SE546101C2 - Balk av stål avsedd att tillsammans med betong forma ett bjälklag - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser en balk av stål avsedd att tillsammans med betong forma ett bjälklag. Balken innefattar en underfläns (2) och en ihålig överdel (l) som är sammanfogad med underflänsen (2) så att ett utrymme (14) avsett att fyllas med betong bildas mellan överdelen (l) och underflänsen (2). Överdelen (l) innefattar en toppdel (la) som sträcker sig parallellt med underflänsen (2), och två livdelar (lb) som sträcker sig mellan toppdelen (la) och underflänsen (2). Överdelen (la) är utformad i ett stycke och utgörs av en långsträckt bockad profil i stålplåt. Balken innefattar en långsträckt förstärkningsplatta (5) av stål anordnad längs med åtminstone en del av toppdelen (la) i utrymmet (l5) för att förstärka toppdelen (la). (Figur 5)

Description

Balk av stål avsedd att tillsammans med betong forma ett bjälklag Tekniskt område Föreliggande uppfinning avser en balk av stål avsedd att tillsammans med betong forma ett bjälklag, varvid balken innefattar en underfläns och en ihålig överdel som är sammanfogad med underflänsen så att ett utrymme avsett att fyllas med betong bildas mellan överdelen och underflänsen, varvid överdelen innefattar en toppdel som sträcker sig parallellt med underflänsen, och två livdelar som sträcker sig mellan toppdelen och underflänsen, och åtminstone den ena av livdelarna är försedd med öppningar för att ta emot betongen.

Bakgrund En byggnad kan utföras i platsgjuten betong eller alternativt med en prefabricerad stomme av stål och betong. En platsgjuten betongstomme tar lång tid att bygga och klarar inte stora spännvidder och i många fall är det inte ekonomiskt att bygga en platsgjuten stomme. Betongstommar ger dock en stabil konstruktion som lätt kan anpassas till varierande krav på bjälklagens konstruktioner samt pelarkonstruktioner och som uppfyller gällande normer. Betongstommen har dessutom utomordentliga brandskyddsegenskaper. Mot bakgrund av att byggtider förkortats och krav på snabba byggtider samt en utveckling av nya byggnadsmaterial har det skett en förändring vad gäller val av stomsystem. I Sverige har vi av tradition byggt konstruktioner av betong i med utvecklingen av armerade betong och bra tillgång till ballast. För att få korta byggtider har därför platsgjutna stomkonstruktioner ersatts med prefabricerade stommar i både stål och betong. Även de platsgjuta bjälklagen har i övervägande fall ersatts av prefabricerade bjälklagselement som utgör ett färdigt bjälklag eller ett prefabricerat bjälklagselement med pågjutning av betong som i slutskedet utgör ett färdigt bjälklag. Det kan nämnas några typer av bjälklag, HDF bjälklag som tillverkas på fabrik, ett förspänt bjälklagselement som kan tillverkas så att länga spännvidder uppnås. Dessa bjälklag används i huvudsak när kontorsbyggnader uppförs och även på senare tid även bostäder. HDF bjälklaget är tillverkad så att ingen pågjutning behövs. Ofta används endast flytspackel som avjämning.

En annan typ av bjälklag som huvudsakligen används till bostäder är plattbärlag, ett prefabricerat bjälklagselement som också tillverkas på fabrik och som är form för platsgjutna bjälklag. Detta element har större bredd än HDF bjälklaget och används i huvudsak till bostäder och parkeringsdäck. Bjälklaget brukar ha en tjocklek av 5 cm med ingjutna armeringsstegar. Det monteras oftast på väggar av betong som upplag men även på balkar av stål och betong som upplag. Efter monteringen gjuts betong ovanpå till önskad tjocklek.

Ytterligare ett bjälklag kan nämnas. En form av trapetsprofilerad plåt, TRP plåt, som används som form till ett platsgjutet bjälklag. TRP plåten kan vara utformad för att passa den pågjutna betongen, itjocklek och spännvidd.

I takt med att stomsystemen har övergått mer och mer till att bli prefabricerade har också önskemål ställts att spännvidderna på bjälklagen ska öka för större fria ytor utan störande pelare. För att uppnå dessa önskemål tillverkades redan på sexttiotalet i Sverige en svetsad balk, en så kallad "hattba|k", som benämns HSQ balk, av stål bestående av en underfläns med två vertikala livplåtar med ett visst avstånd från varandra och en överfläns. Livplåtarna svetsas mot underflänsen och i överkant mellan livplåtarna svetsas en överfläns. Med en HSQ balk går det att uppnå stora spännvidder.

Bjälklagselementen företrädesvis HDF bjälklagen monteras på HSQ balkens underfläns varvid själva ”hatten” byggs in mellan bjälklagselementen och därmed fick man ett bjälklag utan underliggande balkar. Några nackdelar med en hattbalk av stål kan dock nämnas. Den kräver omfattande brandskyddsmålning av underflänsen vilket är dyrt. Även egensvängningar och svikt kan uppstå i bjälklaget vid större spännvidder vilket kan kännas obehagligt och störande och även ljudtransmission kan uppstå.

För att förbättra nämnda nackdelar har under de senaste decennierna en så kallad samverkansbalk utvecklats av stål och betong. Den kombinerar stålets egenskaper och betongens egenskaper. En sådan balk påminner mycket om en svetsad hattbalk och vissa av dessa hattbalkar har utstansade hål i livplåtarna eller i överflänsen. Samverkansbalkarna har samma funktion som hattbalken av stål, dvs. utgöra en bärande balkkonstruktion för både prefabricerade bjälklag och platsgjutna bjälklag men har förbättrat brandmotstånd och mindre ljudtransmison.

Efter att balkar och bjälklag monterats fylls betong runt samverkansbalken och i balken i samband med gjutningen av bjälklaget. Betong tränger in i balken genom de stansade hålen i liven eller de stansade hålen i överflänsen. Stålbalken och betongen samverkar därmed med brandskydd, ljudtransmission samt även deformationer och sviktproblem. varandra, vilket förbättrar balkens minskar egensvängningar och Nackdelarna vid tillverkning av ovan nämnda samverkansbalk är att en omfattande Verkstadsindustri krävs med en stor och mångsidig maskinpark. Balkarna består av en underfläns, två vertikala livplåtar och en överfläns av stål. Dessa gas- eller plasmaskärs ur större plåtar till önskade mått. Efter att plåtarna har erhållit sin form stansas hål i livplåtarna eller i överflänsen med hjälp av stora stationära stansmaskiner alternativt att hålen skärs upp med gas eller plasmamaskiner. Därefter svetsas de vertikala livplåtarna mot underflänsen och överflänsen svetsas mellan livplåtarna med hjälp av stora stationära svetsmaskiner. Stora mängder av plåtar i varierande storlekar och tjocklekar behövs lagerläggas för att klara efterfrågan och behov.

Arbetet med att tillverka dessa balkar är både dyrt samt mycket arbetsintensivt. Dessutom krävs det stor efterbearbetning. Vid svetsningen uppstår det hög värme i balken och det uppstår dragkrafter i underflänsen och balken får en överhöjning automatiskt. Detta är i flertal av fallen inte önskvärt vilket kräver uppvärmning av balken och riktning för att få balken rak. En överhöjd balk kan vara svår att få plats i ett bjälklag. Balkens överfläns kan i vissa fall sticka upp över överkanten på bjälklaget vilket inte är önskvärt. Man har vid några tillfällen då monterat vinschar under bjälklaget och försökt att vinscha ner balken i bjälklaget.

Dimensíoneringen av samverkansbalkarna är oftast komplex och kräver i många fall att dimensioneringsprinciperna verifieras med hjälp av ett flertal fullskaleprov oftast utförda vid en högskola och noggrant dokumenterad eftersom samverkansbalkar måste dimensioneras enligt Eurokod.

EP1507938B1 visar en samverkansbalk benämnd Delta balken. Deltabalken består av en underfläns, dubbla vertikala inåtlutande livplåtar och en överfläns. Stålliven har utmed balkens hela längd stansade runda hål mitt i liven med ett visst avstånd från varandra utmed hela balken och därmed uppnås delvis samverkan när betongbjälklagen gjuts och när balken fyllts med betong. De stansad hålen kommer mitt i balken och är på fel nivå för en effektiv samverkan med betongbjälklaget och armeringsjärnen som monteras genom balken. I patentet EP1507938B1 visas hur balken skall tillverkas för att få balken "överhöjd". Detta har visat sig vara stora problem när balken används tillsammans med betonggjutna bjälklag. Tyngden av betongen är inte tillräcklig för att få balken horisontellt rak när bjälklaget är gjutet, vilket är tanken. I stället har balken ”stuckit” upp i överkanten av betongbjälklaget vilket skapat stora problem. Försök har gjorts för att räta balken. Balken är för styv för att helt rätas ut.

En liknande samverkansbalk med benämningen SWT balken är också uppbyggd som en svetsad hattbalk av stål, liksom Deltabalken, men har i stället stansade hål i överflänsen. Även denna balk fylls med betong i samband med gjutning av bjälklagen. Armeringsjärn är monterade på översidan tvärs överflänsen på balken och in i bjälklagets övre del och får endast en obetydlig samverkan med balken och bjälklaget. Samverkan sker mellan balkens yttre liv och betongen huvudsakligen med hjälp av vidhäftning vilket inte är vedertaget och möjligt och godkänt att beräkningsmässigt utföra vilket ger en ofullständig samverkan.

Allmänt kan sägas när det gäller svetsade samverkansbalkar, att de i princip har samma uppbyggnad och att de liknar varandra. Efter att samverkansbalkarna är monterade på sina upplag, och när betongbjälklaget gjuts är det svårt att få till stånd en samverkan mellan betongbjälklaget och samverkansbalkarna eftersom balkarnas livplåtar mestadels är släta. Därmed är det svårt att förankra betongen i de omkringgjutna bjälklagen mot balken vilket gör det svårt att få samverkansbalken att samverka med betongbjälklagen. Överflänsen på balkarna är också nästan i nivå med betongens övre det på betongbjälklaget vilket också är ett problem för samverkan mellan balk och betong.

Beräkningsmodellen för ett flertal samverkansbalkar är baserade på fullskaleprover. Balkarna är dimensionerade som en stålbalk liknade HSQ balken, en stålbalk som inte samverkar med betong. De flesta samverkansbalkar utnyttjar endast betongen som gjuts i balken för att minska svikt och deformation och delvis nedböjning. Delvis samverkar balkarna med bjälklagen men har ringa inverkan för dimensionering av samverkan mellan balk och bjälklag.

En traditionell samverkansbalk svetsas av flera dimensioner på plåtarna. Underflänsen, livplåtarna och överflänsen har alltid olika dimensioner och tjocklekar på plåten beroende på spännvidder och belastning på balkarna. Plåtarnas tjocklek på underflänsen och överflänsen och liven kan variera mellan 5 och 25 mm, med flera mellanliggande dimensioner. Det innebär att företagen som tillverkar balkarna behöver stora och varierande lager av plåtar. En samverkansbalk kan variera i vikt mellan 70 och 100 kg/meter. Balkarna behöver också helsvetsas på fyra ställen, mellan liven och underflänsen och mellan liven och överflänsen.

EP1507939B1 visar ett annat exempel på en stålbalk som är avsedd att tillsammans med betong forma ett bjälklag. Balken innefattar en underfläns och en ihålig överdel som är sammanfogad med underflänsen så att ett utrymme avsett att fyllas med betong bildas mellan överdelen och underflänsen. Överdelen innefattar en toppdel som sträcker sig parallellt med underflänsen, och två livdelar som sträcker sig mellan toppdelen och underflänsen.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en förbättrad balk avsedd att tillsammans med betong forma ett bjälklag som löser delar av de tidigare nämnda problemen med kända balkar.

Detta ändamål uppnås med en balk enligt kravet Balken innefattar en underfläns och en ihålig överdel som är sammanfogad med underflänsen så att ett utrymme avsett att fyllas med betong bildas mellan överdelen och underflänsen, varvid överdelen innefattar en toppdel som sträcker sig parallellt med underflänsen, och två livdelar som sträcker sig mellan toppdelen och underflänsen. Enligt uppfinningen är överdelen utformad i ett stycke och utgörs av en långsträckt bockad profil i stålplåt. Balken innefattar en långsträckt förstärkningsplatta av stål anordnad längs med åtminstone en del av toppdelen i utrymmet och så att förstärkningsplattan förstärker toppdelen. Förstärkningsplattan är försedd med ett flertal urtagningar utmed sina båda långsidor, varvid urtagningarna är placerade vid förstärkningsplattans ändar och avtar mot mitten av förstärkningsplattan.

Enligt uppfinningen innefattar balken en förstärkningsplatta som fästs på undersidan av den toppdel av den bockade profilen. Toppdelen och förstärkningsplattan samverkar med varandra och bildar tillsammans en överfläns hos balken. Förstärkningsplattan ger en förstärkning av toppdelen, vilket förbättrar det negativa momentet över ett stöd eller pelare på vilken balken vilar.

Toppdelen är enkel att tillverka genom att bocka en plåt av stål på två ställen. Bockning är en bearbetningsmetod som innebär att materialet formas genom böjande momentkrafter.Kantbockningmed hjälp av kantpress är en av de vanligaste bockningsmetoderna för plåt. Kantbockning kallas även kantpressning.

Enligt uppfinningen är förstärkningsplattan försedd med ett flertal urtagningar utmed båda långsidorna. Urtagen i förstärkningsplattan medför att samverkan kan ske mellan betongen och balken. Dessa urtagningar ”griper” tag i betongen och ger därmed en mycket bra samverkan med betongen. Förstärkningsplattan ger ett tillskott av stålarea till toppdelen och kan därmed medverka till att förbättra den negativa momentkapaciteten över stödet vilket samtidigt förbättrar det nedböjande momentet i balkens mitt mellan stöden. Urtagen i förstärkningsplattan kan skärs ut i samband med tillverkningen av förstärkningsplattan Enligt uppfinningen är urtagningarna placerade vid förstärkningsplattans ändor och avtar mot mitten av förstärkningsplattan. Vid en belastning av balken och då ett negativt moment uppstår blir det stora spänningar mellan toppdelen och förstärkningsplattan. Dessa spänningar ökar mot förstärkningsplattan ändar. Därför är det viktigast att placera urtagningarna iförsta hand mot förstärkningsplattans ändar.

Balken har en förenklad och förbättra tillverkning jämfört med befintliga samverkansbalkar. Framför allt minskar materialåtgång och svetsarbetet. Balken får också en bättre samverkan mellan balken och det omgivande bjälklaget av betong.

Förstärkningsplattan gör det möjligt att ändra balkens dimensioner för ändrade laster och spännvidder, nedböjningar och svikt utan att ändra på den bockade profilens tjocklek. Det räcker att ändra dimensionerna på förstärkningsplattan. Därmed är det möjligt att ha samma tjocklek på den bockade profilen även om spännvidderna och lasterna förändras. Om höjden och bredden på balken behöver ändras räcker det att ändra höjd och bredd på den bockade profilen, vilket är en enkel ändring eftersom profilen företrädesvis tillverkas med kantbockning.

Företrädesvis fästs förstärkningsplattan där balken stöder mot ett upplag till exempel en mellanvägg eller en pelare och där ett negativt moment uppstår.

Balken åstadkommer också en bättre samverkan mellan balken och betongen i bjälklaget.

Enligt en utföringsform av uppfinningen har stålplåten har en tjocklek mellan 5 och 12 mm.

Enligt en utföringsform av uppfinningen har förstärkningsplattan en tjocklek mellan 8 och 15 mm.

Konstruktionen och formen på balken är avgörande för hur den samverkar med omkringliggande bjälklaget. För att erhålla samverkan mellan balk och bjälklag måste det finnas en tillräcklig stor betongarea och volym i balken som kan förankras och samverka med betongen i bjälklaget.

Företrädesvis är åtminstone den ena av livdelarna är försedd med öppningar för att ta emot betongen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är öppningarna i livdelen trapetsformade eller triangulära. Formen på plåten som ska bockas bildar stora trapetsformade/triangulära öppningar som gör det möjlighet för betongen att enkelt passera in i balken och få en stor volym som förankras tillsammans med bjälklagets betong genom att göra det möjligt att armeringsjärn kan placeras strax över balkens underfläns och förankras i betongbjälklagets underkantsarmering och därmed klara moment från last på bjälklaget och balken Enligt en utföringsform av uppfinningen är en eller båda livdelarna försedda med urtagningar i nederkant vilka tillsammans med underflänsen definierar öppningar för att ta emot betongen. Detta gör det enkelt att tillverka öppningarna i balken. Urtagningarna kan skäras ut i stålplåten under tillverkningen av profilen.

Företrädesvis är urtagningarna trapetsformade eller triangulära med basen vänd mot underflänsen. Den kantbockade profilen är försedd med trapetsformade/triangulära urtagningar längs åtminstone en av långsidorna, och urtagningarna definierar tillsammans med underflänsen öppningar för att ta emot betongen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen uppvisar balken ett trapetsformat tvärsnitt med två parallella sidor och två icke parallella sidor. En sådan form underlättar tillverkning och gör det möjligt att tillverka överdelen medelst kantbockning.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är urtagningarna i förstärkningsplattan U-formade. Den mjuka rundningen förhindrar att betongen skärs sönder vid belastning.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är förstärkningsplattan försedd med åtminstone fyra urtagningar utmed var och en av långsidorna, och företrädesvis åtminstone sex urtagningar utmed var och en av långsidorna. Ju fler urtagningar desto bättre samverkan mellan balken och betongen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen sträcker sig förstärkningsplattan utmed åtminstone 20 % av toppdelens längd. Företrädesvis sträcker sig förstärkningsplattan utmed åtminstone 40 % av toppdelens längd.

Det räcker att förstärkningsplattan sträcker sig utmed den del av toppdelen som behöver förstärkas, till exempel över ett stöd eller en pelare som bär upp balken. Det viktigaste är att förstärkningsplattan sträcker under det ställe där balken stöder mot ett upplag t.ex. en mellanvägg eller en pelare och där ett negativt moment uppstår.

Enligt en utföringsform av uppfinningen sträcker sig förstärkningsplattan utmed åtminstone 50 % av toppdelens längd.

Enligt en utföringsform av uppfinningen slutar förstärkningsplattan på avstånd från toppdelens ändar.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är förstärkningsplattan intermittent svetsad mot topplattan. Med intermittent svetsad avses att svetsen inte sträcker sig längs toppdelens hela längd, utan att den bara finns på vissa ställen längs toppdelen och att den saknas däremellan.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen ska nu förklaras närmare genom beskrivning av olika utföringsformer av uppfinningen och med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Figur 1 visar ett exempel på en balk enligt uppfinningen i perspektiv sett snett uppifrån.

Figur 2 visar ett exempel på hur plåtarna för de bockade profilerna skärs ut från en plåt som har samma längd som den färdiga balken.

Figur 3 visar ett exempel på en förstärkningsplatta sedd från sidan och sedd ovan ifrån, samt illustrerar de spänningar som uppstår mellan toppdelen av överdelen och förstärkningsplattan.

Figur 4 visar balken i ett tvärsnitt A-A i balkens längdriktning.

Figur 5 visar ett exempel på balken ingjuten i betong i ett tvärsnitt vinkelrätt mot balkens längdriktning.

Detaljerad beskrivning Figur 1 visar ett exempel på en balk enligt uppfinningen i perspektiv sett snett uppifrån. Balken innefattar en ihålig överdel 1 av stål och en underfläns 2 av stål som är sammanfogade så att ett utrymme 14 avsett att fyllas med betong bildas mellan överdelen l och underflänsen 2. Överdelen 1 innefattar en toppdel la som sträcker sig parallellt med underflänsen 2 i balkens längdriktning, och två livdelar lb som sträcker sig mellan toppdelen la och underflänsen 2. I detta exempel uppvisar balken ett trapetsformat tvärsnitt med två parallella sidor och två icke parallella sidor. Underflänsen 2 och toppdelen la definierar de två parallella sidorna och livdelar lb definierar de två icke parallella sidorna. I detta exempel är livdelarna lb är anordnade vinklade relativt underflänsen 2 och toppdelen la så att de konvergerar i riktning mot toppdelen la och divergerar i riktning mot underflänsen 2. I en alternativ utföringsform kan en av sidorna vara vertikal. Om båda sidorna är vertikala kan det försvåra tillverkning medelst kantpressning. Åtminstone den ena av livdelarna lb är försedd med öppningar 15 för att ta emot betongen. Företrädesvis är båda livdelarna lb ärförsedda med öppningar 15. Överdelen 1 är utformad i ett stycke och utgörs av en bockad profil i stålplåt, dvs. en plåt tillverkad av stål som är bockad på två ställen. Företrädesvis har stålplåten 1 en tjocklek mellan 5 och 12 mm. I det illustrerade exemplet är den bockade profilen försedd med trapetsformade urtagníngar 16 i nederkant längs en eller båda långsidorna. De trapetsformade urtagningarna 16 definierar tillsammans med underflänsen 2 öppningarna 15. Urtagningarna 16 kan även ha andra former, till exempel vara triangulära eller rektangulära. Överdelen innefattar en bockad profil som är tillverkad av stålplåt i tjocklekar företrädesvis mellan 5 och 12 mm. Den bockade profilen l svetsas intermittent 3 mot underflänsen 2. Tjockleken på underflänsen 2 kan företrädesvis variera mellan 8 och 15 mm. Den bockade profilen 1 tillverkas genom att plåt i en bestämd bredd och tjocklek skärs med hjälp av till exempel en plasmamaskin. Den skurna plåten skärs från en större plåt. Därefter bockas profilen 1 i en kantbockningsmaskin i längder upp till 14 meter. Underflänsen 2 skärs med samma metod med hjälp av en plasmamaskin. Dimensionerna på plåtarna för profilen l och flänsen 2 bestäms av hur stor last balken utsätts för, både nedböjningsmoment och negativa moment liksom vilka tvärkrafter som behövs tas upp i den bockade profilens livdelar lb.

Figur 2 visar ett exempel på hur plåtarna 4 till de bockade profilerna skärs ut från en plåt som har samma längd som den färdiga balken. Plåtarnas 4 tjocklek bestäms av vilken spännvidd den färdiga balken har, och vilka krafter som påverkar balken. Formen på plåtarna 4 medger att det går att utnyttja stålmaterialet bättre. Dessutom blir det färre skärmoment av plåtar och balken blir ca 20 % lättare än för traditionella balkar.

Balken innefattar en långsträckt förstärkningsplatta 5 av stål anordnad längs med åtminstone en del av toppdelen la i balkens längdriktning i utrymmet 14 så att förstärkningsplattan 5 tillsammans med toppdelen la bildar en överfläns hos balken, såsom visas i figurerna 4 och 5. Förstärkningsplattan 5 anligger mot undersidan av toppdelen la. Förstärkningsplattan 5 är fäst mot undersidan av toppdelen la.

Figur 3 visar ett exempel på en förstärkningsplatta. I den vänstra delen av figuren visas förstärkningsplatta 5 sedd från sidan. I den mellersta delen av figuren visas förstärkningsplattan 5 sedd ovan ifrån. I den högra delen av figuren visas ett spänningsdiagram 7 som illustrerar de spänningar som kan uppstå mellan toppdelen la och förstärkningsplattan Förstärkningsplattan 5 har en tjocklek som företrädesvis kan variera mellan 8 och 15 mm. Förstärkningsplattan 5 är försedd med ett flertal urtagningar 6 anordnade utmed båda långsidorna av förstärkningsplattan 5, såsom visas i figur 3. Det visade exemplet har förstärkningsplattan 5 ett flertal urtagningar anordnade i vardera kortändan av förstärkningsplattan, och ett parti i mitten av förstärkningsplattan saknar urtagníngar. Formen på urtagningarna 6 kan vara olika i olika utföringsformer. Exempelvis är urtagningar 6 U-formade, såsom visas i figur 3. Alternativt kan urtagningar 6 vara rektangulära. I det visade exemplet är förstärkningsplattan försett med fem urtagningar på var sida ivarje ände av förstärkningsplattan. Antalet urtagningar på varje sida kan emellertid variera och vara både färre och fler än in det visade exemplet.

Förstärkningsplattan 5 kan exempelvis svetsas med intermittenta fogar ll på undersidan av den kantbockade profilens l toppdel la. Förstärkningsplattan 5 är avgörande för att möjliggöra dimensionering av balken utan att behöva ändra dimensionerna på överdelen l och underflänsen 2. Förstärkningsplattan 5 dimensioneras för att klara ett negativt moment över ett stöd/pelare 17, och förbättrar det nedböjande momentet i balkens mitt. Längden på förstärkningsplattan 5 är beroende av balkens spännvidd. Förstärkningsplattan 5 har en längd som sträcker sig över stödet/pelaren 17 mellan balkarnas momentnollpunkter. När balken fylls med betong 8 kommer den att pressa förstärkningsplattan 5 mot undersidan av den bockade profilen. Fördelen med detta är att förstärkningsplattan 5 endast behöver svetsas med intermittenta fogar ll.

När förstärkningsplattan 5 skärs ut från en större plåt skärs samtidigt urtagen 6 i förstärkningsplattan 5. Dessa urtag 6 förankrar och samverkar med den ingjutna betongen 8 i balken. Urtagen 6 kan vara placerade vid flänsens 5 ändar och avtar mot mitten av förstärkningsplattan 5. Vid en belastning av balken och då ett negativt moment uppstår blir det stora spänningar mellan toppdelen la och förstärkningsplattan 5. Dessa spänningar ökar succesivt mot flänsens 5 ändar.

Figur 4 visar balken i en elevation A-A i balkens längdriktning. Figuren visar ett exempel på hur överdelen 1 fastsatt mot underflänsen 2 med intermittent svetsade fogar 3. Vid ett val av plåttjocklek i överdelen l är flera parametrar viktiga. Skjuvkrafterna följer livdelarna lb hos överdelen l liksom en fackverkskonstruktion diagonalt utmed de trapetsformade öppningarna 15 i den skurna plåten 4. Balken utnyttjar därför livdelarna mer effektivt och behöver därför endast svetsas med intermittenta fogar 3, vilket minskar stålförbrukníngen och balken får en lägre vikt vilket gör den billigare att tillverka. Figuren visar också förstärkningsplattan 5 som är en förstärkning mot överflänsen lb i överdelen l vilket förbättrar det negativa momentet över stödet 17. Figur 4 visar också exempel på hur förstärkningsplattan 5 är intermittent svetsad mot toppdelens undersida med intermittenta svetsfogar ll.

Förstärkningsplattan 5 behöver inte vara lika lång som toppdelen la. Det räcker att förstärkningsplattan 5 sträcker sig utmed den del av toppdelen som behöver förstärkas, t ex över ett stöd 17 eller en pelare som bär upp balken. Förstärkningsplattan sträcker sig utmed åtminstone 20 % av balkens längd, och företrädesvis utmed åtminstone 40 % av balkens längd. Förstärkningsplattan kan exempelvis sträcka sig mellan 20 och 10 % utmed balkens längd. Företrädesvis sträcker sig förstärkningsplattan utmed minst 10% av balken på var sida om stödet 17. I den visade utföringsformen slutar förstärkningsplattan 5 på avstånd från toppdelens 1a ändar.

Figur 5 visar balken ingjuten i betong 8 i ett tvärsnitt B-B vinkelrätt mot balkens längdriktning. Figuren visar en korsningspunkt över en pelare 7 som utgör en stödpunkt för både balken och bjälklaget. Denna punkt är mycket känslig för deformationer eftersom negativa moment uppstår både längs med balken och också i bjälklaget tvärs balken.

För att överföra samverkande krafter mellan balken och bjälklagen 12 och betongen 8 monteras armeringsjärn genom balken före gjutning av bjälklag och balk. Dessa armeringsjärn monteras genom balken i de triangulära/trapetsformade hålen 15 tvärs balken i bestämda längder och avstånd utmed hela balkens längd. Armeringsjärnen 9 ska monteras över balkens underfläns och in över bjälklaget på samma nivå som underkantsarmeringen i bjälklaget. Underkantsarmeringen i bjälklaget ska förankras i balkens armering 9 för att ge en kontinuerlig armering i underkant över hela bjälklaget genom balken. Balken och bjälklaget får då en fullständig samverkan med varandra, både längs med bjälklagen och längs med balken. När balken och bjälklaget är gjutet får konstruktionen låg nedböjning, liten svikt och små deformationer.

Figur 5 visar exempel på hur placeringen av armering 10 kan vara placerade och hur förstärkningsplattan 5 kan vara intermittent svetsad med svetsfogar 11. Armeringen 9 är placerad över underflänsen 2 i balken och in i betongen 8 i bjälklaget. Bjälklagets armering 12 och balkens armering 9 ska vara på samma nivå. Därmed blir det en kontinuerlig underkantsarmering av bjälklaget och balkens armering 9. Längs med balken tas det negativa momentet upp av toppdelen la tillsammans med den förstärkningsplattan 5 som är svetsad intermittent 11 mot överdelens 1 undersida. Förstärkningsplattan 5 dimensioneras för det negativa momentet över stödet 7. För att förhindra att det sker en sprickbildning längs med bjälklaget är armeringsjärn 10 monterade i balken innan gjutningen sker av betongen Profilen till överdelen 1 tillverkas företrädesvis genom kantbokning av en plåt. Tekniken att kantbocka plåt är en beprövad metod och innebär att det går snabbt att byta profilens utseende, bredd och höjd. underflänsarnas tjocklek kan därför begränsas för normala laster. För ca 80 % av balkar som Dimensionerna på de kantbockade profílernas och dimensioneras för normala laster behövs det endast tre dimensioner på plåtarnas tjocklek, 6 mm, 8 mm och 10 mm. Det innebär ca 75 % färre utskurna plåtar vilket blir en avsevärd minskning av material och tillverkningskostnad. Dessutom blir det ca 90 % mindre svetslängd när den bockade profilen svetsas samman med underflänsen, eftersom det kan skeintermittent mellan profilen och underflänsen. Detta ger en betydande minskning av tillverkningskostnaden.

Till skillnad mot tillverkning av traditionella samverkansbalkar, som tillverkas på mindre verkstäder, tillverkas plåtdelarna till balken på ett Steel servícecenter. Det är en mycket stor anläggning som specialiserar sig att på att tillverka önskade plåtdelar, såsom skurna plåtar och kantbockade profiler. De har ett stort lager av plåtar i varierande tjocklekar bredder och längder och i olika stålkvaliteter. De har en anpassad tillverkningsutrustning för att gas- eller plasma skära plåtar till bestämda format och stora kantpressar som kan pressa plåtar med en längd upp till 14 meter till önskad profilgeometri. Dessutom har de möjlighet att blästra och måla plåtarna.

Efter att plåtdelarna är färdiga skickas dessa, blästrade och målade till ett utvalt smidesföretag. Smidesföretaget svetsar endast samman den kantbockade profilen och underflänsen till en färdig balk. Det behövs endast en enkel svetsutrustning och inga komplicerade maskiner och ett litet eget lager av kompletterande plåtar.

Konstruktionen och dess form på balken är avgörande för hur den samverkar med omkringliggande bjälklaget. För att erhålla samverkan mellan balk och bjälklag måste det finnas en tillräcklig stor betongarea och volym i balken som kan förankras och samverka med bildar triangulära/trapetsformade öppningar 15 tätt intill varandra som gör det möjlighet för betongen i bjälklaget. Formen på plåten, som kantpressas, stora betongen att enkelt passera in i balken och få en stor volym som förankras tillsammans med bjälklagets betong.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande kraven. Exempelvis kan formen på öppningarna 15 variera. I de visade figurerna är öppningarna 15 trapetsformade så att livdelen 15 Alternativt, triangelformade eller rektangulära. Urtagningarna 6 i förstärkningsplattan 5 kan variera i liknar ett korrugerat tvärsnitt. kan öppningarna 15 vara antal och placering. Längden på förstärkningsplattan i förhållande till toppdelen kan också variera beroende på behov av förstärkning.Referenslista 1 Överdel 2 underfläns 3 svetsfog 4 plåtar till profilen förstärkningsplatta 6 urtagningar i förstärkningsplattan 7 spänningsdiagram 8 betong/bjälklag 9, 10 armeringsjärn 11 svetsfog 12 armering i betongen 14 utrymme öppning 16 urtagningar i överdelen 17 Pelare/stöd

Claims (5)

|Krav
1. l. Balk av stål avsedd att tillsammans med betong forma ett bjälklag, varvid balken innefattar en underfläns (2) och en ihålig överdel (l) som är sammanfogad med underflänsen (2) så att ett utrymme (14) avsett att fyllas med betong bildas mellan överdelen (l) och underflänsen (2), varvid överdelen (l) innefattar en toppdel (la) som sträcker sig parallellt med underflänsen (2), och två livdelar (lb) som sträcker sig mellan toppdelen (la) och underflänsen (2), överdelen (l) är utformad i ett stycke och utgörs av en långsträckt bockad profil i stålplåt, och balken innefattar en långsträckt förstärkningsplatta (5) av stål anordnad längs med åtminstone en del av toppdelen (la) i nämnda utrymme (l4) för att förstärka toppdelen (la), kännetecknad av att förstärkningsplattan (5) är försedd med ett flertal urtagningar (6) utmed sina båda långsidor. ~ ~ -. : -- »~~ l _ : . t _ - wc _ t --\~-~.~ .t .w m. _. _.\.\ »m .~ .» m.- ~- www »_ -\ - ~.» ~ .- \=š': ï=izkçšzs~iaxzzešnä t 13 mizxïu: Och css-css: šnè: šnštlßcsë: Siv 51.»
2. 2. Balken enligt kravet l, varvid stålplåten i överdelen (l) har en tjocklek mellan 5 och l2 mm.
3. 3. Balken enligt något av föregående krav, varvid åtminstone en av livdelarna (lb) är försedd med urtagningar (l6) anordnade så att de tillsammans med underflänsen (2) definierar öppningar (l5) för att ta emot betongen.
4. 4. Balken enligt krav 3, varvid öppningarna (l5) är trapetsformade eller triangulära.
5. 5. Balken enligt något av föregående krav, varvid förstärkningsplattan (5) har en tjocklek mellan 8 och l5 mm. mflïävtfl Balken enligt något av föregående krav, varvid urtagningarna (6) i förstärkningsplattan (5) är U-formade. Balken enligt något av föregående krav, varvid förstärkningsplattan (5) är försedd med åtminstone fyra urtagningar (6) utmed var och en av långsidorna, och företrädesvis åtminstone sex urtagningar (6) utmed var och en av långsidorna. Balken enligt något av föregående krav, varvid förstärkningsplattan (5) sträcker sig utmed åtminstone 20 % av toppdelens längd, och företrädesvis utmed åtminstone 40 % av toppdelens längd.