Jelen cikkünkben előregyártott vasbeton kéregfalpanelekhez tartozó emelőkampók főbb méretezési lépéseit ismertetjük. A kéregfalpanelek két héjrétegből álló betonpanelek, amelyeket előregyártó üzemben készítenek, és az építkezés helyszínén öntenek ki teljesen. Előnyük, hogy gyorsabb építést tesznek lehetővé a hagyományos zsaluzott betonszerkezetekhez képest, a külső rétegre gyárilag szigetelés is helyezhető, kifejezetten hasznos foghíjbeépítések esetén, ahol a meglévő épületoldali zsaluzás nehezen oldható meg.
A héjrétegek gyárilag vasaltak, általában oldalanként 5–7 cm-ig terjedő falvastagsággal rendelkeznek, a teljes fal vastagsága a kiöntött állapotban 20–40 cm-ig terjednek 5 cm-es lépcsőkben. A helyszíni kiöntés előtti ideiglenes állapotban a két réteget úgynevezett trigonvasalás tartja össze, a kéregfalpanel emelése, felállítása és forgatása a két héjrétegbe helyezett emelőkampóval végezhető.
Kéregfalpanel
Emelőkampó tartószerkezeti kialakítása
Az emelőkampó egy sima rúdacélból vagy bordázott betonacélból hajlított elem. A kampó két egyenes vége a betonkéregbe helyezett lehorgonyzó rész, az emelőhorgot a közbenső hurkosan vagy több részletben hajlított mezőbe lehet elhelyezni. Jellemzően a kampó egy keresztirányú összekötő rúddal is kiegészül, ami a hurkos vagy ferde elemek vízszintes (nyomott) komponensét veszi fel. Az összekötő rúd anyagminősége sok esetben megeggyezik a kampó anyagával, szigorúbb hőtechnikai követelmények esetében akár rétegelt fa is lehet.
Kéregfalpanel emelőkampó
Problémafelvetés
Ugyan az emelőkampó geometriáját tekintve egy egyszerű elem, méretezése több mérnöki feltételezést és kutatómunkát igényel. Vékony falvastagsága és csekély betontakarása miatt a tartószerkezet-tervezéshez használt végeselemes szoftverekkel (pl. AxisVM, IDEA StatiCa) nyírási teherbírása nem mutatható ki, ezért kézi számítást igényel.
Emelőeszközök méretezésére a Német Mérnöki Kamara VDI/BV-BS 6205:2021 – Emelőhorgonyok és emelőrendszerek előregyártott elemekhez című segédlete általános útmutatást ad, főként a DIN CEN/TR 15728, DIN EN 1992-4 és DIN EN 13155 hatályos szabványokra hivatkozva. A szabványban kifejezetten kéregfalpanel emelőkampóhoz nincs leírás, de a különböző fejezetekből összeállítható egy hiteles számítás.
Teherbírás igazolása
A kampó méretezéséhez az alábbi feltétel kell hogy teljesüljön:
E < Radm ahol:
E – Egy emelőkampóra jutó tervezési teher
Radm – Az emelőkampó tervezési teherbírása
Az emelőrendszerek egyedisége, hogy az Eurocode által elterjedt osztott biztonsági tényezők helyett globális biztonsági tényezőket kell alkalmazni.
A globális biztonsági tényező szerkezeti és betonacél tönkremenetel esetén: ƴglob.s=3.00
A globális biztonsági tényező beton tönkremenetel esetén: ƴglob.c=2.50
Megjegyzés: Abban az esetben, ha a DIN EN 13369 szerinti minőség ellenőrzés igazolt a kéregfalpanel készítésekor, úgy ƴglob.c=2.30 alkalmazható!
A globális biztonsági tényezőket a DIN EN 13155 szabványból vezettük le, melyek tartalmazzák az emelésből és mozgatásból származó kedvezőtlen hatásokat, valamint ψdyn=1.30 dinamikus tényezőt. Ettől nagyobb dinamikus tényező is előfordulhat, ezért a gyakorlatban a teher oldalról szokott megjelenni ψdyn mint biztonsági tényező, így viszont Radm teherbírás meghatározásakor ƴglob/1.30 csökkentett globális biztonsági tényezővel kell számolni.
Észrevehető, hogy a beton anyagoldalról a biztonsági tényező kisebb, mint az acél oldalról, ennek indoka, hogy a terhelés pillanatnyi, és a tényező nem tartalmazza a beton hosszú távon bekövetkező hatásait. Ezenkívül ha egy termék teherbírását határozzuk meg, a dinamikus tényezőn túl nem kell ƴg – teher oldali biztonsági tényezőt használni.
Ezek alapján:
E= FE x ψdyn
FE – Egy emelőkampóra jutó teher
ψdyn – Az emelőberendezéstől függő dinamikus tényező
Radm – Az emelőkampó tervezési teherbírása Radm=1.30 x Rk /ƴglob
Rk – Az emelőkampó karakterisztikus teherbírása
ƴglob – Globális biztonsági tényező
2. ábra: Emelőkampó erőjátéka
Emelőkampót érő hatások
A kéregfalpanelek mozgatása (3. ábra) történhet segédszerkezettel (emelőhimbával), ennek előnye, hogy az emelőkampóra csak húzóerő jut. Segédszerkezet nélküli emeléskor a ferde kötélszár közvetlen az emelőkampót terheli, ilyenkor a húzóerővel egyidejű nyírásra kell méretezni. Az emelés típusától függetlenül a szabvány kimondja, hogy a számításakor figyelembe kell venni további ∆β=6°-os pontatlansági szöget, tehát minden esetben egy minimális nyíróerőre méretezni kell.
Az 1 darab emelőlampóra jutó teher meghatározását a VDI/BV-BS 6205:2021, és a DIN CEN/TR 15728 taglalja.
Emelés esetén az alábbi erőjáték feltételezhető (2. ábra):
Egy emelőkampóra jutó függőleges teher:
NE=FE
Egy emelőkampóra jutó vízszintes teher:
VE=FE x tan(βini+ ∆β)
Emelőkampó ferde komponensében keletkező húzóerő:
NE.inc=0.5 x FE/(cos(0.5 x αhook)
Összekötőrúdban keletkező nyomóerő:
NE.con=0.5 x FE x tan(0.5*αhook)
βini – Az emelő kötélszár függőlegessel bezárt szöge
αhook – Az emelőkampó hajlítási szöge
3. ábra: Kéregfalpanel-emelési típusok
Méretezés emeléskor
A kéregfalpanelek mozgatása még a 28 napos szilárdság elérése előtt történik, a legtöbb gyártó az fc =15, 20, 25 N/mm2 -es pillanatnyi szilárdsághoz adja meg az emelőkampó ellenállását. Mivel globális biztonsági tényezőket kell alkalmazni, ezért a számítás során mindig az anyagtényezők karakterisztikus értékével kell számolni, és csak a karakterisztikus ellenállást kell csökkenteni a hozzá tartozó biztonsági tényezővel.
5. ábra: Betonkihúzódás
A méretezés alatt fontos szempont volt, hogy az emelőkampó méreteinek megválasztásával a vizsgált komponensek ellenállásai közel azonosak legyenek, melyek:
1 – Emelőkampó húzott komponensének ellenőrzése (6. ábra)
Az acél karakterisztikus ellenállása tiszta húzás esetén: NRk.s= fy x As
Az acél tervezési ellenállása tiszta húzás esetén: NRd.s= 1.3 x NRk.s/ƴglob.s
Kihasználtság: Us.t= 0.5 x NE/ NRd.s
f y – Az acél folyáshatára
As – Az emelőkampó keresztmetszeti területe.
A beton karakterisztikus ellenállása tiszta húzás esetén:
NRk.c=π x Φ x lb x fbk/( α1 x α2 x α3 x α4 )
A beton tervezési ellenállása tiszta húzás esetén: NRd.c=1.3 x NRk.c/ƴglob.c
Kihasználtság: Uc.t= 0.5 x NE/ NRd.c
Φ – Emelőkampó átmérője
Ιb – Lehorgonyzási hossz
fbk – Az acél és beton közti kapcsolati szilárdság karakterisztikus értéke (5. ábra)
Bordás betonacél esetén fbk=2.25 x η1 x η2 x fctk képlet alkalmazható, ahol
fctk – A beton húzószilárdságának karakterisztikus értéke
A kéregfalpanelek gyártása fektetett helyzetben történik, vastagságuk 25 cm alatti, ezért: η1 =1, az emelőkampó átmérője 32 mm alatti, ezért η2 =1-re vehető fel.
Az emelőkampó alakjából és terheléséből α1 =α3 =α4 =1-re vehető fel.
6. ábra: Acélfolyás
A betontakarástól függő tényező egyenes betonacél esetén Į2 =1-0.15*(cd -Φ)/Φ képlettel számolható, legkisebb értéke 0.7, legnagyobb értéke 1.0 lehet. A fib Bulletin 43:2008 alapján visszavezethető, hogy a fenti képlet akkor alkalmazható, ha a betontakarás értéke minimum a vizsgált betonacél átmérője. A gyakorlatban egy emelőkampó betontakarása cd =10 mm, tehát az e feletti átmérők felett (ami elég gyakori) Į2 tényező nem használható. Az említett szempontoknak megfelelően alfa.2 tényező értéke egy 1-nél nagyobb szám kell hogy legyen.
Erre az MSZ EN 1992-1-1:2024, II. generációs EuroCode már kitér. Ennek képlete:
(1,5Φ/cd )1/2
Mikor cégünk először kezdett el foglalkozni emelőkampók méretezésével, ez a szabvány nem állt még rendelkezésre, az akkori számításokban egy hasonló arányszámot írtunk fel: Φ/cd
NRk.c értékét ezen kívül korlátozni kell a környező betonacélok teherbírására a DIN EN 1992-4:2019 és DIN CEN/TR 15728 alapján. A fejescsapokhoz hasonlóan oldalanként egy 1.5/1.0 arányú dőlésszöggel beton kiszakadási kúpot kell feltételezni, a betonacélokat a kialakult kúp szélességének feléig lehet figyelembe venni a kúp által lecsökkentett lehorgonyzási hosszal. Mivel a kéreg vasalása ismeretlen, ezért a számításkor a minimális felületi vasalást kell figyelembe venni, érték tetszőlegesen előírható, a legtöbb gyártó a D6/150, D8/200 minimális alapvasalást írja elő. Emelőkampók esetén a korlátozás a peremhez közeli elhelyezés esetén számottevő, de nagyobb emelőkampó -átmérő esetén közbenső szakaszokban is mértékadó lehet (7. ábra).
7. ábra: Húzóellenállás korlátozása
2 – Emelőkampó nyírt komponensének ellenőrzése
A betonba helyezett nyírócsapok méretezését a DIN EN 1992-4:2019 taglalja, azonban a DIN CEN/TR 15728 emelőberendezések esetén a fib Bulletin 43:2008 cikke alapján kéri ennek vizsgálatát az alábbiak alapján (10. ábra):
Acél karakterisztikus ellenállása nyírásra: VRk.s=fyk x A / √3
Acél karakterisztikus ellenállása hajlításra: VRk.My=fyk x (π x Φ3 )/32 x e-1
Acél mértékadó tervezési ellenállása: VRd.s=1.3 x min(VRk.s ; VRk.My)/χglob.s
Kihasználtság: Us.v= 0.5 x VE/ VRd.s ahol
e – Az erő külpontossága
10. ábra: Nyírási tönkremenetel
Beton karakterisztikus ellenállása helyi összemorzsolódásra:
VRk.c=α0 x αe x αc x Φ2 x √(fck x fyk)
Beton tervezési ellenállása helyi összemorzsolódásra: VRd.c= 1.3 x VRk.c/ƴglob.c
Kihasználtság: Uc.v= 0.5 x VE/ VRd.c ahol
α0 – Térbeli feszültség eloszlási tényező, javasolt értéke 1.
αe – A külpontosságot figyelembe vevő tényező (4. ábra)
αe =√(1+(ɛ x α0 ) 2 ) – ɛ x α0 , ɛ=3 x √(fck/fyk) x e/Φ
4. ábra:αe hatása
Egy emelőkampó külpontossága függ a kéregfalpanel szélességétől és az emelőkampó hajlítási sugarától, de általában 50–200 mm-ig változhat. A képletekből adódóan a nyírási teherbírást a külpontosság mértéke nagyságrendileg befolyásolja, azonban a legtöbb gyártó teherbírás táblázata nem tesz különbséget eltérő kéregfalpanel-szélességek esetén. A VDI/BV-BS 6205 kimondja, hogy az emelőberendezés nem szenvedhet jelentős alakváltozást a DIN EN 13155 feltételeire hivatkozva, azonban az utóbbi szabvány megengedi, hogy képlékeny alakváltozás keletkezzen, ha az emelőkampó teherbírása legalább a statikus teher háromszorosa. Mivel a globális biztonsági tényező értéke acél tönkremenetel esetén 3, ezért ez a feltétel teljesül. Jelen esetben ez azt jelenti, hogy az emelőkampó emelésekor a beton felületének síkjában képlékeny csukló alakul ki és felveszi az erő eredőjének szögét, ezzel a feltétellel e=0 külpontosság alkalmazható, tehát αe = 1-re vehető fel, V.Rk.My értéke pedig elhagyható.
11. ábra: αc hatása
α – A beton peremtávolságokat figyelembe vevő tényező (11. és 12. ábra).
11. ábra: αc hatása
Az emelőkampó átmérője, valamint a kéregre merőleges és párhuzamos betontakarás ismeretében I-IV kategóriába sorolható az emelőkampó, ami alapján αc meghatározható (11. és 12. ábra).
VRk.c értékét szintén korlátozni kell a DIN EN 1992-1-4 szerinti betonperemlerepedési ellenállással. Jelen esetben kimondható, hogy a vasalás nélkül számított ellenállás mindig kisebb lesz, ezért célszerű egyből a kéregfalpanel minimálisan előírt alapvasalásával számolni a teherbírást. Ebben az esetben is egy 1.5/1.0 dőlésű kiszakadási kúpot kell feltételezni, a betonacélokat a kialakult kúp szélességének feléig kell figyelembe venni, a kúp által lecsökkentett lehorgonyzási hosszal (8. ábra).
8. ábra: Nyíró ellenállás korlátozása
3 – Interakciók ellenőrzése
Húzással egyidejű nyírás esetében interakciós vizsgálat szükséges emelőeszközök esetében, ahol a DIN CEN/TR 15728 szabványt kell alkalmazni, mely 3 fajta vizsgálatot különböztet meg, ahol már a tervezési ellenállásokat kell figyelembe venni.
Interakciós vizsgálat, ha beton oldali tönkremenetel a mértékadó húzott és nyírt komponens esetében is:
(NED / NRd,c) + (VEd / VRd,c) <1.0
Interakciós vizsgálat, ha acél oldali tönkremenetel a mértékadó húzott és nyírt komponens esetében is:
(NED / NRd,s) + (VEd / VRd,s) <1.0
Interakciós vizsgálat, ha acél és beton oldali tönkremenetel is mértékadó, tehát ha húzott oldalról beton, nyírt oldalról acél tönkremenetel a mértékadó, vagy fordítva:
(NED / NRd) + (VEd / VRd) <1.0
9. ábra: k1 tényező
4 – Erőbevezetés helyének ellenőrzése
A DIN CEN/TR 15728 szerint az a lekerekítések pontjában a hajlítási sugár függvényében az acél teherbírását csökkenteni kell a táblázat (9. ábra) szerint:
Alacsony teljes falvastagságok esetén a 6Φ hajlítási sugár már túl nagy, illetve az emelőhorog is jelentős mozgással bír, ezért a belső hajlítási sugár 3-4Φ értékkel vehető fel.
1 db emelőkampó karakterisztikus teherbírása: NRk.s.hook=k1 x fy x 2 x As
1 db emelőkampó tervezési teherbírása: NRd.s.hook= 1.3 x NRk.s1/ƴglob.s
Kihasználtság: Us.hook.t= NE/ NRd.s.hook
fy – Az acél folyáshatára
As – Az emelőkampó keresztmetszeti területe
5 – Emelőkampó ferde komponensének ellenállása
Az erőbevezetés alatti ferde komponensben nagyobb húzóerő keletkezik, mint függőleges szárában, ezért külön ellenőrizni kell.
Az acél karakterisztikus ellenállása tiszta húzás esetén: NRk.s.inc= fy x As
Az acél tervezési ellenállása tiszta húzás esetén: NRd.s.inc= 1.3 x NRk.s.inc/ƴglob.s
Kihasználtság: Us.inc.t= NE.inc / NRk.s.inc
6 – Összekötő rúd ellenőrzése
Az összekötő rúd általában az emelőkampó ferde komponense alatt helyezkedik el, tengelyben elhelyezett összekötő rúd esetén központos nyomásra, külpontos elhelyezés esetén hajlítással egyidejű nyomásra kell ellenőrizni. Acél anyag esetén a DIN EN 1993-1-1 szerinti kihajlás ellenállást kell meghatározni:
Az összekötő rúd karakterisztikus kihajlási ellenállása: Ncon.b.Rk=χ x Acon x fy.con
Az összekötő rúd tervezési kihajlási ellenállása: Ncon.b.Rd= 1.3 x Ncon.b.Rd/ƴglob.s
Kihasználtság: Us.con.t= NE.con / Ncon.b.Rd
ahol
χ – Kihajlási csökkentő tényező
Acon – Összekötő rúd keresztmetszeti területe
f y.con – Összekötő rúd folyáshatára
Az emelőkampó és összekötő rúd kapcsolata hegesztéssel történik, ami merev befogás, azonban az emelőkampó a kéregfalban el tud csavarodni, ezért a vizsgálat során ȣ=1 kihajlási hossz szorzó feltételezhető. A hegesztést a DIN EN 1993-1-1 szerint szintén ellenőrizni kell.
A vízszintes komponensben keletkező nyomóerő jelentősen függ az emelőkampó hurok hajlítási szögétől, ezért értékét úgy kell megválasztani, hogy a kapott kihasználtság megegyezzen, vagy kisebb legyen, mint az eddigi kihasználtságok.
Emelőkampó mértékadó teherbírása emelés esetén
A 3 típusú, hatványos interakciós vizsgálat miatt a teherbírás egzakt módon nem volt meghatározható, csak ellenőrizhető. A legegyszerűbb módszer, ha az FE terhet addig növeljük, amíg a fenti komponensek vagy interakciók közül a kihasználtság el nem éri a 100%-ot, ez mondható az emelőkampó teherbírásának. Az FE érték manuális növelése elég lassú, ami helyettesíthető egy while ciklussal is.
Hivatkozások
VDI/BV-BS 6205:2021 – Lifting inserts and lifting systems for precast concrete elements
DIN CEN/TR 15728:2016 – Design and application of transport anchors for precast
DIN EN 13155 – Crane – Safety – Non-fixed load lifting attachments
DIN EN 1990:2002 – Eurocode – Fundamentals of structural design
DIN EN 1992-1-1:2004 – Eurocode 2 – Design of reinforced and prestressed concrete structures – Part 1-1: General rules for design and rules for buildings
DIN EN 1992-4:2019 – Eurocode 2 – Design of concrete structures – Part 4: Design of fastenings for use in concrete
DIN EN 1993-1-1:2005 – Eurocode 3 – Design of steel structures – Part 1-1: General rules for design and rules for buildings
DIN EN 10025-2 – Hot rolled products of structural steels – Part 2: Technical delivery conditions for non-alloy structural steels
DIN EN 1090-2:2018 – Execution of steel structures and aluminium structures – Part 2: Technical requirements for steel structures
DIN EN ISO 17660-1:2006 – Welding – Welding of reinforcing steel – Part 1: Load-bearing welded joints
fib Bulletin 43:2008 – Structural connections for precast concrete buildings
Képjegyzék
Kéregfalpanel_1 – Leier Kft. – Előregyártott falak és födémek a kivitelezésben https://emi.hu/EMI/web.nsf/Pub/ N49QC0/$FILE/2.%20LEIER%20 -%20El%C5%91regy%C3%A1rtott%20falak%20%C3%A9s%20 f%C3%B6d%C3%A9mek%20a%20 csal%C3%A1di%20h%C3%A1zak%20 kivitelez%C3%A9s%C3%A9ben.pdf
Kéregfalpanel_2 – https://kerkstoel2000. be/en/walls/twin-walls/twin-walls
Kéregfalpanel emelőkampó_1 – https://www.baustahlgewebe.com/ en/products/lifting-anchor
Kéregfalpanel emelőkampó_2 – https://www.jp-uk.com/fileadmin/ user_upload/jp-uk.com/downloads/ DOK_PRO_TI_KE__SEN__AING__V2.pdf
5_Kéregfalpanel_Emelési típusok: DIN CEN/TR 15728
6_Acél folyás és 07_Beton kihúzódás – https://www.mdpi. com/2073-4360/8/6/211#
9_Nyírási tönkremenetel – DIN CEN/TR 15728