Genomstansning av betongbjälklag på slanka kantpelare av stål

Figur 1: Schematisk planskiss av stomme med plattbärlag och kantpelare av stål.

I moderna byggnadsstommar kombineras vanligen plattor av armerad betong med balkar och pelare av stål. Dessa kombinerade betong-stål-stommar utnyttjar den snabba produktions­hastigheten och enkelheten av stålkonstruktioner med robustheten och styvheten i armerad betong. Genom dess samverkan optimeras också användandet av materialen. En vanlig stomtyp i bostadshus är platsgjuten betong på prefabricerade plattbärlag i betong som utgör en samverkande och kvarsittande form. För att få flexibla fasader för till exempel stora fönsterpartier, är dessa semi-prefabbjälklag understödda av slanka stålpelare i bjäklagskanten mot fasaden.
Figur 1 visar schematiskt en planskiss med denna stomtyp.

Genomstansning över kantpelare
Genomstansning av armerade betongplattor på kantpelare av armerad betong har tidigare studerats i flera forskningsprojekt, till exempel [3] och [4]. Resultaten har legat till grund för vår tidigare beräkningsnorm BBK 79 samt senare versioner fram till BBK 04. Även den idag gällande beräkningsstandarden EN 1992-1-1, Eurokod 2, har be-räkningsanvisningar för genomstansning över kantpelare som delvis baseras på samma äldre forskningsresultat. Beräkningarna förutsätter då att pelaren är momentstyvt inspänd i plattan så att plattans överkantsmoment kan föras ned i pelaren samt att pelaren har en relativt stor momentkapacitet och styvhet. Genomstansningsbrottet i en platsgjuten plattan över en ihopgjuten, platsgjuten pelare liknar då ett excentriskt genomstansningsbrott i en betongplatta över en innerpelare.

Betongplatta på slanka kantpelare
Det strukturella verkningssättet för en betongplatta på slanka kantpelare av stål skiljer sig dock mycket från verkningssättet för betongplattor sammangjutna med massiva betongkantpelare. Den låga styvheten i den slanka stålpelare i förhållande till betongplattan samt att plattan i detta fall i princip är statiskt fritt upplagd på stålpelarens topplåt, medför att i stort sett inga överkantsmoment kan överföras från plattan till pelaren. I praktiken utförs dock oftast dimensioneringen avseende genomstansning för denna stomtyp med samma beräkningsprocedurer och normregler som om det vore en massivt sammangjuten anslutning mellan
en betongplatta och en betongpelare. Giltigheten av normens dimensioneringsmetod med tillämpning på denna kombinerade betongstålkonstruktion är dock ifrågasatt.
I ett tidigare examensarbete på KTH [1] som utförts och handletts på Tyréns, har det statiska beteendet av betongplattor fritt upplagda på punktupplag i dess kant studerats med linjärelastiska finita elementanalyser (FEA). Examensarbetet ledde till rekommendationer av en modifierad dimensioneringsmetod och av modifierade anvisningar för armeringsutförandet. I ett senare examensarbete på Chalmers [2], handlett av författaren, har dessa rekommendationer och det verkliga beteendet vid genomstansningsbrott i plattor på slanka kantpelare av stål analyserats och verifierats med icke-linjära finita elementanalyser (NLFEA). Den föreliggande artikeln sammanfattar resultaten från dessa två studier [1][2] och ger också förslag till fortsatta studier som behövs.

Artikelförfattare:
Mikael Hallgren
Tyréns AB och KTH Betongbyggnad