SE506073C2 - Prefabricerat byggnadsfasadelement - Google Patents

Description

506 10:73 Till exempel kan temperaturen anges som funktion av tiden t enligt Temp=M+A x sin(2 x pi x t/T) Dämpning, fasförskjutning.

Om solen lyser pà en utsida av en yttervägg kommer väggens yttre del naturligtvis att variera kraftigt i temperatur allteftersom solintensiteten varierar. Ett stycke in i väggen blir inverkan mindre, man säger att svängningen dämpas.

Man kan anta att dá solen lyser som intensivast kommer det också att bli som varmast pà utsidan, säg kl. 12 pà dagen. Ett antal timmar därefter blir det en viss temperaturhöj- ning pà insidan. Tidsförskjutningen brukar kallas fasförskjut- ning. j Man kan alltsà säga att klimatfaktorerna pàverkar en byggnadsdel pà ett sätt som kan ge báde dämpning och fas- förskjutning.

Från praktisk synpunkt gäller alltså att ett fasadskikt blir pàverkat av fasförskjutning och dämpning i liten grad medan de inre delarna av en yttervägg blir pàverkade pà ett mera dämpat sätt. Detta får till följd att skillnader i rörelser och förskjutningar komer att uppstà mellan t.ex. en väggs fasad- skikt och den bakomliggande konstruktionen.

Fri och mothàllen krympning Om en byggnadsdel krymper (sväller) och om det förutsätts att denna krympning kan ske utan nagot mothàll, upp- stàr inga spänningar och därmed inte heller i allmänhet nàgra problem.

Man brukar skilja pà fri krympning och olika grader av mothàllen krympning. Speciellt vid jämförelse mellan olika blandningsrecept och liknande görs jämförelse efter princi- pen fri krympning. Allmänt kan sägas att blandningsrecept som ger liten krympning bör eftersträvas.

Bestämning av fri krympning mäste ske pà ett sätt som medger materialet att i det närmaste fritt kunna röra sig under krympningsförloppet. 506 073 Den fria krympningen kan vara betydligt större än mothàllen krympning. Det kan antas att den första delen av den fria krympningen över huvud taget inte utbildas vid försök med mothàllen krympning beroende pà att materialet kan ta upp krymp- ningen som plastiska deformationer.

SE,B, 335217 avser ett fasadelement som är upp- byggt av olika material och med förbindningsstag däri för att sammanhàlla de olika materialskikten. En ram bildad av U-balkar inneslutes i urtagningar i isolermaterialet. Därvid utförd ram är förbunden med en ytterskiva med materialet i de olika skikten bestående av betong och att armering saknas i sargen. Detta fasadelement tillåter emellertid ej fri krympning och är även komplicerat.

Spänningar, osynliga sprickor.

Ett problem ligger i att stal är ett mycket enty- digt material medan puts är mera obestämt och variabelt. Det innebär att t.ex. E-modulen kan variera inom ganska vida gränser för puts.

Eftersom puts liksom andra cementbaserade material har en liten draghàllfasthet i förhållande till tryckhàllfast- heten kan konstateras att den beräknade pákänningen är stor.

Slutsatsen av detta är nog att det inte sällan blir en fin struk- tur av sprickor även i väl fungerande och varaktiga putsskikt.

Synliga sprickor.

Fina sprickor kan tänkas förekomma i nästan alla putsskikt och sådana är normalt inte skadliga.

Fràgan blir dä varför det ibland blir vida sprickor i puts. a) Om putsbäraren, till exempel murverk spricker, eller har sprickor ligger det nära till hands att ett putsskikt pà en sàdan putsbärare också spricker. b) Antag att ett putsskikt är anbringat pà ett murverk. Pà grund av att putsskiktet utsätts för relativt stor krympning uppstàr 506 073 spjälkspänningar mellan murverket och putsen. Om vidhäftningen inte är tillräcklig kan så kallad bom uppstå och den krympning som utbildas över området med bom kan samlas i en relativt vid och synlig spricka. c) Putsskikt på fast eller eftergivligt underlag: Den första varianten har beskrivits ovan. Den andra varianten svarar i sin mest renodlade form mot puts på mjuk mineralull och att putsens egentyngd förs till en bakomliggande stomme via lätt förskjutbara infästningar. I ett sådant fall kan putskakan krympa och svälla utan att det behöver bli några pàkänningar i putsen vilka kan ge upphov till sprickor. Om man emellertid skulle misslyckas med konstruktionen så att oavsiktlig fasthàllning uppstår, kan ensta- ka vida sprickor bildas. Det beror på att krympning över ett stort putsfält kan samlas i en enda vid spricka.

Spänningskoncentrationer, armering.

Det är självklart att ett putsfält börjar spricka i de områden av fältet där pàkänningen är störst.

Man kan se spänning i ett material som ett flöde (spänningsflöde). Vid en areaminskning mäste flödet koncentreras.

I t.ex. fönsterhörn uppstår extra stor spänning. Det beror på att spänningslinjerna där måste krökas och därigenom komma att bli ihopträngda i "kurvan". Ska det uppstå en spricka i ett fasadfält uppkommer den sannolikt vid ett fönsterhörn. Armering av puts kan ske i olika omfattning. Ett första steg kan vara att lägga in armering där särskilda spänningskoncentrationer kan förväntas.

Nästa steg är att man armerar över det hela men ändå lägger en förstärkt armering där spänningskoncentrationer kan förväntas.

För att armeringen ska vara verkningsfull måste den vara till- räcklig i mängd. Man kan säga att det finns ett tröskelvärde under vilket man inte bör gà, eftersom man under tröskelvärdet troligen inte får någon nämnvärd verkan av armeringen.

Armering av puts torde i allmänhet ha till syfte att vara sprickfördelande.

Villkoret för sprickfördelande verkan kan formule- ras: För att en armering skall bli sprickfördelande = 5 S06 073 måste den dragkraft som finns i putskakan strax före uppsprick- ning kunna tas upp av armeringen. Man kan alltså formulera kravet på sprickarmering enligt: A x f P ctk yk p Ap area tvärsnitt, puts As area tvärsnitt, stål (armering) dp tjocklek puts Eck karakteristiskt värde på E-modul, betong fctk karakteristiskt värde på draghållfasthet, betong (t står för drag) Fyk karakteristiskt värde på flytgränsen för stål (karakteristiskt värde är egentligen en statistisk storhet som används för att ange hàllfasthetsvärden, innebörden är till exempel att angivet värde underskrids med sannolikheten 5%) c är avstånd mellan armeringstrádar (centrumavstånd) Ac betongarea, index c står för betong Man kan säga att armeringsandelen (As/Ap) av tvärsnittet måste vara större än kvoten (fctk/fyk). Behovet av armering ökar alltså med putsskiktets tjocklek och med draghållfastheten hos putsen.

Huvudändamàlet med den föreliggande uppfinningen är således i första hand att åstadkomma ett prefabricerat bygg- nadsfasadelement som effektivt och enkelt löser sagda problem med sprickbildning utmed elementets utsida.

Sagda ändamål uppnås medelst ett element enligt föreliggande uppfinning som i huvudsak kännetecknas därav, att ytskivan och innerskivan är anordnade sammanbundna med varandra via rostfria armeringsstegar, att innerskivan, som bildas av lättklinkerbetong, är fast förbunden med en kring isoleringen sig sträckande sarg av lättklinkermaterial och är försedd med invän- dig armering sträckande sig in i sargen varvid ytskivan med på- lagd armering och utvändigt ytskikt är anordnad fasthållen av den sagda innerskivan med tillhörande sarg för att kunna upptaga de krafter som ger upphov till periodiska rörelser.

Uppfinningen beskrives nedan sàsom föredragna utföringsexempel, varvid hänvisas till de bifogade ritningarna pà vilka 506 Évs Fig l visar byggnadsfasadelement enligt uppfin- ningen i verksamt läge hos en avbildad byggnad, Fig 2 visar ett horisontalsnitt utmed tvà samman- fogade element, Fig 3 visar ett vertikalsnitt utmed omradet av varandra mötande element och bjälklag vid omradet som har beteckningen III, Fig 4 visar ett tvärsnitt utav ett element enligt uppfinningen, Fig 5 visar exempel pà känd teknik med tidigare tillämpat frikrympningsförfarande hos ett väggytterskikt, och Fig 6 visar ett ytterligare exempel enligt uppfinningen.

Byggfasadelementet enligt föreliggande uppfinning är uppbyggt genom följande delkännetecken: A) att ytskivan 6 och innerskivan 5 är anordnade sammanbundna med varandra via rostfria armeringsstegar 9, B) att innerskivan 5, som bildas av lättklinker- betong, är fast förbunden med en kring isoleringen 3 sig sträckande sarg 8 av lättklinkermaterial och C) är försedd med invändig armering 9 sträckande sig in i sargen 8 D) varvid ytskivan 6 med pálagd armering 10 och ut- vändigt ytskikt ll är anordnad fasthàllen av den sagda inner- skivan 5 med tillhörande sarg 8 för att kunna upptaga de krafter som ger upphov till periodiska rörelser.

Därigenom tillàtes fri krympning vid sagda bildade byggnadselement som är enkelt bàde vad gäller framställning som uppbyggnad och användning.

Ett s.k. prefabricerat byggnadsfasadelement l, som bildas av en invändigt i ett utrymme 2 hos elementet l mottagen termisk isolering 3, som omgives av en in mot en avsedd byggnads inre 4 vänd innerskiva 5 och en ut fràn sagda byggnads inre 4 vänd ytskiva 6, som sàledes är avsedd att vetta mot det fria 7, har enligt föreliggande uppfinning innerskivan 5, och ytskivan 6 fasthàllna säkert till varandra. Närmare bestämt är innerskivan 5, som bildas av lättklinkerbetong, fast förbunden med en kring isoleringen 3 sig sträckande sarg 8, som även den bestàr av lätt- klinkermaterial, och vilken innerskiva 5 är försedd med invändig 506 073 armering 9 och som sträcker sig in i sargen 8.

Därvid är ytskivan 6 med i nàgot skede pálagd armering 10 och utvändigt ytskikt 11 anordnad fasthàllen av den sagda innerskivan 5 med tillhörande sarg 8 för att kunna upptaga de krafter som ger upphov till periodiska rörelser, d.v.s. krymp- ning eller svällning hos sagda element 1.

Därigenom löses effektivt problemet med uppkomman- de spänningar och att minska sprickrisker i det utvändiga yt- fasadskikt 11 av puts som blir anbringat pà elementet 1, pà plat- sen när elementet 1 rests och monterats fast pà avsedd önskad plats.

Elementet 1 kan närmare bestämt bestà av en inner- skiva 5 vars hàllfasthet anpassas till de laster som elementet 1 avses bära och med en tjocklek A som varierar fràn exempelvis 100 till 120 mm.

Den termiska isoleringen väljes företrädesvis av cellplast med en lämplig tjocklek B av exempelvis 120 till 150 mm.

Ytskivan 6 bestàr företrädesvis även av lättklin- kermaterial vars hàllfasthetsklass är K5, och med en tjocklek C som varierar mellan c:a 50 och 80 mm.

Närmare bestämt uppvisar ytskivan 6 invändig arme- ring s.k. sprickarmering 10 för att uppdela eventuellt uppkomman- de sprickor hos ytskivan 6 och dess vattentäta putsskikt 11 av lättklinkerbetongmaterial till att bli fler och finare sprickor än tidigare. Sagda armering 10, 9 i ytskivan 6 och även i inner- skivan 5, som lämpligen utgöres av ett centriskt placerat arme- ringsnät med exempelvis ø5cc 200mm, är fast förbunden med sargen 8. I övrigt är armeringen 9, i innerskivan 5 anpassad till behoven för att klara bärförmägan. Armeringen i varje vertikal- snitt är konstant vilket innebär att armeringsmängden är ökad runt fönster och andra öppningar genom elementet 1.

Mellan sagda ytskiva 6 och innerskiva 5 finnes armeringsstegar 9 anordnade för att sagda skivor 6, 5 skall vara samanbundna med varandra via dessa armeringsstegar. De utformas lämpligen i rostfritt stàl Q 4,5 mm vertikalt orienterade med cc 1000 och ingjutes i respektive skiva 6, 5.

Det sagda byggnadsfasadelementet 1, som kan ha en < 506 673 höjd pà upp till c:a 2,7 m och vara c:a 6 m làngt och brukas för byggnader framställes genom gjutning. Först gjutes innerskivan 5, som förses med sarg 8 kring fönster etc. och vid vertikala elementfogar 12. I den sagda sargen 8 lägges en armeringsstege 9 varefter termisk isolering 3 placeras mellan armeringsstegarna.

De sagda armeringsstegarna 9 sticker upp ett stycke varigenom yt- skivan 6 vid gjutning av densamma blir kopplad till det inre hos elementet 1.

Den sagda ytskivan 6 är således fast förbunden med innerskivan vid vertikala skarvar 12.

Elementen 1 har sàledes utvändigt färdig fasad, borstad eller slät betong alternativt att de bestàr av lättklin- ker som underlag för putsning pà platsen efter uppmonteringen, varigenom man erhàller en skarvfri fasad.

Som ytskikt ll hos elementen 1 utmed byggnadens fasad 13 har en armerad tjockputs använts. Putsskiktet bestàr därvid av stockning och ytputs, med total tjocklek av c:a 20 mm.

Armeringen 10 för ytskivan 6 kan bestà av ett galvaniserat puts- nät med maskvidd av exempelvis 20 mm och med tràddiameter av 1 mm.

En sàlunda àstadkommen byggnadskonstruktions beteende fràn byggnadsfysikalisk synpunkt kan beskrivas enligt följande: Klimat: En ytterväggs yttre del blir utsatt för kraftig klimatpåverkan. Det gäller bàde temperatur och fuktpàverkan. Mot väggens insida avtar pàverkan. Det innebär att innerskivan bàde termiskt och fukttekniskt i det närmaste kommer att befinna sig i inomhusklimat. Relativt ytterskivan kan man säga att innerskivan snarast befinner sig i ett konstant klimat.

Alla material även lättklinkerbetong och puts krymper och sväller.

Den första icke periodiska krympningen är gemensam för alla cementbaserade material. Denna krympning gär snabbt i början, och tillkommande krympning under andra àret är endast nägra procent av värdet för första àret. Man kan säga att det mesta händer under de första månaderna. h kb 506 073 Beroende pà klimatvariationer (över dygn och àr) kommer de olika skikten i en yttervägg att omväxlande krympa och svälla. Sådana rörelser brukar kallas periodiska.

Man kan av det sagda dra slutsatsen att en fràn rörelsesynpunkt olämplig konstruktion har hög sannolikhet för att spricka upp redan under första àrscykeln.

Rörelser och pàkänningar.

Om sàväl innerskivorna 5 som ytskivorna 6 helt följes àt i sina rörelser blir det inte nägra pàkänningar.

Fràgan är vad som händer om innerskivan 5 är orör- lig och ytskivan 6 krymper, dä ytskivan 6 är fast förbunden med innerskivan 5 via sargerna 8 vid fönster och vertikala skarvar 12. När skivan 6 krymper mer blir krympningen förhindrad pà grund av fasthállning. Resultatet blir att en dragpàkänning i ytskivan 6 uppstår. Vid full fasthàllning blir pàkänningenó=E X6.

Förväntad krympning är beroende av det klimat vari konstruktionen befinner sig. Sålunda anges för visst material krympning vid inomhusklimat bli 0,7 till 1,0 promille, och för utomhusklimat 0,4 till 0,6 promille. Högre U-värde ger nagot mindre krympning.

De angivna krympvärdena är sà pass stora att man inte kan räkna med att de ska kunna tas upp i form av pákänningar i lättklinkerbetongen.

Med en densitet ro = 1200 (kg/m3) erhålls ungefär: fCtk=0,6 (MPa) och Eck = 9,2 (GPa) = 9200 (MPa) En krympning pà exempelvis 0,25 promille skulle ge en pàkänning vid förhindrad krympning 0,00025 x 9200=2,3 (MPa), d.v.s. làngt över fctk. Redan en mycket obetydlig krympning med- för att draghàllfastheten överskrids. Den krympning som mäste klaras är inte bara den icke periodiska utan också den krympning (svällning) som periodiska pàverkningar ger. Sàledes löses detta genom att skivan 6 sprickarmeras 10 i syfte att fördela oundvik- liga sprickor sä att de blir flera och därmed fina. Den inre skivan 5 dimensioneras med hänsyn till last eller ges miniarme- ring 9.

För att en armering 10 ska bli sprickfördelande z sne 673 mäste den dragkraft som finns i ytskivan 6 strax före uppsprick- 10 ning kunna tas upp av armeringen 10. Man kan alltsà formulera kravet pà sprickarmering enligt ctk k Antag K5 och fctk ungefär 5/6 = 0,83 (MPa) 0,05 x 0,83 < (1000/200) x (pi x 0,005 x 0,005/4) x 500 0,04 < 0,05 vilket det bör bli För stàlet har antagits fy = 500 (MPa) k Vid överslagsberäkningar används här karaktäris- Ac x f < As x fy tiska värden eftersom syftet är att studera konstruktionen fràn materialsynpunkt.

Om villkoret ovan är upfyllt förhindras smà fina sprickor att fortsätta vidgas eftersom sträckgränsen i armeringen 10 inte uppnàs. Fortsätter töjningen blir det istället en ny spricka ett stycke ifrán den första. För att det skall fungera pà beskrivet sätt mäste förekommande krafter överföras mellan yttre armering 10 och innerskiva 5.

Sargen 8 kan ta upp de krafter som krympning (eller svällning) kan ge. Den kommer frän statisk synpunkt att fungera som en kort konsol.

I Fig 5 visas exempel pà hur en skiva, som är anordnad fri ländändras (blir kortare) pà grund av fri krympning.

Föredraget utföringsexempel som visas pà ritningarna i Fig 6 har sargen 8 anordnad att sträcka sig enbart utmed det sagda bildade elementets omkrets. Ytskivan 6 och inner- skivan är därvid anordnade sammanbundna med varandra enbart via en mittbelägen armering 9, företrädesvis angivna stegar, och som ät sidorna är omgiven av den termiska isoleringen 3. Sàledes finnes ingen sarg vid detta föredragna utförande av det prefabri- cerade byggnadsemementet l.

Putsen.

Traditionellt har man putsat pà tegelmurverk eller annat murverk. Detta kan karaktäriseras som puts pà fast under- lag. Även teknik som gör det möjligt att anbringa putsskikt pà till exempel mineralull är känd. Detta kan betecknas som puts pà eftergivligt underlag. Avgörande för om det skall bli fraga om ä H sne 073 den ena eller andra principen är hur relationen mellan putsen respektive underlagets fasthet är beskaffat.

En puts pà ytskivan 6 kommer här att fungera efter principen puts pá fast underlag. Det innebär att risken för sprickor mellan elementskarvar och i övrigt är liten. En förut- sättning härför är dock att den tidigare nämnda sprickfördelande armeringen finns. Det bör här också beaktas att en god sprickför- delande funktion hos armeringen förutsätter att spänningskoncent- rationer kring fönsterhál m.m. i rimlig omfattning möts med för- stärkt armering.

Vid puts pà fast underlag kan man naturligtvis inte utesluta att ett mönster av knappt synliga sprickor (mikro- sprickor) uppkomer. Sàdana sprickor kan normalt inte anses skad- liga.

Stomme relativt fasadskikt Av särskild betydelse är här att ta upp fragan hur aktuell konstruktion skiljer sig fràn fasadskikt bestàende av murstenar. En skalmur som fasadskikt pa en flervàningsfasad ställs normalt pà en sockelmur eller pà en konsol. Ett sådant fasadskikt kommer att röra sig i förhållande till den bakom- liggande stommen i proportion till skalmurens sammanlagda höjd.

För t.ex. höjden 5 vàningar kommer murens överkant att få rörel- ser frán hela höjden d.v.s. c:a 14 m. En sàdan fasadmur maste förbindas med den bakomliggande stommen pà ett sätt som medger att fasadskiktet kan förskjutas nära nog fritt. Detta kan upp- fyllas genom använding av för ändamålet avpassade kramlor.

Aktuell konstruktion far i stället en funktion innebärande att fasadelementen 1 kan anses verka huvudsakligen var för sig.

Allmänt kan därför sägas att det inte kan bli nagra sprickor i elementskarvar om fasadelementet och stommen krymper i lika grad.

Uppfinningen är emellertid ej begränsad till det ovan beskrivna och pà ritningarna visade utföringsexemplen av byggnadsfasadelement utan kan varieras inom ramen för patent- kraven utan att uppfinningstanken fràngàs.

Claims (8)

12 506 673 P a t e n t k r a v

1. l. Prefabricerat byggnadsfasadelement (1), som bildas av en invändigt i elementet mottagen termisk isolering (3), som omgives av en in mot en avsedd byggnads inre (4) vänd innerskiva (5) och en ut fràn sagda byggnads inre (4) vänd ytskiva (6), kännetecknat därav, att ytskivan (6) och innerskivan (5) är anordnade sammanbundna med varandra via rostfria armeringsstegar (9), att innerskivan (5), som bildas av lättklinkerbetong, är fast förbunden med en kring isoleringen (3) sig sträckande sarg (8) av lättklinkermaterial och är försedd med invändig armering (9) sträckande sig in i sargen (8) varvid ytskivan (6) med pàlagd armering (10) och utvändigt ytskikt (ll) är anordnad fasthàllen av den sagda innerskivan (5) med tillhörande sarg (8) för att kunna upptaga de krafter som ger upphov till periodiska rörelser.

2. Element enligt patentkrav l, kännetecknat därav, att ytskivan (6) uppvisar invändig armering (10) i form av galva- niserat putsnät, som är fast förbunden med sargen (8).

3. Element enligt nàgot av ovan angivna patentkrav kännetecknat därav, att ytskivan (6) innefattar ett vattentätt putsytskikt (ll) av lättklinkerbetong.

4. Element enligt nàgot av ovan angivna patentkrav, kännetecknat därav, att den sagda ytskivan (6) innefattar sprick- armering, sà att eventuella uppkommande sprickor uppdelas till att bli fler och finare än tidigare.

5. Element enligt nàgot av ovan angivna patentkrav, kännetecknat därav, att ytskivan (6) är fast förbunden med inner- skivan (5) via vertikala skarvar (12).

6. Element enligt nagot av ovan angivna patentkrav, kännetecknat därav, att en sarg (8) sträcker sig kring fönster och vid vertikala elementfogar (12).

7. Element enligt patentkrav 6, kännetecknat därav, att i sargen (8) är ett antal armeringsstegar inlagda med en cellplastskiva (3) mottagen mellan sagda armeringsstegar (9). : 13 506 073 Element enligt nàgot av ovan angivna patentkrav, kannetecknat därav, att i sargen (8) sträcker sig enbart utmed

8. det sagda elementets omkrets varvid ytskivan (6) och innerskivan (5) är anordnade sammanbundna med varandra enbart via armeringen (9) omgiven av isoleringen (3) (Fig 6).