A kihívás
Az ügyfél felkérte a Lucideont, hogy dolgozzon ki egy tesztsorozatot a kötőgerendákkal épített falak szilárdságának meghatározására és ezek összehasonlítására a széloszlopokkal épített falakkal.
Amit teljesítettünk
Kezdetben négy, egyenként 8 m hosszú és 5 m magas, kötőgerendákat tartalmazó falat teszteltek. A falakat egy acélkeretbe építették, és a betonacélokat a két végén az oszlopokhoz rögzített egyszerű kapcsokba illesztették. Két további, a fal középvonalában széloszlopokat tartalmazó falat teszteltek összehasonlítás céljából.
A kezdeti eredmények nagyon bíztatóak voltak, de a tervek szándékosan konzervatívak voltak, mivel extra rögzítéseket és némi ágyazati erősítést alkalmaztak. Egy második hasonló fázist végeztek, ahol ezeket a konzervatív intézkedéseket nem alkalmazták. Az eredmények hasonlóan biztatóak voltak, a kötőgerendák esetében némi javulással. A zsugorodás miatti repedésnek nem volt nyoma.
A kötéstartó gerendák közötti alépítmények tervezési megközelítése egyszerű, és követi az EN 1996-1-1 és a PD 6697 szabvány elveit. A kötéstartó gerendák BS 5628-2 szerinti tervezése azonban nehezebbnek bizonyult, és a BS 5628-2-ben szereplő, hirtelen nyomástörés elleni ellenőrzés irányította a tervezést, és fesztávkorlátozásokhoz vezetett. Egyik vizsgálat során sem volt jele hirtelen nyomószilárdsági tönkremenetelnek, ezért kis magasságú falakon végeztek egy sor vizsgálatot, hogy meghatározzák a tervezéshez felhasználható korlátozó hajlítónyomatékokat. A négy elvégzett vizsgálat közül a legalacsonyabb eredményt használták fel a tervezéshez szükséges maximális hajlítónyomaték meghatározására, és így nem volt szükség használhatósági vizsgálatra.
Az anyagokra, a tervezésre és a kivitelezésre vonatkozó előírásokat egy tervezési útmutatóban foglalták össze, amelyet a Lucideon (akkor Ceram) 2009-ben tett közzé.
Első alkalmazás
A kötésgerendás rendszer első jelentős alkalmazása egy Délkelet-Angliában épült nagy adatközpontban történt, amely ideális felhasználási terület volt a kötésgerendás rendszer számára, mivel hosszú, egyszerű, magas falakból álló, közepesen nagy oldalirányú terheléssel terhelt falakat tartalmazott. A központot egy robusztus, kétszintes acél- és beton “bunkerként” építették, amely teljes egészében egy nagyméretű acélvázas épületbe épült. A belső teret kisebb helyiségekre bontották, azzal a követelménnyel, hogy a tűz vagy robbanás egyik helyiségben sem terjedhet át a szomszédos helyiségekre.
A falak építésére alkalmazott megoldás hosszú, 140 vastag tömbfal-sorok alkalmazása volt, 0,5 kN/m2 tervezési oldalirányú terheléssel. Ezek a falak jellemzően 6 m magasak voltak, és az eredeti terv minden rétegben ágyazati fuga megerősítést, valamint 200 x 200 négyzet alakú, üreges szelvényű széloszlopokat tartalmazott, legfeljebb 4,5 m távolságban. A felhasznált blokkfalazat összmennyisége 11 000 m2 volt.
A kötőgerendák bevezetése jelentősen megnövelte a falak megengedett fesztávolságát, és ezzel számos ideiglenes széloszlopot kiküszöbölt, bár néhány széloszlopra továbbra is szükség volt az ajtók mellett és a szokatlan fesztávolságoknál. A kőműves vállalkozó arról számolt be, hogy a kötőgerendás rendszer alkalmazásával körülbelül 15%-os költségmegtakarítás érhető el a hagyományos széloszloprendszerhez képest.
Bár a kötőgerendák lehetővé tették a széloszlopok sokkal nagyobb távolságát, teljesen elhagyni nem lehetett őket. A következő lépés a kötőgerenda függőleges változatának vizsgálata volt.
Oszlopvizsgálatok
Oszlopvizsgálatokat végeztek lényegében helyileg megerősített üreges tömbszerkezeteken. Minden esetben két függőleges acélrudat használtak egyetlen üres tömbben.
Az elkészült rendszer most már mind gerendákból, mind oszlopokból, nyíró átvezető rudakból, az épület oszlopaihoz és az oszlopok függőleges rúdjaihoz erősítő rudakat rögzítő kapcsokból áll. Az összes részletet, valamint a mind a gerendák, mind az oszlopok esetében alkalmazandó határnyomatékokat egy átdolgozott tervezési útmutató tartalmazta.
Alkalmazás a 2012 Aquatics Centre-nél
A teljes rendszert először a London 2012 Aquatics Centre-nél alkalmazták. A falak tervezését több tényező is nehezítette:
- az alsó szint egy barlangszerű tér, és a legtöbb fal 6-7 m magas volt
- a tervezők 0 oldalirányú tervezési terhelést adtak meg.5 kN/m2 , a menekülési folyosók mentén a korlátok szintjén nagyobb terhekkel
- sok fal nem volt teljes magasságú, és ezért a fejüknél nem volt visszatartás
- a terekben nagy mennyiségű nagyméretű szolgáltatás volt magasan elosztva, ami sok áthatolást eredményezett a teljes magasságú falakon keresztül.
Az Aquatics Centre falazatának tervezése során a kötőgerendák bevezetésével hozzáadott szilárdság azt jelentette, hogy a falak jelentősen tovább tudtak feszülni, mint az ajánlott mozgási fugák távolsága. Ennek a korlátozásnak az elkerülése érdekében ágyazati hézagerősítés bevezetésére volt szükség.
Érték a megrendelő számára
A nagy oldalirányú terheléseknek kitett nagyméretű blokkfalazatok alábontása széloszlopok széleskörű alkalmazása nélkül is megvalósítható. Az alépítményeket a Szabályzat útmutatásai alapján történő tervezés és a kötéstartó gerendák és oszlopok “próbatervezéses” megközelítésének kombinációja lehetővé tette egy véges határállapotú tervezési megközelítés kidolgozását, a használhatósági ellenőrzések szükségessége nélkül. A tesztprogram során fokozatos fejlesztéseket hajtottak végre a rendszer összetevőin.
A rendszert nagy sikerrel alkalmazták a 2012-es komplex Aquatics Centre projektben. A kőműves vállalkozó arról számolt be, hogy a blokkfalak gyorsabban és olcsóbban épültek fel, mint a hasonló hagyományos rendszerek alkalmazásával. Ez a projekt bizonyította a rendszer értékét a hosszú vagy magas, jelentős oldalirányú terhekkel terhelt falak alkalmazásakor. A további vizsgálatok a zsugorodás hatásainak biztosítására vonatkozó jobb útmutatáshoz vezettek.