Wyzwanie
Klient zlecił firmie Lucideon opracowanie serii testów w celu określenia wytrzymałości ścian zbudowanych z belek wiążących i porównania ich ze ścianami zbudowanymi z użyciem słupów wiatrowych.
CO ZROBILIŚMY
Początkowo testowano cztery ściany zawierające belki wiążące, każda o długości 8 m i wysokości 5 m. Ściany zostały zbudowane w ramach stalowych, a pręty zbrojeniowe zamontowano w prostych łącznikach przymocowanych do słupów na każdym końcu. Dwie kolejne ściany zawierające słupki wiatrowe na linii środkowej ściany zostały przetestowane w celach porównawczych.
Wstępne wyniki były bardzo zachęcające, ale projekty były celowo konserwatywne w tym sensie, że zastosowano dodatkowe mocowania i pewne wzmocnienie spoin łóżka. Przeprowadzono drugą, podobną fazę, w której nie zastosowano tych konserwatywnych środków. Wyniki były podobnie zachęcające, z niewielką poprawą w przypadku belek wiążących. Nie stwierdzono pęknięć spowodowanych skurczem.
Podejście do projektowania podpaneli pomiędzy belkami wiążącymi jest proste i zgodne z zasadami norm EN 1996-1-1 i PD 6697. Jednakże zaprojektowanie belek wiążących zgodnie z BS 5628-2 okazało się trudniejsze, a kontrola nagłego uszkodzenia przy ściskaniu, która jest zawarta w BS 5628-2, kontrolowała projekt i doprowadziła do ograniczeń rozpiętości. W żadnej z prób nie stwierdzono oznak nagłego uszkodzenia przy ściskaniu, w związku z czym przeprowadzono serię prób na ścianach o małej wysokości w celu określenia granicznych momentów zginających, które można wykorzystać w projekcie. Z czterech przeprowadzonych testów, najniższy wynik został użyty do zdefiniowania maksymalnego momentu gnącego, do wykorzystania w projekcie i dlatego sprawdzenie użytkowalności nie było wymagane.
Specyfikacja materiałów, projekt i wykonanie zostały zebrane razem w Przewodniku Projektowym, który został opublikowany przez Lucideon w 2009 roku (wtedy Ceram).
Początkowe zastosowanie
Pierwsze znaczące zastosowanie systemu belek wiążących miało miejsce w dużym centrum danych zbudowanym w południowo-wschodniej Anglii, było to idealne zastosowanie dla systemu belek wiążących, ponieważ zawierało długie, nieskomplikowane ciągi wysokich ścian, obciążonych umiarkowanie wysokim obciążeniem bocznym. Centrum zostało zbudowane jako solidny, dwupiętrowy stalowo-betonowy „bunkier”, który w całości mieści się w dużym budynku o konstrukcji stalowej. Wnętrze zostało podzielone na mniejsze pomieszczenia, przy czym wymagano, aby pożar lub eksplozja w jakimkolwiek pomieszczeniu nie rozprzestrzeniała się na sąsiednie obszary.
Rozwiązanie przyjęte do konstrukcji ścian polegało na zastosowaniu długich ciągów ścian z bloczków o grubości 140, z projektowym obciążeniem bocznym 0,5 kN/m2. Ściany te miały typową wysokość 6 m, a w oryginalnym projekcie zastosowano zbrojenie spoin w każdej warstwie oraz słupki przeciwwiatrowe o przekroju kwadratowym 200 x 200 w odległości maks. 4,5 m od siebie. Całkowita ilość użytego muru wynosiła 11,000m2.
Wprowadzenie belek wiążących znacznie zwiększyło dopuszczalną rozpiętość ścian, eliminując wiele pośrednich wiatrownic, chociaż niektóre wiatrownice nadal były wymagane w pobliżu otworów drzwiowych i na nietypowych rozpiętościach. Wykonawca murarski poinformował, że zastosowanie systemu belek wiązarowych przyniosło oszczędności rzędu 15% w stosunku do tradycyjnego systemu słupków wiatrowych.
Chociaż belki wiązarowe pozwoliły na znacznie większy rozstaw słupków wiatrowych, nie było możliwe całkowite ich pominięcie. Kolejnym krokiem było zbadanie pionowej wersji belki wiązarowej.
Badania słupów
Badania słupów przeprowadzono na elementach, które zasadniczo były lokalnie wzmocnionymi pustakami. W każdym przypadku zastosowano dwa pionowe pręty stalowe w pojedynczym pustaku.
Gotowy system składa się obecnie zarówno z belek jak i słupów, prętów przenoszących ścinanie, łączników do mocowania prętów zbrojeniowych do słupów budynku oraz do prętów pionowych w słupach. Wszystkie szczegóły wraz z momentami granicznymi stosowanymi zarówno dla belek jak i słupów zostały zawarte w poprawionym przewodniku projektanta.
Zastosowanie w Centrum Akwatycznym 2012
Kompletny system został po raz pierwszy zastosowany w Centrum Akwatycznym w Londynie w 2012 roku. Projekt ścian był skomplikowany przez kilka czynników:
- dolny poziom jest przestrzenią jaskiniową, a większość ścian miała wysokość 6-7 m
- projektanci określili poprzeczne obciążenie obliczeniowe na poziomie 0.5 kN/m2, z większymi obciążeniami na poziomie balustrady wzdłuż korytarzy ewakuacyjnych
- wiele ścian nie miało pełnej wysokości, a zatem nie było utwierdzenia przy ich głowicy
- w pomieszczeniach znajdowała się duża ilość dużych instalacji rozmieszczonych na wysokim poziomie, tworząc wiele przejść przez ściany o pełnej wysokości.
Przy projektowaniu murów Centrum Akwatycznego, wytrzymałość dodana przez wprowadzenie belek wiążących oznaczała, że ściany mogły rozciągać się znacznie dalej niż zalecany rozstaw spoin ruchowych. Aby uniknąć tego ograniczenia, konieczne było wprowadzenie zbrojenia spoin dylatacyjnych.
Wartość dla klienta
Podział dużych ścian murowanych poddanych dużym obciążeniom poprzecznym można osiągnąć bez szerokiego stosowania słupów wiatrowych. Połączenie projektowania podpaneli z wykorzystaniem wytycznych kodeksowych oraz metody „projektowania na podstawie prób” dla belek i słupów wiązarowych umożliwiło opracowanie metody projektowania stanu granicznego nośności bez konieczności przeprowadzania kontroli użytkowalności. W trakcie programu badań wprowadzono stopniowe ulepszenia w komponentach systemu.
System został z powodzeniem zastosowany w kompleksowym projekcie Centrum Akwatycznego w 2012 roku. Wykonawca robót murarskich stwierdził, że ściany blokowe zostały wzniesione szybciej i taniej niż przy użyciu porównywalnych systemów tradycyjnych. Projekt ten wykazał wartość systemu dla zastosowań z długimi lub wysokimi ścianami o znacznych obciążeniach poprzecznych. Dalsze badania doprowadziły do udoskonalenia wytycznych dotyczących uwzględnienia skutków skurczu.
.