8.1 Guide för beräkning av KL-träförband
Ett förslag på hur en guide för beräkning av förband mellan element i KL-trä
dimensioneras, kommer att presenteras i ett antal steg nedan. Stegen är strukturerade i en ordning som ett förband i en KL-träkonstruktion kan dimensioneras efter. I stegen presenteras vilken information som är viktig för just det specifika beräkningsmomentet. I de olika stegen ingår olika ekvationer antigen hämtade från svenska KL-trähandboken eller Eurokod 5, beroende på svenska KL-trähandbokens rekommendationer. Följande beräkningssteg för en allmän guide som är tänkt att användas vid dimensionering av förband i KL-träelement har tagits fram i samband med den teori som studerats under arbetet samt resultatet och analysen som kommit fram av litteraturstudien.
8.2 Steg 1-Identifiering av laster/krafter
För att ta reda på vilka krafter som påverkar ett förband i en byggnad är det viktigt att konstruktören tittar på de yttre lasterna. Exempel på sådana laster kan vara nyttiga laster, vindlaster, egentyngder och snölaster, se Figur 23. För till exempel en infästning bjälklag- vägg, se Figur 24a, kan en friläggning av lasterna göras enligt Figur 24b.
Lastnedräkningar görs sedan för att få fram den kraft som verkar på det specifika
förbandet som skall studeras. I Figur 24b visas hur väggarna och bjälklaget kan påverkas av olika krafter. Till exempel kan moment uppstå i olika delar av elementen beroende på hur kraften angriper konstruktionen. Det är oftast vanligt att kraften angriper med viss excentricitet som ger upphov till moment i förbanden. Normalkrafter och tvärkrafter ger upphov till utdrag av fästdonen respektive skjuvning.
Figur 23: En två våningsbyggnad påverkas av olika yttre laster. Byggnaden kan liknas vid en ram med olika element, som till exempel bjälklag och väggar som hålls ihop av förband.
40
a) b)
Figur 24: a) Typisk bjälklag-vägginfästning med vinkelbeslag och skruvar/spikar (Gustafsson et al. 2017). Publiceras med medgivande av författaren. b) Friläggning som konstruktörer måste göra för att ta fram de laster som påverkar förbandet. Friläggningen beror på hur förbandet är belastat. Röda linjer indikerar att
brott kan uppstå i fästdonen.
8.3 Steg 2-Inputparametrar
I detta steg specificeras i princip alla de nödvändiga parametrarna för dimensionering av ett förband. Exempel på parametrar som kan vara nödvändiga att ta hänsyn till:
• dimensioner för fästdon, • dimensioner för vinkelbeslag, • dimensioner för KL-träskivorna, • materialegenskaper för fästdon, • materialegenskaper för virke, och • modifieringsfaktorer.
8.4 Steg 3-Lastfördelning i förbandet
När en konstruktion belastas av laster är det viktigt att konstruktören förstår hur lasten fördelas över förbandets olika delar. Till exempel om en last på 50 kN påverkar tio skruvar med en upplyftande normalkraft skall denna last fördelas lika på alla tio skruvar. Det är konstruktörens uppgift att ta reda på hur lasten fördelar sig i ett förband för att kunna utföra korrekt dimensionering.
8.5 Steg 4-Identifiering av de lastöverförande delarna i förbandet
Beroende på hur en konstruktion påverkas av yttre laster kommer förbanden mellan konstruktionens olika element att påverkas olika. I ett exempel där bjälklag-vägginfästning sker med vinkelbeslag och med långa träskruvar samt påverkas av en lyftande normalkraft får anslutningen kraftpåverkan enligt Figur 14, se Avsnitt 4.3.1.1, dimensioneringsexempel 1.1. Kontrollerna hade skiljt sig åt om Figur 14 istället hade påverkats av en kraft med annan riktning, till exempel en horisontalkraft från sidan, se Figur 15, Avsnitt 4.3.1.2, dimensioneringsexempel 1.2.
8.6 Steg 5-Kontroller
I stegen som kommer nedan, utförs nödvändiga kontroller vid dimensionering av KL- träförband. Kontrollerna följer de ekvationer och rekommendationer föreslagna i svenska KL-trähandboken och även Eurokod 5.
8.6.1 Steg 5.1-Bestämning av flytmoment och hålkanthållfasthet
I Eurokod 5 saknas information om beräkning av hålkanthållfasthet i KL-träförband. I detta steg bestäms således hålkanthållfastheten enligt den teori som beskrivs i
Avsnitt 2.5.1, Skruvar belastade i sidled. Alltså används ekvationerna för bestämning av hålkanthållfasthet enligt svenska KL-trähandboken. För tillfället saknas någon
information om hur hålkanthållfasthet bestäms för dymlingar, spikar och övriga fästdon. I beräkningarna i Bilaga 1 har endast skruvar använts. Flytmoment bestäms enligt
Eurokod 5, kapitel 8.
8.6.2 Steg 5.2-Tvärkraftsbärförmåga enligt Eurokod 5
I detta steg är det viktigt att använda rätt Johansen ekvationer beroende på vilken typ av förband som dimensioneras. I Avsnitt 2.5.3.1, dimensionerande bärförmåga, finns beskrivet hur trä mot träförband med enkla skjuvningsplan dimensioneras. Däröver finns det flera olika förbandstyper, till exempel förbindare med två skjuvningsplan och förbindare i stål mot trä. Vilka ekvationer som skall användas i respektive fall finns beskrivna i Eurokod 5, kapitel 8.2.
8.6.3 Steg 5.3-Kontroll av eventuellt vinkelbeslag
I de fall när ett förband belastas av en kraft med en viss excentricitet kan böjning av förbandet uppstå, se Figur 25. Det är därmed av vikt att när excentriciteten är stor att konstruktören utför en kontroll av böjning i förbandet. Vinkelbeslaget bör också kontrolleras för, brott på grund av normalkraft och tvärkraft.
a) b)
Figur 25: a) Förbands anslutning med vinkelbeslag påverkas av en excentrisk kraft. b) På grund av kraftens excentricitet uppstår böjande moment vilket leder till att vinkelbeslaget böjs (Gustafsson et al. 2017).
Publiceras med medgivande av författaren.
8.6.4 Steg 5.4-Bestämning av utdragsbärförmåga
I likhet med att information saknas i Eurokod 5 för dimensionering av hålkanthållfasthet i KL-träförband, saknas det också information om utdragsbärförmåga. I svenska KL- trähandboken finns formler för utdragsbärförmåga som kan användas vid dimensionering av KL-träförband, se Avsnitt 2.5.2, Skruvar belastade axiellt. I vissa fall tillhandahåller
42
8.6.5 Steg 5.5-Bestämning av tillåtna centrum, änd-och kantavstånd
Beroende av hur förbandet påverkas av krafterna finns olika krav på tillåtna centrum, änd-och kantavstånd, vilka måste uppfyllas. I Eurokod 5 saknas dessa krav för KL- träförband och i det här steget används de krav som finns specificerade i svenska KL- trähandboken.
8.6.6 Steg 5.6-Bestämning av effektiva antalet förbindare av dymlingstyp
I vissa fall anges det i Eurokod 5 eller i svenska KL-trähandboken att reduktion av antalet förbindare måste göras, dvs. bestämma antalet effektiva skruvar, dymlingar, spikat osv. För att bestämma effektiva antalet förbindare av dymlingstyp i en KL-träskiva används de regler och rekommendationer som finns i svenska KL-trähandboken (Gustafsson et al. 2017). Se även Avsnitt 2.5.3.4, Effektiva antalet skruvar, Ekvation (11) för bestämning av effektiva antalet skruvar i KL-trä. I svenska KL-trähandboken står det inget om hur effektiva antalet av övriga förbindare av dymlingstyp bestäms.
8.6.7 Steg 5.7-Kontroller för brott i träet
Beroende på hur krafterna påverkar förbandet och vilken typ av förband används kan olika brott uppstå i träet. Placeringen av dymlingar, skruvar eller spikar påverkar om brottet uppstår i träet eller i själva fästdonet respektive vinkelbeslaget. För
dimensionering av dessa se Eurokod 5, Bilaga A (SIS 2004). Om kontrollerna utförs enligt Eurokod 5 Bilaga A fås värden på den säkra sidan på grund av KL-träets ortogonala uppbyggnad (Gustafsson et al. 2017).
8.6.8 Steg 5.8-Kontroller i bruksgränstillstånd
Faktorer som påverkar människans komfort, i mån av vibrationer och nedböjningar, dimensioneras i bruksgränstillståndet. Det finns således inga krav på vad som är tillåtet i bruksgränstillståndet. Kraven bestäms av byggherren och reglerna för beräkningsmetoder, framtagning av laster och materialparametrar tas fram med hjälp av Eurokod. I
bruksgränstillståndet dimensioneras vanligen nedböjningar, vibrationer och deformationer, men vilka aspekter som ska dimensioneras beror emellertid på vad
byggnaden skall användas till och hur människorna som skall vistas i byggnaden kommer att påverkas (Borgström 2016a).
8.6.9 Steg 5.9-Beräkning av förbandets styvhet
Ett material kan deformeras beroende på hur det belastas. Därför är det viktigt att kontrollera förbandets skjuvningsmodul i brottgränstillstånd enligt Eurokod 5,
kapitel 2.2.2 (SIS 2004). Skjuvningsmodulen kontrollerar styvheten för ett fästdon, därför skall antalet fästdon i förbandet multipliceras med skjuvningsmodulen för att få den totala styvheten.
8.7 Steg 6-Justering och optimering av förbandet
Om det visar sig att brott uppstår i någon av de olika delarna som samverkar i förbandet, till exempel i träet, fästdonenen eller vinkelbeslaget, måste inputparametrarna justeras. Dvs. gå tillbaka till steg 2 och justera parametrarna för att uppnå godkända
dimensioneringsvärden.
8.8 Steg 7-Justering av förbandets styvhet
Om den beräknade styvheten i förbandet är hög eller låg, rekommenderas det att göra en analys av förbandet för att uppnå optimal prestanda.