin nopeammin ja halvemmalla kuin vastaavilla perinteisillä järjestelmillä. Tämä hanke osoitti järjestelmän arvon sovelluksissa, joissa on pitkiä tai korkeita seiniä, joihin kohdistuu merkittäviä sivuttaiskuormia. Jatkotutkimukset johtivat parempiin ohjeisiin kutistumisen vaikutusten huomioon ottamiseksi.