Gestapelde units al dan niet met tussenvoeging van voegmateriaal

Transcriptie

1 Steenconstructies: wat, hoe, waarvoor? Gestapelde units al dan niet met tussenvoeging van voegmateriaal PAGE 1

2 Steenconstructies: stenen, blokken, elementen PAGE 2

6 Steenconstructies: stenen, blokken, elementen Type Vellingblok breedte (mm) 100 hoogte (mm) 168 lengte (mm) 437 Kenmerken Binding middels CO 2 Gebruik van reststoffen Volumieke massa: ca kg/m³ Licht grijze kleur Strak en glad uiterlijk Gegarandeerde CO 2 besparing Verwerking als bij gebruikelijke steenachtige blokken PAGE 6

7 Steenconstructies: voegmaterialen PAGE 7

8 Steenconstructies: voegmaterialen cement mortar (1) lime-cement mortar (2) lime mortar (3) PU-mortel? PAGE 8

9 Steenconstructies: voegmaterialen metselmortel dunbedmortel lijmmortel droogstapeltechnieken PAGE 9

10 Steenconstructies: droogstapelen PAGE 10

11 Basiseigenschappen: sterkte - stijfheid Kan de Burj Khalifa in metselwerk worden gerealiseerd? PAGE 11

12 Basiseigenschappen: sterkte - stijfheid PAGE 12

13 Basiseigenschappen: sterkte - stijfheid Druksterkte is geen intrinsieke materiaaleigenschap Bezwijken treedt op door overschrijding van de treksterkte Druksterkte is de maximaal opneembare drukbelasting van een element met een welbepaalde geo metrie en be proefd volgens een eenduidige proefprocedure (randcondities en be las tingsnelheid) PAGE 13

14 Basiseigenschappen: sterkte - stijfheid Vergelijking beton? PAGE 14

15 Basiseigenschappen: sterkte - stijfheid Metselwerksterkte << steensterkte Characteristic compressive strength f k (EC6 + NA) f k = K. f b α. f m ß N/mm² Design value: f d = f k /γ M PAGE 15

21 Steenconstructies: wat, hoe, waarvoor? PAGE 21

23 Basiseigenschappen: sterkte - stijfheid EC6 E = K E f k E modulus of elasticity in N/mm 2 ; f k characteristic value of compressive strength of masonry in N/mm 2 ; NA NL: K E = 700 voor CS44: E= MPa (NEN: E = 900 f k ) PAGE 23

24 Basiseigenschappen: sterkte - stijfheid Stress- strain relationship (1) For the analytical design of masonry cross- sections the stress- strain relationship may be taken as linear, bilinear, parabolic, parabolic- rectangular or rectangular (Figure 3.2 a). The choice of the design diagram depends on the unit materials used and the grouping of the units (table 3.x): n ε σ = f 1 1 for 0 ε < ε ml (3.x) ε ml σ = f for ε ml ε ε mu (3.x) Proposal TU/e σ: compressive stress in masonry (compressive stress is positive) f: compressive strength of masonry ε: strain of masonry corresponding to the compressive stress σ (contraction is positive) ε ml: elastic strain of masonry according to table 3.x ε mu: limiting compressive strain of masonry according to table 3.x n: exponent according to table 3.x (1 for linear behaviour; 2 for parabolic behaviour) 1,2 1, ,8 0,8 σ/f d 0,6 σ/f d 0,6 0,4 0,4 0,2 0, ε (mm/m) ε (mm/m) a. b. Figure 3.2.a Various stress- strain relationships for masonry loaded in compression according to formula 3.x and 3.x : (a) bilinear; (b) parabolic- rectangular PAGE 24

25 Berekening van steenconstucties Jonge wetenschap Veel parallellen met ongewapend beton: poging om berekeningen op elkaar af te stemmen: EC2-EC6 Veel meer variaties: σ-ε-diagram PAGE 25

26 Berekening van steenconstucties Uitdagingen voor ongewapend metselwerk: spanningsresultante binnen de doorsnede houden (druksterkte is veelal niet zo maatgevend) 1,00 ν 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0, : LE 2: bilinear 2,5-3,5 3. parabolic-rectangular 0,20 0,10 2,0-3,5 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 e/t e/h 0,35 0,40 0,45 0,50 4. rectangular PAGE 26

27 Berekening van steenconstucties bepalen van de excentriciteiten = grootste uitdaging (invloed scheurvorming) q V N e = M/N M L PAGE 27

28 Berekening van steenconstucties Schuifsterkte bepalen Hoe initiële schuifsterkte verzekeren? Design value of shear resistance: V Sd < V Rd = f vd. t. l c PAGE 28

29 Berekening van steenconstructies Limit state principle EN Accidental actions from impact and explosions EUROCODE 6 - ONTWERP EN BEREKENING VAN STEENCONSTRUCTIES EN NEN-EN Eurocode 6 - Ontwerp en berekening van steenconstructies januari 2006 Deel 1-1 Algemene regels voor gebouwen - Regels voor gewapende en ongewapende steenconstructies EN NEN-EN Eurocode 6 - Ontwerp en berekening van steenconstructies juni 2005 Deel 1-2 Algemene regels - ontwerp en berekening van constructies bij brand EN NEN-EN Eurocode 6 - Ontwerp en berekening van steenconstructies januari 2006 Deel 2: Ontwerp, materiaalkeuze en uitvoering van constructies van metselwerk EN NEN-EN Eurocode 6 - Ontwerp en berekening van steenconstructies januari 2006 Deel 3: Vereenvoudigde berekeningsmethoden voor constructies van ongewapend metselwerk NPR 9096: NCCI for NL Old Dutch Standard: NEN 6790 NPR 6791 EN 1998: Earthquake resistant design of structures PAGE 29

30 Berekening van steenconstructies compressive strength of unit f b compressive strength of mortar f m characteristic value of compressive strength of masonry f k design value f d = f k / γ M reduction for eccentricity reduction for 2 nd order effect design value of load bearing capacity of wall N Rd = φ b t f d PAGE 30

31 Berekening van steenconstructies Verification at top and bottom (1 st order) Verfication at mid-height (2 nd order effect) PAGE 31

32 Berekening van steenconstructies 1,00 0,90 0,80 0,70 0, ν 0,50 0,40 2 0,30 0,20 1 0,10 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 e/t e/h 0,35 0,40 0,45 0,50 PAGE 32

33 Berekening van steenconstucties Biaxiale belasting kolommen in ongewapend metselwerk Unreinforced masonry in terms of eccentricity Parabolic-rectangular σ ε-diagram Linear elastic σ ε-diagram 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 parabolic rectangular 2,0%- 3,5 b/t = 1,0 - ω = 0,0% ν = relative eccentricity ey/t Nd b t fd 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 relative eccentricity ey/t 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 LE 2,0% b/t = 1,0 - ω = 0,0% ν = Nd b t f d 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,1000 0,8 0,9 0,1000 0,8 0,9 0,0000 0,0000 0,0000-0,1000-0,2000-0,3000-0,4000-0,5000 0,0000-0,1000-0,2000-0,3000 relative eccentricity e x/t relative eccentricity e x/t M σ σ d M f d d f m µ = 2 µ = 2 b t fd b t fd - 0,4000-0,5000 2,0 3,5 ε εu ε PAGE 33

34 Berekening van steenconstucties Complexe doorsneden Hollow rectangular sections Hollow circular sections t b t w t w t w linear σ ε - diagram ε l = 1,30 ε u = 1,30 D= ε u/ ε l = 1,00 - t D ν = N/(A.f d) linear σ ε - diagram tw = (D- d)/2 ε l = 1,30 ε u = 1,30 D= ε u/ ε l = 1,00 - µ = M/(A.f d.t) 1 0,9 t w /t 0,8 0, , ν 0, , , , ,1 0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 µ 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 ν 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 e/t 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 t w /t ν = N Af d 1 0,9 0,8 0,7 0,6 ν 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,00 0,01 0,02 d 0,03 0,04 0,05 D 0,06 0,07 µ 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 t w /D ν 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00 0,05 ν = N/(A.f d) 0,10 0,15 0,20 0,25 e/t 0,30 µ = M/(A.f d.t) 0,35 0,40 0,45 0,50 t w /D t 1 b t w t w t w rectangular σ ε - diagram (stress block) ε l = 0,00 1,00 ε u = 3,50 µ = M Atf d 1 t d rectangular σ ε - diagram (stress block) tw = (D- d)/2 ε l = 0,00 ε u = 3,50 1,00 0,9 0,8 t w /t 0,90 0,80 t w /t 0,9 0,8 t w /D 0,90 0,80 t w /D 0,7 0,6 ν 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 µ ν 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 e/t 0,30 0,35 0,40 0,45 0, ,7 0,6 ν 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 µ 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0, ν 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 e/t 0,30 0,35 0,40 0,45 0, PAGE 34

35 Sterke en zwakke eigenschappen Sterke punten - Goedkoopste bouwmateriaal - Multifunctioneel: dragend, thermisch isolerend, thermische inertie, akoestisch isolerend (soms absorberend, visueel afscheidend (soms CO 2 - absorberend), brandveilig, recycleerbaar - Lokale productie: duurzaam, eenvoudig verkrijgbaar - Geen bekisting nodig - Eenvoudig aanpasbaar (verbouwingen) - Intelligent materiaal (spanningsherverdeling door scheurvorming) - grote sterktereserve (boogwerking) PAGE 35

36 Sterke en zwakke eigenschappen Zwakke punten - Mortelvoegen vereisen verhardingstijd - Niet uitvoerbaar bij vriesweer - Veel handenarbeid vereist (vakkennis vereist) - Schuifsterkte is kritisch - Gebrek aan kennis over constructieve eigenschappen van steenconstructie PAGE 36

37 Samenwerking met andere materialen Invulwanden PAGE 37

38 Samenwerking met andere materialen Invulwanden PAGE 38

39 Samenwerking met andere materialen Hoge wandliggers PAGE 39

40 Samenwerking met andere materialen Samengestelde lateien PAGE 40

41 Nieuwe ontwikkelingen Ø new units for structural masonry Ø new mortars for structural masonry Ø new building techniques Ø new structural systems Ø new design rules PAGE 41

42 Nieuwe ontwikkelingen Rekenmethoden: Complexe doorsneden: 2 de orde effecten 1,0 0,9 circular cross section M u 0,8 e u 0,7 0,6 H φ 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 H/t e l =0.05t M l DM 0.05 DM 0.10 DM 0,15 DM 0.20 PAGE 42

43 Nieuwe ontwikkelingen Boogwerking bij laterale belasting q V ad =q l a /2 V ad =q l a /2 q = 8N Rd ( t l 2 2δ x) G PAGE 43

44 Nieuwe ontwikkelingen Nieuwe richtlijnen voor dilateren van ongewapende en gewapende wanden Criterion 1: expansion L 1 Δv = ε + Criterion 2: contraction L 2 = PAGE 44