DK164181B - Brandmodstandsdygtig bjaelke af staal i etageadskillelser i samvirke med beton - Google Patents

Description

i

DK 164181 B

Opfindelsen angår en præfabrikeret stålbjælke beregnet som bæreværk til etageadskillelser og da fortrinsvis etageadskillelser af præfabrikerede betonelementer. Bjælken, som har en på sin underside i hver retning udskydende 5 vandret støtteflange, er således udformet, at den i hovedsagen rummes inden for etageadskillelsens tykkelse og på en sådan måde, at der opnås statisk samvirke mellem stålbjælken og en betonstøbning, som passende udføres på byggearbejdspladsen i forbindelse med den normalt fore-10 kommende støbning på etageadskillelseselementerne. Ved sin specielle udformning får bjælken stor stivhed i forhold til stålvægt og konstruktionshøjde, og desuden opnås stor brandmodstand.

15 Stålbjælker bliver mere og mere almindelige som bæreværk til etageadskillelser i etagebygninger. Afhængigt af antallet af etager og den virksomhed, som skal bedrives i bygningen, stilles der sædvanlige krav på mellem 1 og 2 timers brandmodstand til bjælke og etageadskillelse.

20

Konventionel praksis består i, at der anvendes valsede bjælker af I- eller H-profiler, og at etageadskillelsen lægges op på overflangen. En ulempe herved er, at den totale etageadskillelsestykkelse bliver stor. De nedragende 25 bjælker vanskeliggør også ventilations- og ledningsføringer. Endvidere skal bjælkerne brandbeskyttes, så at den nødvendige brandmodstand kan opnås. Dette skal ofte gøres ved beklædning af bjælkerne med f.eks. gipsplader. 1 2 3 4 5 6

Nogle af de ovennævnte ulemper kan mindskes ved, at eta 2 geadskillelseselementer ligges op på bjælkernes under 3 flanger. Herved reduceres den totale etageadskillelses 4 højde, og ventilations- og ledningsføringer forenkles.

5

Brandbeskyttelsen forenkles også, eftersom kun underflan- 6 gen bliver blotlagt for brand, samtidig som bjælkens indre dele holdes kølige på grund af den omgivende beton under lang tids brandpåvirkning. Normalt opnås den nød-

DK 164181 B

2 vendige brandbeskyttelse ved, at bjælkernes underflanger males med brandbeskyttelse. En ulempe herved er, at bjælkens konstruktionshøjde begrænses af etageadskillelsens tykkelse. I visse tilfælde kan dette indebære vanskelig-5 heder med at opnå tilstrækkelig stivhed ved længere spændvidder. Den største ulempe er dog vanskeligheden ved at monteret etageadskillelseselementeme, eftersom elementernes ender skal stikkes ind mellem bjælkeflangerne.

10 For at overvinde især det sidstnævnte problem er der udviklet etageadskillelsesbjælker med lukket kasseprofil og udragende underflanger. Disse fremstilles ved, at fire plader svejses sammen med kontinuerlige svejsninger. En ulempe ved disse bjælker er, at deres fremstilling er dy-15 rere end valsede I- eller H-bjælker med samme vægt eller samme bæreevne, bl.a. fordi fremstillingen kræver dyre specialmaskiner til svejsningen. En videre udvikling af sidstnævnte bjælke er den stålbjælke, som er vist og beskrevet i det svenske fremlæggelsesskrift nr. 448 897.

20 Denne bjælke fremstilles ved, at en overflange og en underflange svejses fast til en H-profils fire flangekanter. H-profilens flanger vil da udgøre kroppen i den nye kassebjælke og H-profilets krop en mellemflange. Denne bjælke kan fremstilles med sædvanlige svejseautomater og 25 er derfor billigere i fremstilling end ovennævnte bjælke med sædvanlig kasseprofil. På den anden side bliver materialeøkonomien som regel dårligere, eftersom de forholdsvis tykke kroppe samt mellemflangen ikke er optimale set ud fra et statisk synspunkt. Bjælkens vægt for en given 30 stivhed eller bæreevne vil derfor i regelen blive højere. Brandmodstandsevnen er eventuelt noget bedre end for den sædvanlige kassebjælke, hvilket skyldes, at de forholdsvis grove kroppe, hvor temperaturstigningen ved brand begrænses, tegner sig for en større del af bæreevnen. På 35 den anden side skal bjælkens underside alligevel males med brandbeskyttelse, hvis brandmodstandstider på 1 time skal opnås, og alternativt udnyttes bjælken ikke statisk 3

DK 164181 B

til de tilladte værdier, hvilket da yderligere forværrer materialeøkonomien.

Ved samtlige de ovenfor omtalte udføreIsesformer er det 5 vanskeligt at opnå nogen større grad af statisk samvirke mellem bjælke og betonstøbning, eftersom denne bliver yderst begrænset omkring bjælken. Statisk samvirke skulle kunne øge brandmodstanden samt bæreevnen og stivheden. Sidstnævnte er yderst vigtigt, eftersom netop stivheden 10 kan være et problem for bjælker, som skal rummes inden for etageadskillelsens tykkelse, på grund af den begrænsede konstruktionshøjde, som er tilgængelig.

Formålet for opfindelsen er at angive en præfabrikeret 15 stålbjælke af den indledningsvis nævnte art, som afhjæl-per ovennævnte problemer ved, at bjælkens udformning medfører, at der opnås et væsentlig statisk samvirke med beton, og at udformningen iøvrigt gør, at underflangen ikke skal males med brandbeskyttelse selv ikke ved yderst sto-20 re krav til brandmodstand.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor 25 fig. 1 er et tværsnit af en præfabrikeret bjælke ifølge opfindelsen, fig. 2 viser bjælken ifølge fig. 1 fra siden, 30 fig. 3 er et tværsnit af bjælken ifølge fig. 1 og 2, hvor denne er monteret på en byggearbejdsplads og støtter to etageadskillelseselementer, fig. 4 er et tværsnit af en anden udførelsesform af bjæl-35 ken ifølge opfindelsen understøttende to etageadskillelseselementer.

DK 164181 B

4 fig. 5 er et tværsnit af en tredie udførelsesform for bjælken ifølge opfindelsen understøttende to etageadskil-lelseselementer, 5 fig. 6 er et skematisk længdesnit gennem en fjerde udførelsesform for en bjælke ifølge opfindelsen, og fig. 7 er en afbildning fra enden og delvis i snit af den i fig. .6 viste bjælke.

10

Fig. 1 viser en bjælke ifølge opfindelsen i tværsnit. Bjælken indbefatter to valsede U-profiier 1, der er anbragt ved siden af hinanden med deres åben sider vendende mod hinanden på en sådan måde, at der dannes en afstand 15 mellem de respektive profilers 1 endekanter. U-profilens 1 krop 2 danner krop i den nye bjælkeprofil, og materialeøkonomisk indebærer dette fordele i forhold til bjælken ifølge SE 448 897, eftersom U-profilens 1 krop er tyndere end H-profilernes flanger. U-profilerne 1 er med deres 20 underflanger 3 fastsvejst mod en pladestøtteflange 4. Til U-profilernes 1 overflanger 5 og vinkelret på U-profiler-nes 1 længderetning er der i forudbestemt afstand fra hinanden fastsvejst organer 6 til forskydningskraftoverføring og statisk samvirke mellem stålbjælken og en sene-25 re udført betonstøbning. Disse organer 6 kan f.eks. udgøres af små vinkeljernprofiler eller armeringsjern. Afstanden mellem disse bestemmes af de aktuelle belastninger. Alternativt kan organerne 6 udgøres af til flangerne 5 eller i området op til disse fastsvejste, udskydende 30 skruer 61, såkaldte tappe, som er skematisk vist med stiplede linier i fig. 2. I bjælkens ender er der fastsvejst en endeplade 7, som overfører bjælkens belastning til f.eks. et stolpeunderlag. Bjælken ifølge opfindelsen kan fremstilles yderst enkelt, eftersom der kan anvendes 35 sædvanlige svejseautomater. I modsætning til de ovenfor beskrevne bjælker af kassebjælketypen kræves blot to langsgående svejsninger i stedet for fire. Til fastsvejs- 5

DK 164181 B

ning af organerne 6 til overflangen 5 kræves blot korte kantsøm. Bjælken kan præfabrikeres på værksted og monteres på byggearbejdspladsen. Efter montagen af etageadskillelseselementer 8 (fig. 3) mod bjælkens støtteflange 5 4, finder betonstøbning 9 sted på etageadskillelsesele menterne. Samtidigt fyldes da bjælkens hulrum og det rum, som findes mellem etageadskillelseselementet 8 og bjælken med beton 10. Via organerne 6, 6' opnås et effektivt statisk samvirke mellem stålbjælken og betonstøbningen, som 10 øger konstruktionens bæreevne og stivhed i betydelig grad i forhold til bjælker af den indledningsvis beskrevne art, og som har samme stålvægt eller konstruktionshøjde.

Udformningen af bjælken ifølge opfindelsen er også gun-15 stig ved brandpåvirkning. En væsentlig del af bæreevnen repræsenteres af U-profilernes 1 underflanger 3. Disse ligger beskyttet af støtteflangen 4. Selv om stål har en høj varmeledningsevne, udgør støtteflangen 4 alligevel en direkte strålingsbeskyttelse for U-profilens 1 flanger 3, 20 og dette i kombination med betonstøbningen med høj varmekapacitet gør, at temperaturstigningen i U-flangerne 3 er langsommere end for eksempelvis underflangerne i konventionelle bjælker af kassebjælketypen. Dette forhold samt at betonstøbningen ved brand overtager en stadig større 25 del af bæreevnen, gør, at bjælken får en betydelig brandmodstand, uden at støtteflangen 4 overhovedet skal brandisoleres.

En udførelsesform for opfindelsen til yderligere at øge 30 bæreevnen og brandmodstanden består i, at der i bjælkens hulrum anbringes et eller flere armeringsjern 11, således som det er vist i fig. 4. Armeringsjernene 11 fastgøres i bjælken, inden organerne 6 fastsvejses, og kan passende hænges op i disse. Armeringsjernene 11 anbringes i en så-35 dan afstand fra bjælkens underside, at de holdes tilstrækkelig kølige for nødvendig brandmodstandstid samtidig med, at afstanden til bjælkens overside vælges til- 6

DK 164181 B

strækkelig stor for at give en effektiv indre vægtstangsarm. Armeringsjern 12 kan også anbringes i nærheden af U-profilernes 1 overflanger 5 for herved at øge stålarealet også inden for bjælkens øvre dele.

5

Yderligere en udførelsesform for bjælken ifølge opfindelsen er vist i fig. 5. Denne kan give extremt lave brandmodstandstider. Et tyndt varmeisoleringslag 13 er anbragt mellem støtteflangen 4 og U-profilernes 1 underflanger.

10 Trods at denne isolering er tynd, giver den sammen med betonstøbningens høje varmekapacitet en radikal forsinkelse af temperaturstigningen ved brand i U-profilernes 1 underflanger 3, hvilket har stor betydning for bjælkens bæreevne og dermed brandmodstand.

15

Yderligere en udførelsesform for bjælken ifølge opfindelsen er vist i fig. 6 og 7, hvor armeringen 11 udnyttes til forspænding af bjælken, hvilket herved giver bjælken en overhøjde. Forspændingen kan f.eks. tilpasses således, 20 at den kompenserer for nedbøjningen af etageadskillelseskonstruktionens egen vægt. Forspændingen kan f.eks. opnås ved, at et armerings jern 11 gøres noget længere end afstanden mellem bjælkens 2 endeplader 7, og at armeringsjernet 11 har gevind i sine endepartier, med hvilket ge-25 vind møtrikker 14 kan samvirke til fastspænding af armeringsjernet 11 mellem endepladerne 7. Med henblik på enkel anbringelse af armeringsjernet 11 mellem endepladerne 7 kan disse være forsynet med aflange spor 15.

30 35

Claims (7)

1. Brandmodstandsdygtig bjælke af stål i etageadskillel-5 ser i samvirke med beton og omfattende to lodrette kroppe (2) og en på undersiden uden for kroppen (2) udragende vandret støtteflange (4) til understøtning af modsatliggende etageadskillelseselementer, hvis overside efter færdigstøbning ligger over stålbjælkens overside, k e n-10 detegnet ved, at kroppen (2) udgør en krop i hver af to U-profiler (1), som er fikseret til støtteflangen (4) med deres åbne sider vendende mod hinanden og med afstand mellem de to U-profilers (1) flangekanter, og at der til U-profilernes (1) overflanger (5) er fikseret fra 15 disse udskydende organer (6, 6') i forudbestemt afstand fra hinanden langs bjælken, hvorved der ved den nævnte afstand mellem de to U-profilers flangekanter tilvejebringes et åbent mellemrum» mellem U-profilerne (1) til fyldning af bjælken med beton (10) ved betonstøbning til 20 opnåelse af statisk samvirke mellem stålbjælken og betonen via organerne (6).

2. Bjælke ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mindst ét armeringsjern (12) er indrettet til fastgørelse 25 umiddelbart op til U-profilernes (1) overflanger (5).

3. Bjælke ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at mindst ét langsgående armeringsjern (11) er indrettet til fastgørelse i mellemrummet mellem U-profilerne 30 (1) over støtteflangen (4), men under den sammensatte profils tyngdepunkt.

4. Bjælke ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at bjælken har et tyndt 35 varmeisolerende lag (13) mellem støtteflangen (4) og U-profilernes (1) underflanger (3). DK 164181 B

5. Bjælke ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at det langsgående arme-rings jern (11) er forlænget et stykke, så at dets totale længde er noget større end afstanden mellem endepladerne 5 (7) således, at det kan forspændes mellem endepladerne (7) ved hjælp af møtrikker (14) mod endepladernes (7) yderside, hvilke møtrikker samvirker med gevind, der er udformet i armeringsjernets (11) endepartier.

6. Bjælke ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der i endepladerne (7) findes et aflangt spor (15) for at lette indføringen af armeringsjernene til forspænding af bjælken ved hjælp af endepladerne (7). 15

7. Bjælke ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de fra overflangerne (5) udskydende organer (6) forbinder overflangerne fortrinsvis vinkelret på bjælkens længderetning i forudbestemt afstand og/eller udgøres af til 20 overflangerne (5) eller i området op til disse fastsvej-ste, udskydende skruer (6'). 25 30 35