Utmaningen
Kunden anlitade Lucideon för att utveckla en serie tester för att bestämma styrkan hos väggar som konstruerats med bondbalkar och för att jämföra dessa med väggar som konstruerats med vindstolpar.
Vad vi levererade
Inledningsvis testades fyra väggar med bindningsbalkar, vardera 8 meter långa och 5 meter höga. Väggarna byggdes inom en stålram och armeringsstängerna monterades i enkla klykor som fästes vid pelarna i varje ände. Ytterligare två väggar som innehöll vindstolpar vid väggens mittlinje testades i jämförelsesyfte.
De första resultaten var mycket uppmuntrande, men konstruktionerna var medvetet konservativa i och med att extra infästningar och viss bäddförstärkning användes. En andra liknande fas genomfördes där dessa konservativa åtgärder inte vidtogs. Resultaten var lika uppmuntrande, med en liten förbättring när det gäller bindningsbalkarna. Det fanns inga tecken på sprickbildning på grund av krympning.
Konstruktionsmetoden för delpanelerna mellan bindningsbalkarna är okomplicerad och följer principerna i EN 1996-1-1 och PD 6697. Det visade sig dock vara svårare att konstruera bindningsbalkarna enligt BS 5628-2, och kontrollen mot ett plötsligt tryckbrott, som ingår i BS 5628-2, styrde konstruktionen och ledde till begränsningar av spännvidden. Det fanns inga tecken på plötsligt tryckbrott i någon av testerna, och därför genomfördes en serie tester på väggar med låg höjd för att fastställa några begränsande böjmoment som kunde användas vid konstruktionen. Av de fyra utförda testerna användes det lägsta resultatet för att definiera ett maximalt ultimat böjmoment för användning i konstruktionen och därför krävdes ingen brukbarhetskontroll.
Materialspecifikationen, konstruktionen och utförandet sammanfördes i en konstruktionsguide som offentliggjordes av Lucideon 2009 (dåvarande Ceram).
Första tillämpningen
Den första betydande tillämpningen av bondbalkssystemet var i ett stort datacenter som byggdes i sydöstra England, det var ett idealiskt användningsområde för bondbalkssystemet eftersom det innehöll långa, okomplicerade löpningar av höga väggar som belastades av en måttligt hög sidolast. Centret konstruerades som en robust tvåvånings ”bunker” av stål och betong som byggdes helt och hållet i en stor stålramad byggnad. Interiören var uppdelad i mindre rum, med ett krav på att en brand eller explosion i ett rum inte skulle sprida sig till intilliggande områden.
Den lösning som valdes för att konstruera väggarna var att använda långa rader av 140 tjocka blockväggar, med en dimensionerande sidobelastning på 0,5 kN/m2. Dessa väggar var vanligtvis 6 meter höga, och den ursprungliga konstruktionen innehöll en förstärkning av bäddfogarna i varje lager samt 200 x 200 fyrkantiga vindstolpar med ihåliga profiler med högst 4,5 meters mellanrum. Den totala mängden murverk som användes var 11 000 m2.
Införandet av bindningsbalkar ökade avsevärt väggarnas tillåtna spännvidd, vilket eliminerade många tillfälliga vindstolpar, även om några vindstolpar fortfarande krävdes i anslutning till dörröppningar och vid ovanliga spännvidder. Murningsentreprenören rapporterade att användningen av bondbalkssystemet gav kostnadsbesparingar på cirka 15 % jämfört med ett traditionellt vindstolpsystem.
Även om bondbalkarna möjliggjorde ett mycket större avstånd mellan vindstolparna var det inte möjligt att helt utelämna dem. Nästa steg var att undersöka en vertikal version av bindningsbalken.
Kolonntester
Kolonntester utfördes på vad som i huvudsak var lokalt förstärkta ihåliga blockverk. I varje fall användes två vertikala stålstänger i ett enda hålrumsblock.
Det färdiga systemet består nu av både balkar och pelare, skjuvöverföringsstänger, klykor för att fästa armeringsstänger på byggnadens pelare och på de vertikala stängerna i pelarna. Alla detaljer, tillsammans med de begränsande moment som ska användas för både balkar och pelare, ingick i en reviderad konstruktionsguide.
Användning vid 2012 Aquatics Centre
Det kompletta systemet användes först vid London 2012 Aquatics Centre. Väggkonstruktionerna komplicerades av flera faktorer:
- den nedre nivån är ett grottutrymme och de flesta väggarna var 6-7 meter höga
- konstruktörerna hade specificerat en konstruktionslast i sidled på 0.5 kN/m2 , med högre laster på balustradnivå längs utrymningskorridorer
- många av väggarna var inte fullhöga och hade därför inga begränsningar i huvudet
- det fanns stora mängder stora tjänster som var fördelade på hög nivå i utrymmena, vilket skapade många genomföringar genom de fullhöga väggarna.
Vid utformningen av Aquatics Centers murverk innebar den styrka som tillfördes genom att införa bindningsbalkar att väggarna kunde sträcka sig betydligt längre än det rekommenderade avståndet mellan rörelsegrenarna. För att undvika denna begränsning var det nödvändigt att införa bäddfogsförstärkning.
Värde för beställaren
Underindelningen av stora blockmurar som utsätts för höga sidolaster kan uppnås utan omfattande användning av vindstolpar. Kombinationen av konstruktionen av delpanelerna med hjälp av kodvägledning och en ”design by test”-metod för bindningsbalkar och pelare har gjort det möjligt att utveckla en konstruktionsmetod med ultimat gränstillstånd, utan behov av kontroller av funktionsdugligheten. Under hela testprogrammet gjordes progressiva förbättringar av systemets komponenter.
Systemet användes med stor framgång i det komplexa projektet Aquatics Centre 2012. Murningsentreprenören rapporterade att blockväggarna uppfördes snabbare och billigare än med jämförbara traditionella system. Detta projekt visade systemets värde för tillämpningar med långa eller höga väggar med betydande sidolaster. Ytterligare undersökningar ledde till förbättrad vägledning om tillhandahållandet av effekter av krympning.