Ny metode sparer tid og armering i betonbygninger
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Ny metode sparer tid og armering i betonbygninger

Der er langt mere armering i moderne danske betonbyggerier, end der egentlig er brug for. Sådan lyder det fra rådgivningsvirksomheden Rambøll, der har udviklet et beregningsprogram, der kan dokumentere, at helt op til halvdelen af armeringen kan undværes.

Overforbruget skyldes ifølge konstruktionsingeniør og ph.d. Kasper Paaske Larsen fra Rambøll, at rådgiverne i dag bruger 3D-programmer baseret på elasticitetsteori til at beregne armeringsbehovet i væg­skiver og betonelementer.

Læs også: Nyt regneprogram skal gøre dansk beton grønnere og billigere

»Der findes et ocean af programmer til Finite Element-analyser (FEM-analyser, red.). De hævder alle sammen, at de kan automatisere designet af armeringen. Og det kan de også. Det er bare ikke altid, at de kommer frem til de bedste løsninger,« siger han.

Problemet med 3D-programmerne er, at de ikke er designet til at regne på sammensatte materialer som armererede betonkonstruktioner, uddyber konstruktions­ingeniør og ph.d. i Rambøll Bent Feddersen, der har været med til at udvikle beregningsprogrammet:

»De elastiske FEM-programmer regner på en armeret betonvæg, som om det er et fuldstændig homogent materiale, der har den samme trækstyrke overalt. Men en betonkonstruktion vil altid revne, og så er det armeringens placering og dens styrke, der afgør, hvordan kræfterne vil blive fordelt. Og det kan de programmer ikke håndtere.«

Derfor overvurderer de elastiske programmer armeringsbehovet. Og når betonelementproducenterne skal omdanne rådgivernes beregninger til produktionsgrundlag, bliver der desuden ofte brugt unødigt store armeringsmængder og komplicerede armerings­udformninger.

I de hårdest armerede betonelementer er armeringen skyld i op mod 25 procent af CO2-belastningen. Kan det forbrug halveres, vil det både give en miljømæssig og en økonomisk fordel. Især fordi man kan sparer en masse tid, hvis der ikke skal placeres nær så meget armering i elementerne. I Danmark produceres der ifølge Betonelementforeningen årligt omkring 1,6 mio ton. betonelementer. Foto: Betonelementforeningen

»Betonelementproducenten vil helst bare lægge ét net ned. Så i praksis bliver det spidserne i beregningerne, der kommer til at bestemme, hvor meget armering man bruger. Og det er tæskedyrt,« siger Bent Feddersen.

Håndberegninger på computer

Hidtil har alternativet til de elastiske FEM-programmer været de såkaldte håndberegningsmetoder, som man brugte, før computerne overtog en stor del af beregningerne. Men håndberegningerne er heller ikke helt præcise og desuden relativt ufleksible, mener Bent Feddersen.

»Håndberegningsmetoderne er baseret på en simplificeret udgave af plasticitetsteorien, hvor armeringen skal lægges ind på nogle meget bestemte måder. Og du kan alligevel ikke regne dig frem til, præcist hvordan spændingerne for anvendelsestilstanden i virkeligheden vil fordele sig, og hvor store revnerne vil blive.«

Desuden er nutidens dokumentationskrav en udfordring for håndberegningsmetoderne, siger Kasper Paaske Larsen:

»Før i tiden sad der én, der sagde: ‘Det er nok dét her og dét her, der er det værste’, og så regnede vi på det. Nu har vi projekter, hvor man regner 100 eller flere last­tilfælde igennem for den samme væg. Skulle man gøre det med håndberegninger, skulle man sætte nye modeller op hver gang. Teoretisk set kunne du beregne det ved håndberegning. Det ville bare være umuligt i praksis.«

Med beregningsprogrammet Nucleus, som Rambøll har udviklet, kan rådgiverne optimere placeringen og mængden af armering i en hel vægskive af betonelementer. Det gør det muligt at undvære op til halvdelen af armeringen i nogle typer vægge.

Med det nye beregningsprogram, Nucleus, har Rambøll imidlertid kunnet gøre håndberegningsmetoderne digitale og mere præcise.

»Det, vi har kodet ind her, er egentlig de klassiske håndberegninger. En kombination af homogene spændingsfelter og stringerberegninger. Fordi vi kan bruge computerne til at løse disse store problemer, kan vi håndtere det,« forklarer Kasper Paaske Larsen.

Det smarte ved metoden er, at den gør det muligt beregningsmæssigt at udnytte armeringens trækstyrke fuldt ud, fordi man kan indregne den, selv om den vil deformere lidt, når der kommer last på det betonelement eller den vægskive, den indgår i.

»Det svarer lidt til en plasticpose. Når du fylder varer i den og bærer den hjem fra supermarkedet, vil den strække sig og deformere, men den kan stadig holde til belastningen. Det samme sker med armeringen i betonen,« forklarer Kasper Paaske Larsen.

Sikkerhed er ikke nok

En udfordring ved at udvikle programmet har været at sikre, at de beregnede løsninger ikke bare er tilstrækkelige til, at bygningen vil kunne holde med den fornødne sikkerhed i det, man kalder brudgrænse­tilstanden. Der skal også være armering nok til, at der ikke opstår større revner i vægge og dæk, som vil udfordre tætheden, beskyttelsen af armeringen og ikke mindst beboernes tilfredshed. Derfor indeholder programmet en beregningsdel, hvor man kan beregne de faktiske spændinger og revner i anvendelsestilstanden.

»Problemet er, at vi ikke rigtig har kunnet regne på anvendelsestilstanden. Vi har brugt nogle simple håndregler, og hvis vi ikke afveg alt for meget fra de resultater, vi fik for brudgrænse­tilstanden, har man sagt, at det nok også ville gå godt i anvendelsestilstanden,« forklarer Bent Feddersen.

Rambøll har nu testet metoden på flere byggerier, og de foreløbige erfaringer viser, at beregningerne giver et meget præcist billede af de virkelige spændingsforhold.

En beregning lavet i Nucleus, som viser, hvordan trykkræfter fordeler sig i konstruktionen – forløbet af trykkræfter er vigtigt, når man vurderer en betonkonstruktions opførsel. Desuden vises kollapsmekanismen for konstruktionen, hvilket ikke er muligt med traditionel software.

»Når jeg holder kurser, plejer jeg at sige, at det faktisk er så heldigt, at når du putter armering i, så siger Vor Herre til konstruktionen, at den skal opføre sig, som du har tænkt dig, at den skal opføre sig: Hvis du flytter på armeringen, så flytter kræfterne faktisk med. Det kan lyde fuldstændigt barokt, og der er selvfølgelig undtagelser, men efterhånden som vi får flere og flere resultater, kan vi se, at det er det, der sker,« siger Bent Feddersen.

Hvis rådgiveren får lov til både at regne på hele vægskiver, som de gør i dag som en del af dokumentationen for bygningens stabilitet, og på de enkelte betonelementer, som typisk beregnes af elementproducenten, vil det være muligt at spare op til 50 procent af armeringen.

»Fordi vi accepterer, at armeringen gerne må flyde hist og her, kan vi for visse vægtyper komme ned på halvdelen af det armeringsbehov, de elastiske beregningsprogrammer foreslår. Men samtidig kan vi imødekomme producenternes ønsker i forhold til, hvordan de gerne vil have placeret armeringen. Vi kan lynhurtigt udregne, om man eksempelvis kan fjerne alle U-bøjlerne langs kanten af et element og stadig have tilstrækkelig bæreevne,« siger Bent Feddersen.

Foreløbigt har Rambøll integreret det nye program i den beregningssoftware, som rådgiveren i forvejen bruger. Det næste skridt er at uddanne flere konstruktionsingeniører til at bruge det.

»Man skal have en forståelse af, hvad man har med at gøre, ellers kan man begå fejl. Derfor slipper vi ikke bare folk løs i programmet endnu,« siger Bent Feddersen.

Foreløbigt har rådgiveren ingen planer om at licensere løsningen.