5.2.1 Utformning och dimensionering
Beroende på vilket av de två studerade bärankarsystemen som används gäller vissa begränsningar för hur sandwichelementet kan utformas. Angående väggstorlek tillåter ThermoPin-systemet en största längd på 12 meter och en största höjd på 6 meter. För HALFEN:s bärankarsystem finns enbart rekommendationer, men väggarean
rekommenderas att begränsas till 15 kvadratmeter. Om en större väggarea är nödvändig bör ytterskivan delas upp i mindre sektioner. Oavsett vilket system som används bestäms väggarean av ett flertal faktorer och intrycket är att bärankarsystemet normalt inte är avgörande. Gällande begränsningar i skikttjocklek för de båda systemen kräver båda en minsta tjocklek för innerskivan på 100 millimeter. Övriga begränsningar är tjocklek för ytterskivan, 50–120 millimeter för ThermoPin och mer än 60 millimeter för HALFEN, samt isoleringstjocklek, 50–200 millimeter för ThermoPin och 30–400 millimeter för HALFEN. Innerskivans tjocklek bestäms av vertikal belastning från ovanliggande byggandsdelar och bärankarsystemen är likvärdiga ur detta hänseende. För ytterskivor eftersträvas tunna skivor för att minimera kostnader och med hänsyn till bärankarna är därför ThermoPin fördelaktigt. HALFEN:s bärankarsystem tillåter med god marginal
högst isoleringstjocklek, vilket är en fördel då stor isoleringstjocklek ofta efterfrågas idag. Dock kan 200 millimeter isolering anses vara tillräckligt i många fall i Sverige idag.
Båda systemen ställer vissa krav på materialen i sandwichelementet. För betongen kräver ThermoPin minst hållfasthetklass C20/25 och högst C50/60 medan HALFEN enbart kräver minst C30/37. Det lägre kravet för ThermoPin kan tolkas som en fördel under förutsättningen att betong av lägre kvalitet är billigare vid inköp. Dock är redovisade bärförmågor för förbindarna testade med hänsyn till betongkvalitet och förutsatt att betongens hållfasthet är avgörande kommer den lägre tillåtna klassen medföra lägre bärförmåga. En intressant aspekt är att vid dimensionering av bärankare till HALFEN:s system används både vid tryckande och dragande belastning speciella
dimensioneringsvillkor som tar hänsyn till betongens bärförmåga. Denna bärförmåga beror dock enbart på ankartyp och godstjocklek och ingen hänsyn tas till betongens hållfasthetsklass. Rimligtvis borde ett brott i betongen bero på betongens hållfasthet. Varför hållfasthetsklassen inte påverkar betongens bärförmåga kan undersökas i framtida studier. Gällande isoleringen ställer ThermoPin-systemet krav på dess styvhet runt varje typ D-ankare medan HALFEN inte ställer några krav på isoleringen. Om HALFEN:s bärankarsystem används krävs en armeringsmängd i ytterskivan på minst 1,31 kvadratcentimeter per meter, vilket motsvarar armeringsnät med 5 millimeters
stångdiameter och centrumavstånd 150 millimeter. ThermoPin-systemet kräver däremot 1,88 kvadratcentimeter per meter, vilket motsvarar armeringsnät med 6 millimeters stångdiameter och centrumavstånd 150 millimeter. Förutsatt att det klenare
armeringsnätet är tillräckligt för att säkerställa ytterskivans bärförmåga är det en fördel med HALFEN:s system.
De effekter som generellt orsakar belastning på sandwichelement i ytterväggar är vind och temperatur (Hegger, Hoogen, Schneider, Shams, Stark 2015). Därutöver kan spänningar i elementen orsakas av krympning och krypning. Flera av dessa effekter orsakar belastning och spänningar i förbindarna mellan inner- och ytterskivan. Förbindarna i ett sandwichelement med fritt upphängd ytterskiva belastas även av ytterskivans egentyngd. De olika effekterna orsakar last och deformation i olika
riktningar, av vilka vertikal last i egentyngdens riktning, horisontell last riktad vinkelrätt mot väggens plan samt deformation i ytterskivans plan generellt beaktas vid
dimensionering av förbindarna. De två förbindarsystemen liknar varandra ur det perspektivet att båda principiellt använder en viss typ av förbindare för överföring av vertikal last och en annan typ för överföring av horisontell last vinkelrätt mot ytterskivans plan. Horisontell last vinkelrätt mot ytterskivans plan överförs i ThermoPin-systemet enbart av typ H-förbindarna medan HALFEN:s system huvudsakligen använder förbindelsebyglarna SPA-N, SPA-A eller SPA-B för denna överföring. Vertikal last i egentyngden riktning överförs av typ D-ankare i Thermopin-systemet och av bärankare SPA-1 eller SPA-2 i HALFEN:s system.
En skillnad mellan systemen är att vid dimensionering av HALFEN:s bärankare beaktas både horisontell och vertikal last medan dimensioneringen av typ D enbart beaktar vertikal last. Skillnaden kan bero på generellt större centrumavstånd i HALFEN:s system vilket leder till större horisontell belastning på bärankarna eller på att testerna för ThermoPin:s bärförmåga visade att den horisontella belastningens påverkan på den
vertikala bärförmågan är försumbar för typ D. En markant skillnad mellan systemen är att HALFEN:s system kräver ett bärankare vars funktion är att överföra horisontella laster i ytterskivans plan som kan uppstå under tillverkning, transport och montage av
sandwichelementet. Inga av förbindarna som ska användas till ThermoPin-systemet anges fylla en motsvarande funktion. Anledningen till att ett horisontellt ankare krävs kan vara bärförmågan i det aktuella ledet skulle bli olämpligt låg om ankaret inte användes. Det är möjligt att ThermoPin-systemet av tillverkaren anses ge en tillräcklig bärförmåga i ytterskivans plan utan att eventuell last specifikt beaktas med förbindare. Om detta är fallet är en fördel med HALFEN:s system att precisa värden på bärförmågan i ytterskivans plan kan beräknas.
Den tidigare nämnda deformationen i ytterskivans plan beaktas på två olika sätt inom de två systemen. För samtliga av HALFEN:s förbindare samt för ThermoPin typ D ställs krav på ett maximalt tillåtet avstånd från ytterskivans stödjepunkt respektive tyngdpunkt. Vid dimensionering av ThermoPin typ H beaktas istället en maximal deformation i bruksgränstillståndet. Eftersom denna deformation ej beräknades inom detta examensarbete är det svårt att bedöma eventuella fördelar eller nackdelar med
deformation framför maximalt avstånd. Utöver deformationen av typ H-förbindarna ska även sprickbredden i ytterskivan kontrolleras i bruksgränstillståndet då ThermoPin används. Sprickbredden får då inte överstiga 0,3 millimeter och kontrollen görs enligt instruktionerna för att säkerställa förbindarnas förankring. Hur sprickbredden påverkar förankringen och varför denna kontroll görs i bruksgränstillståndet är dock oklart. För HALFEN:s system behöver inga kontroller göras i bruksgränstillståndet. Angående vilka effekter som enligt dimensioneringsinstruktionerna ska beaktas vid lastnedräkning på förbindarna av respektive system varierar detta mellan systemen. Instruktionerna gällande detta har också uppfattats som delvis bristfälliga, speciellt de från HALFEN. Eftersom inga av de mer komplicerade effekterna som temperatur, krypning och krympning har undersökts inom detta examensarbete är det svårt att dra slutsatser kring olika effekters relevans utöver det som diskuteras under rubrik 5.1.1.
5.2.2 Köldbryggor och värmeledning i sandwichelement
De tidigare studier som utförts på området överensstämmer med denna studie i den mån de är jämförbara. I de flesta fallen har tidigare undersökningar utvärderat effekterna av att vissa parametrar för förbindarsystemet och typelementet ändras, vilket inte har studerats i detta examensarbete. Ett exempel på en sådan studie som utvärderade bland annat förbindarnas värmekonduktivitet, centrumavstånd och diameter utfördes av Wang, Wang och Zhai (2018). Studien visade att minskning av värmekonduktiviteten, ökning av centrumavståndet och minskning av diametern bidrog till lägre
värmegenomgångskoefficient. Eftersom samtliga av dessa parametrar skiljer sig mellan de två förbindarsystemen som här studerats är det dock svårt att applicera studiens resultat på resultatet i denna rapport. Ett undantag är modelleringen av HALFEN:s system då två sektioner gjordes med enkelankare med varierande diameter. Resultatet visade att den ökade diametern orsakade ökad värmegenomgångskoefficient, vilket stämmer med studien av Wang, Wang och Zhai (2018). Vissa paralleller kan även dras till en tidigare studie som jämförde specifikt förbindare av rostfritt stål med förbindare av
glasfiberförstärkt plast. Studien visade att värmegenomgångsmotståndet minskar med 7 % då förbindare av rostfritt stål används, vilket är samma som erhölls i denna studie om
värmegenomgångskoefficienterna omvandlas till värmegenomgångsmotstånd (Van Geem & Shirley, se Fam, Noel & Woltman 2017).
5.2.3 Kostnadsjämförelse med hänsyn till utformning och dimensionering Utifrån begränsningar vid utformning av sandwichelement med respektive
förbindarsystem samt hur dimensionering av respektive system görs kan vissa aspekter utpekas som möjliga ekonomiska fördelar med respektive system. Vid utformning av ytterskivan kan det konstateras att ThermoPin tillåter att dess tjocklek minskas med 10 millimeter jämfört med HALFEN:s system vilket medför minskad betongvolym. Däremot kräver HALFEN:s system mindre mängd armering i ytterskivan. Vilket system som är fördelaktigt med hänseende på ytterskivan beror därmed på kostnaden för betong respektive armeringsnät samt vad som krävs för att säkerställa ytterskivans hållfasthet. ThermoPin tillåter även lägre hållfasthetsklass för betongen och om lägre klass medför lägre pris måste detta vägas mot vad som krävs för ytterskivans bärförmåga. En nackdel med ThermoPin-systemet är att det medför vissa krav för delar av isoleringen, vilket innebär en begränsning då isoleringen väljs.
Eftersom det vid dimensionering av HALFEN:s system beaktas fler villkor och bärförmågor än vid dimensionering av ThermoPin-systemet anses det efter detta
examensarbete att en manuell dimensionering av HALFEN:s system är mer tidskrävande för konstruktören. Om däremot dimensioneringen görs automatiskt av programvara är det rimligt att anta att systemen är likvärdiga med hänsyn till tidsåtgång. En parameter som är viktig att beakta vid utformning av element och val av förbindarutförande då ThermoPin används är att bärförmågan för typ H vid dragande belastning beror på betongens hållfasthetsklass och förankringslängden för förbindaren. Dessa samband måste beaktas vid kostnadskalkyler eftersom till exempel en tunnare ytterskiva kan medföra minskade betongkostnader men öka antalet typ H-förbindare som krävs då förankringslängden och därmed bärförmågan per förbindare minskar.