Effektivisering av dekkeløsning i O2-bygget

Abstract

Dette arbeidet fokuserer på å beregne en alternativ dekkeløsning for O2-bygget i Steinkjer. Bygget er under bygging og hensikten med arbeidet er dermed ikke å påvirke byggeprosessen. I bygget benyttes det krysslimt massivtre-elementer med en tykkelse på 220 mm ved de lengste spennene, i tillegg til et påstøp av betong på 70 mm for å tilfredsstille lydkrav. Det lengste spennet i bygget er 6 m. Hensikten med arbeidet er å forsøke å finne løsninger hvor dekket kan spenne opp til 9 meter med formål om å åpne opp for mer gunstige planløsninger. Løsningen skal om ønskelig oppnå et økt spenn uten store økninger i kostnad og miljøpåvirkning. På bakgrunn av den opprinnelige løsningen og formålet med arbeidet rettes fokuset mot to løsninger. En løsning der vi forsøker å øke tykkelsen av massivtreet, og en løsning der vi betrakter betongdelen som bærende og regner en samvikeløsning.

Beregningene for begge løsningene baserer seg på gamma-metoden basert på krav både i bruks- og bruddgrensetilstand. I bruksgrensetilstand beregnes egenfrekvensen av dekket og nedbøyning både for kort- og langtidstilfeller samt nedbøyningen som følge av en punktlast på 1 kN og Anders Homb-kriteriet. For bruddgrensetilstand beregnes spenninger i hvert sjikt. Samtlige utregninger er utført for hånd og ved hjelp av et egenutviklet regneark for fleksibilitet ved endring av inn-data.

Resultatene fra beregningene viser store forskjeller på bruk av kun krysslimt massivtre og et bruk av samvirke. Ved beregning av samvirke tilsier resultatene at material-utnyttelsen er langt bedre enn for alternativet med å øke tykkelsen ved massivtre. Eksempelvis ved lik materialbruk som for referansen kan spennet økes med 31% ved bruk av samvirke. Beregningene betrakter dekket som fritt opplagt, men det er gjort en vurdering med å se på egenfrekvensen på et dekke med kontinuerlig spenn. Resultatet viser store forskjeller på en konservativ (fritt opplagt) og en ikke konservativ (kontinuerlig) betrakting.

For økt tykkelse i den opprinnelige dekkeløsningen vil dekke nå en urealistisk tykkelse lenge før det klarer å håndtere et spenn på 9 meter. Ved å derimot inkludere betongstøpen som en del av det bærende dekket vil materialene kunne utnyttes på en mer effektiv måte, som fører til at dekket kan spennes 9 meter uten en urealistisk økning av tykkelsen selv ved en konservativ betraktning. Det er likevel viktig å påpeke at gjennomførbarheten av denne løsningen er avhengig av at bygningsfysiske krav tilfredsstilles.

The following study focuses on finding an alternative solution for the floor in O2-bygget located in Steinkjer. The building is currently under construction and the purpose with this study is therefore not to influence the construction process. The floor in this building consists of 220 mm thick cross-laminated timer for the longest spans, in addition to this there is a 70 mm thick layer of concrete on top of the wood to satisfy criteria for acoustic performance. The longest span is 6 meters. The purpose of this study is to find a solution which can be implemented to increase the span to 9 meters, with the goal of opening for more favorable layouts for the building. Desirably the solution will allow for an increased span without big increases to cost or environmental impact. With the original floor and the goal of the study in mind, the focus lands on two different solutions. One solution where the thickness of the timber floor is increased, and a solution where the concrete is part of the load-bearing construction as a timber-concrete composite.

The calculations for both solutions are based on the gamma-method and considers criteria for both serviceability and ultimate limit state. In serviceability limit state, the resonant frequency, deflection for both short-term and long-term in addition to the deflection caused by a concentrated load of 1 kN as well as the Anders Homb-criterium, is calculated for the floor. In the ultimate limit state, the tensions and compression in each layer are calculated. All calculations are done by hand with use of spreadsheets to allow for flexibility in terms of changing the in-data.

The results from the calculations show significant differences for the two solutions. When calculating for the composite solution the results suggests that the utilization of the materials used is far better than for the alternative solution. An example of this is that a composite floor composed of the same materials as the reference floor, allows the span to be increased by 31%. The calculations consider the floor as simply supported, but an evaluation of the resonant frequency while considering the floor as continuous has also been done. The results show significant differences in values for the two considerations.

For a solution with increased thickness of the original floor the thickness will become unrealistically large long before the floor is able to handle a 9-meter-long span. On the other hand, including the concrete part of the floor as a part of the load-bearing construction yields results that highly suggests that the span of the floor can be increased to 9 meters without an unrealistic increase in thickness. This holds up even when considering the floor as simply supported, which is conservative. Nevertheless, it’s important to note about these results that the feasibility of the solution is depending on the fact that criteria for acoustic performance are satisfied.