Vlakke plaatvloeren met behulp van breedvloerplaten

Vlakke plaatvloeren met
behulp van breedvloerplaten
Ir. ing. Tom Molkens
18-10-2012
Inhoud
•
•
•
•
•
•
•
•
Back to basics
Normtechnische vereisten
Aandachtspunten breedplaatvloeren
Aanvullende regels vlakke platen
Gedrag bij brand
Gedrag bij aardbevingen
Brand na aardbeving
Besluiten
2
Manier van aanpak
• Citaten bestaande normering ([EN] en
Model Code), sterkteleer + reflecties
• Analytische benadering waar mogelijk
• 2D EEM indien toepasbaar
• Volumetrische 3D benadering→interesse?
3
Manier van aanpak
• Normale vloeren
Normen; EN
• Vlakke plaatvloeren
• Vlakke plaatvloeren met vulelementen
Aanvullende voorschriften bvb.
CUR86 & gezond verstand
4
Inhoud
•
•
•
•
•
•
•
Back to basics
Normtechnische vereisten
Aandachtspunten breedplaatvloeren
Aanvullende regels vlakke platen
Gedrag bij brand
Gedrag bij aardbevingen
Brand na aardbeving
5
Back to basics
Bijzonderheden vloer
• Vlak en geen lineair element; normering
meestal toegespitst op lineaire elementen
• Buigstijfheid in 2 richtingen + al dan niet
belangrijk aandeel torsiestijfheid.
• Dikte < overspanning/5 [5.3.1.(4)]
• Doorbuiging < halve plaatdikte.
• Min. wap. = 0,26.fctm/fyk.bt.d>0,0013.bt.d
6
Back to basics
Minimale wapening met fyk = 500 N/mm²
C20/25
C25/30
C30/37
C35/45
C40/50
C50/60
0,0013.bt.d
0,0013.bt.d
0,0015.bt.d
0,0017.bt.d
0,0018.bt.d
0,0021.bt.d
7
Back to basics
Bijzonderheden vlakke plaat vloer
• Geen balken.
• Geen paddenstoelen.
• Meestal ponswapening noodzakelijk.
• Minimale wapening in 2 richtingen.
• Doorkoppelwapening en effectieve
breedte zie [9.3.], [9.4.] + [9.10.].
• Minimale dikte 200 mm
8
Inhoud
•
•
•
•
•
•
•
Back to basics
Normtechnische vereisten
Aandachtspunten breedplaatvloeren
Aanvullende regels vlakke platen
Gedrag bij brand
Gedrag bij aardbevingen
Brand na aardbeving
9
Normtechnische vereisten
Betreffende vloeren
• Om als lineair element te mogen
berekenen [5.3.1.(5)];
• Dit komt niet zo vaak voor; getabelleerde
data of EEM-toepassingen = regel.
10
Normtechnische vereisten
Betreffende vloeren met vulelementen
• Om gebruik te kunnen maken van de
torsiestijfheid [5.3.1.(6)];
• Vb. Airdeck, max.dikte =50+100.4=450mm
11
Inhoud
•
•
•
•
•
•
•
Back to basics
Normtechnische vereisten
Aandachtspunten breedplaatvloeren
Aanvullende regels vlakke platen
Gedrag bij brand
Gedrag bij aardbevingen
Brand na aardbeving
12
Aandachtspunten breedplaten
Kenmerken breedplaat
• Meestal hogere betonkwaliteit breedplaat
dan druklaag.
• Standaard breedte van 2400 mm met dikte
van 5 à 7 cm i.f.v. wapening-inhoud & REI.
• Tralieliggers met tussenafstand <
15.p+125 of 835 mm = min. 3 st /2400 mm
• Koppelwapening
13
Aandachtspunten breedplaten
Invloed betere betonkwaliteit breedplaat
• Betonkwaliteit breedplaat C30/37 met
druklaag C25/30
• Z=(31.15.12,5+33.5.2,5)/(31.15+33.5) =
9,88 cm
• E.20³/12=(31.(15³/12+15.2,61²)+33.(5³/12
+5.7,38²)) of E = 31861 N/mm²
→Resultaat E-modulus bij 20 cm dikke plaat
betekenisvol beter dan druklaag
14
Aandachtspunten breedplaten
Invloed plaatbreedte/voegen.
• Vervormingberekening = integratie M-κ
diagramma: 1/ρ = Mx/E.Ix ≈ d²v/dz²
z
v
v = . . + 4,8 m
5kN/m²
20 cm
. . + . . 15
Aandachtspunten breedplaten
Invloed voegen, verwaarlozen = 4% verschil
3,51
3,60
3,37
invloed mesh?
16
Aandachtspunten breedplaten
Invloed voegen, mesh x 2 = 5,5% verschil
3,42
3,44
3,24
gescheurd?
17
Aandachtspunten breedplaten
Invloed voegen, gescheurd + kruip = 4%
verschil
10,5
10,8
10,1
effectieve wapening?
18
Aandachtspunten breedplaten
Invloed voegen, gescheurd + effectieve
wapening = 4% verschil
10,5
10,7
•
10,1
→Verwaarloosbaar
19
Aandachtspunten breedplaten
Geen lineair doch plaat element, invloed
voeg op torsiestijfheid ?
4,8x4,8 m²
5kN/m²
20 cm
Zonder voeg 6,5 mm
Met 1 voeg 6,6 mm, met 2 voegen 6,7 mm
20
Aandachtspunten breedplaten
Voorstel; orthotroop plaatelement met volle
dikte in draagrichting en druklaag dikte in
dwarse richting
11,0 mm =
bijzonder nadelig?
Evenwel praktisch voordeel + meetresultaat
21
Aandachtspunten breedplaten
Experimentele metingen
H of D1= Dx. Dy &
Dxy= .D1 =
algemeen ?
22
Aandachtspunten breedplaten
Na scheurvorming, met kruip en effectieve
wapening = goede benadering<1% afwijking
Met 1 voeg 39,6 mm,
As=2.335, Ai=2.829 mm²/m
Orthotroop; 39,3 mm
As=2.335, Ai=915+764 mm²/m
23
Aandachtspunten breedplaten
Invloed contactvlak en tralieliggers bij 20 cm
totale dikte, waarvan 5 cm breedplaat.
• Referentiewaarden schuifspanningen
massief beton:
– vRd,c,l=0,12.1.(100.0,005.25)1/3 = 0,28 N/mm²
– vRd,c,h=0,12.1.(100.0,015.25)1/3 = 0,40 N/mm²
• Schuifspanning contactvlak
– vRdi=c.fctd+µ.σn+ρ.fyd.(µ.sinα+cosα)
• Waarde steeds <0,5.0,54.14,17=3,8N/mm²
24
Aandachtspunten breedplaten
Parameters;
Aandeel betonklasse met ruwheid +
normaalspanning + wapening tralieligger.
25
Aandachtspunten breedplaten
Resultaten met 3 tralieliggers/plaat
Beton
Beschrijving
glad
c
µ
c.fctd
µ.sn
r.fyd.()
vRdi
25
30
ruw
0,35
0,60
0,42
0,00
0,20
0,62
geprofileerd
glad
0,45
0,50
0,70
0,90
0,54
0,60
0,00
0,01
0,21
0,24
0,76
0,84
ruw
0,35
0,60
0,47
0,00
0,20
0,68
geprofileerd
gem. bijdrage
0,45
0,50
0,70
0,90
0,61
0,68
71%
0,00
0,01
1%
0,21
0,24
28%
0,83
0,92
→Belang opruwen!
26
Aandachtspunten breedplaten
Resultaten met 4 tralieliggers/plaat +
vergelijking t.o.v. 3/plaat
Beton
Beschrijving
glad
c
µ
c.fctd
µ.sn
r.fyd.()
vRdi
25
30
ruw
0,35
0,60
0,42
0,00
0,27
0,69
geprofileerd
glad
0,45
0,50
0,70
0,90
0,54
0,60
0,00
0,01
0,29
0,32
0,83
0,92
ruw
0,35
0,60
0,47
0,00
0,27
0,74
geprofileerd
gem. bijdrage
0,45
0,50
0,70
0,90
0,61
0,68
65%
0,00
0,01
0%
0,29
0,32
34%
0,90
1,00
109%
Slechts 9% winst
27
Aandachtspunten breedplaten
Resultaten met 4 tralieliggers/Airdeck plaat
+ vergelijking t.o.v. massieve plaat met 4.
Beton
Beschrijving
glad
c
µ
c.fctd
µ.sn
r.fyd.()
vRdi
vRdi,equivalent
25
30
ruw
0,35
0,60
0,42
0,00
0,55
0,97
0,47
geprofileerd
glad
0,45
0,50
0,70
0,90
0,54
0,60
0,00
0,01
0,59
0,66
1,13
1,26
0,55
0,61
ruw
0,35
0,60
0,47
0,00
0,55
1,03
0,50
geprofileerd
gem. bijdrage
0,45
0,50
0,70
0,90
0,61
0,68
48%
0,00
0,01
0%
0,59
0,66
52%
1,20
1,34
0,58
0,65
66%
28
Aandachtspunten breedplaten
Bepaling vEdi + cijfervoorbeeld plaat 20 cm
• Elastisch (SLS)
vEi =
.
.
=
../.
!!!.!!³
.
= 16,88.10-6.VEi
• Plastisch (ULS) = EN & MC
vEid =
#.$
.
=
/.$
=
,&.(().
vEi,SLS > vEid,ULS
met VEid ≈ 1,4 VEi
5,05.10-6.VEid
• Met vulelementen 20x10 alle 30 cm
vEid =
#.$
.
=
((..)/((..).$
=
,&.(().(
14,03.10-6.VEid
29
Aandachtspunten breedplaten
Dimensionering koppelwapening
• Meest geschikte voegindeling voorstellen
• Ruwheid PTV 202 = 15 mm extra verlies
aan hefboomsarm
• Hefboomsregel
– Basis 764 mm²/m in plaat
– 764.(200-35)/(200-50-15-12/2) = 977 mm²/m
– Minimaal 9Ø12 i.vm. kortere overlapping
lengten beter 10Ø12
30
Aandachtspunten breedplaten
Controle met balkmodel + voeg (top blz. 16)
• T.p.v. voeg 14193.0,075/2 = 532 mm²/m
• Net ernaast 6730.0,098/2 = 330 mm²/m
Wapeningtoename > volgens hefboomsarm,
t.g.v. drukwapening → controle t.p.v voeg!
31
Aandachtspunten breedplaten
Bepaling overlappinglengten
• In druklaag C25/30
– Basis 1130 mm²/m = 10Ø12/m
– L0=1.(1-0,15.(50-12)/12).1.1.1,5.418=439mm
• In breedplaat C30/37
– Basis 764 mm²/m = 10Ø10/m
– L0=1.(1-0,15.(30-10)/10).1.1.1,5.363=381mm
• Praktisch 439.2 + speling = 900 mm
32
Aandachtspunten breedplaten
Noodzakelijkheid dwarswapening
• Artikel EN 1992-1-1, 8.7.4.1.
• Tralieligger mag meegenomen worden als
wapening (PTV 202) voor het opnemen
van trekkrachten in de dwarse richting
• Verantwoordbaar?
33
Aandachtspunten breedplaten
Voorbeeldberekening
• Voorgaand Ø12/10 werkend aan
977/1130.435 = 376 N/mm² of 425 kN
• Drukzone C25/30 = 30.1000 mm²/m
• Manteloppervlak = 10.π.12 = 377 mm²/m,
in strip model 2000 mm²/m of fbd/5,3
• Elastische benadering, plastisch =
rechthoekige i.p.v. driehoekige
spanningverdeling of /2
34
Aandachtspunten breedplaten
Voorbeeldberekening met l0/2, l0, l0.2; Nzz
l0/2
l0
l0.2
Resultaat lijkt logisch, doch geen invloed l0
35
Aandachtspunten breedplaten
Voorbeeldberekening met l0/2, l0, l0.2; Nxz
l0/2
l0
l0.2
fbd = 3,48.5,3/2 = 9,22 N/mm² >>2,7 N/mm²
36
Aandachtspunten breedplaten
Stripmodel niet bruikbaar voor grootte orde,
mogelijk wel voor afname over diepte:
Nxz, contactvlak = 2976/3414.2,7 = 2,35
N/mm² >> vRdi (0,62 à 0,84 N/mm²), ook hier
twijfelachtig resultaat. Grens van
mogelijkheden met 2D.
37
Inhoud
•
•
•
•
•
•
•
Back to basics
Normtechnische vereisten
Aandachtspunten breedplaatvloeren
Aanvullende regels vlakke platen
Gedrag bij brand
Gedrag bij aardbevingen
Brand na aardbeving
38
Aanvullende regels vlakke platen
Pons met bepaling β-factor
• β = vermindering factor ui tot ui,eff
39
Aanvullende regels vlakke platen
β-factor
40
Aanvullende regels vlakke platen
ui
EN
fib12
Modelcode 2010? ui
41
Aanvullende regels vlakke platen
Rotatieveerstijfheid toevoegen, maakt
berekende β–factor mogelijk.
Berekende β = 1 tot 3 !
42
Aanvullende regels vlakke platen
Voorbeeld berekeningsmodel:
βP3,3=1,15
βP3,1=1,13
43
Aanvullende regels vlakke platen
Ponswapening
• Veel economischere oplossing mogelijk
• Ductiel gedrag
• Verankering door aangelaste staven of
haak rondom staaf, praktisch?
44
Aanvullende regels vlakke platen
Kenmerken vlakke plaatvloer met
vulelementen (vb. Airdeck)
• Reductie dwarskracht
A x 0,70
• Reductie oppervlakte traagheid:
I x 0,90 te bekomen door aanpassing E
• Reductie weerstandmodulus:
W x 0,80 te bekomen door aanpassing fctm
45
Inhoud
•
•
•
•
•
•
•
Back to basics
Normtechnische vereisten
Aandachtspunten breedplaatvloeren
Aanvullende regels vlakke platen
Gedrag bij brand
Gedrag bij aardbevingen
Brand na aardbeving
46
Gedrag bij brand
Invloed voeg:
• Plaatdikte 5 cm
• Voegbreedte 1 cm
• ISO834
• Isotherm 500°C <blijft onder 1 cm
47
Gedrag bij brand
Eigenaardigheid:
• vRd,c=CRd,c.(1+√(200/d)).(100.ρl.fck)1/3
Door 3e machtswortel afvlakken
temperatuurseffect ?
Oplossing = herschrijven met inbrengen
treksterkte:
• vRd,c=CRd,c.k.(100.ρl)1/3.fctk;0,05.fck1/2/0,21
Dit geeft 0-waarde bij 600°C!
48
Gedrag bij brand
Aanvullende regels EN 1992-1-2:
Waarnemingen bij vlakke plaatvloer na
brandproef:
• Tot op heden geen breuk t.g.v.
splijtkrachten in ribben zoals bij welfsels
49
Inhoud
•
•
•
•
•
•
•
Back to basics
Normtechnische vereisten
Aandachtspunten breedplaatvloeren
Aanvullende regels vlakke platen
Gedrag bij brand
Gedrag bij aardbevingen
Brand na aardbeving
50
Gedrag bij aardbevingen
Verkend wetenschappelijk terrein met
tegenvallende resultaten:
• Test in Italië voor combinatie vloer met
massieve kolomkop + centraal wafelvloer
• Enkel voor gebieden met lage seismiciteit
en q < 1,5 (quasi elastisch); EN 1998-1
• Twijfel over toegepaste β-factoren,
standaardwaarden bepaald voor verticale
lasten geen horizontale.
51
Gedrag bij aardbevingen
JRC Pseudodynamic Earthquake tests on a
Full-Scale RC Flat-Slab Building Structure:
52
Gedrag bij aardbevingen
Voorbeeld berekeningsmodel, FT = Shear:
βP3,3=1,48
βP3,1=1,33
Ex3 = Mx1,6à2
dz ≠ gemeten
53
Inhoud
•
•
•
•
•
•
•
Back to basics
Normtechnische vereisten
Aandachtspunten breedplaatvloeren
Aanvullende regels vlakke platen
Gedrag bij brand
Gedrag bij aardbevingen
Brand na aardbeving
54
Brand na aardbeving
Onontgonnen wetenschappelijk terrein
• Eerste set-ups in India voor ter plaatse
gestorte vloeren.
• Toepassingen in aardbevingsgevoelige
gebieden op dit moment nog miniem:
– transportkost half fabricaat te groot
– kennisgebrek
55
Besluit
• Oplossing met breedplaten voor vlakke
vloeren zonder meer mogelijk.
• Orthotrope berekening = veilige
benandering en voldoet prima gescheurd.
• Belang ruwheid breedplaat.
• Aandacht voor betondrukspanning t.p.v.
voegen.
• Correct gebruik β-factor voor pons.
56
Besluit
Voorstel aanvullende werkzaamheden
• Volume benadering met meer
geavanceerde breukcriteria bvb. DrückerPräger + gescheurd.
• Plastische benadering omwille van brand
en aardbevingen waar energie verdeling
(rekken) belangrijk is.
• Validatie met testen.
57
Einde
Bedankt voor de aandacht
Contact:
[email protected]
Informatie:
www.stubeco.be
58
Studiebureel
Stabiliteit
www.stubeco.be
[email protected]
Appartementen
& kantoren
Renovaties &
herstellingen
Grondkeringen &
bemalingen
Productontwikkeling
Expertise
Opleiding
Industriebouw
Burgerlijke bouwkunde
Fire-engineering
Bruggenbouw
Hoevenstraat 155
3900 Overpelt
011/66.85.00
F. Roosenveltlaan 68/2
1800 Vilvoorde
02/253.27.22