Utveckling av golvlucka för hoppgropssystem i kommunal idrottshall

Utveckling av golvlucka för

hopp-gropssystem i kommunal idrottshall

SANNA ANDERSSON ERIKSSON

Examensarbete Stockholm, Sverige 2012

Utveckling av golvlucka för

hoppgropssystem i kommunal idrottshall

Sanna Andersson Eriksson

Examensarbete MMK 2012:37 MKN 065 KTH Industriell teknik och management

Maskinkonstruktion SE-100 44 STOCKHOLM

1 Examensarbete MMK 2012:37 MKN 065

Utveckling av golvlucka för hoppgropssystem i kommunal idrottshall

Sanna Andersson Eriksson

Godkänt 2012-06-12 Examinator Kjell Andersson Handledare Kjell Andersson Uppdragsgivare LEG AB Kontaktperson Rickard Gustafsson

SAMMANFATTNING

I denna rapport har ett koncept för golvluckor till skumgummigropar tagits fram. Då det fanns en befintlig lösning som drivs med hydraulik och är dyr var målet att istället ta fram en billigare och så enkel lösning som möjligt.

Ett antal olika konceptförslag togs fram och utvärderades. Ett koncept med fem sektioner som dras åt sidan och staplas på varandra valdes då det ansågs ha minst klämrisk och vara enklast att styra och kontrollera. I hålet bakom skumgummimadrassen placeras ett lyftbord för att kunna reglera höjden av de staplade sektionerna.

För att få installeras i golvet i idrottshallar måste sektionerna dimensioneras enligt de konstruktionsregler som gäller för denna typ av byggnader. Olika dimensioner av balkar i stål och trämaterial utvärderades och av de som levde upp till reglernas krav valdes ett koncept ut. I detta består varje sektion av sex limträbalkar med tvärsnittet 225x90 mm täckta av två plywoodskivor med 12 mm nominell tjocklek. Varje sektion väger 282 kg och långtidsnedböjningen på grund av egentyngden är 0,68 mm. Nedböjningarna på grund av den nyttiga lasten är 6,25 mm vid en nominell punktlast på 450 kg, 7,2 mm vid en nominell utbredd last på 700 kg/m2 samt 1,03 mm vid 100 kg/m2.

Då vikten kunde hållas relativt låg kan sektionerna dras för hand och därmed behövs ingen extern drivning. Istället för att använda hjul har en lösning med glidlager/glidplattor tagits fram men det behöver undersökas om friktionen blir tillräckligt låg för att det ska fungera. I annat fall behöver en lösning för hur hjulen kan fällas in och ut, tas fram så att sektionerna inte behöver belasta hjulen i det stängda läget.

3 Master of Science Thesis MMK 2012:37 MKN 065

Design of floor hatch for gymnastic foam pits

Sanna Andersson Eriksson

Approved 2012-06-12 Examiner Kjell Andersson Supervisor Kjell Andersson Commissioner LEG AB Contact person Rickard Gustafsson

ABSTRACT

In this thesis a concept for floor hatches for foam pits has been developed. Since there is an existing solution that is powered by hydraulics and is expensive, the goal was to develop a cheaper solution, as simple as possible.

A number of different concepts were developed and evaluated. A concept with five sections that are pulled to the side and stacked on each other was chosen as it was thought to have the lowest risk of crush injuries and to be easiest to manage and control. In the opening behind the foam mattress a lifting table is placed to regulate the height of the stacked sections.

To be allowed to be installed in the floor of sports halls the sections must be dimensioned according to the construction standards for these types of buildings. Different dimensions of beams in steel and wood materials were evaluated and of those, who lived up to the requirements of the standard, a concept was chosen. In this concept each section consists of six beams of glued laminated timber with cross section area of 225x90 mm covered by two plywood boards with 12 mm nominal thickness. Each section weighs 282 kg and the long-term deflection due to the self-weight is 0.68 mm. The deflection because of the imposed load is 6.25 mm with a nominal point load of 450 kg, 7.2 mm with a nominal distributed load of 700 kg/m2 and 1.03 mm with a load of 100 kg/m2.

Since the weight could be kept relatively low, the sections can be moved by hand and thus no external driving is needed. Instead of using wheels, a solution with slide bearings/slide plates has been developed but it needs to be examined if the friction is low enough for it to work. In other cases, a solution for how to move the wheels so that the sections don’t need to rest on them in the closed position should be developed.

5

FÖRORD

I detta avsnitt tackas de personer som bidragit med kunskap och inspiration under arbetets gång.

Jag vill passa på att tacka Linden equipment for gymnastic’s för att jag fått chansen att göra ett examensarbete om ett ämne som jag som aktiv inom gymnastiken brinner för.

Tack även till min handledare Kjell Andersson som gett mig inspiration och nya idéer när jag kört fast.

Slutligen ett speciellt tack till min mamma som har stått ut med att hjälpa mig att korrekturläsa rapporten trots att hon inte förstått någonting av beräkningarna.

Sanna Andersson Eriksson Stockholm, maj 2012

7

NOMENKLATUR

Här listas de beteckningar och förkortningar, som används i detta examensarbete.

Beteckningar

Symbol

Beskrivning

vinkel mellan sektion och vägg

Parameter beroende av styvhetsförhållanden Konstanter för beräkning av böjspänningar i skivor

Partialcoefficient Partialfaktor för trämaterial Partialkoefficienter för stål Relativ dämpning Lastfördelningsfaktor Skjuvningskonstant

Poissons tal, impulshastighetsrespons

Densitet för en balk (balkmaterialet)

Densitet för plywood

Böjspänning

Dimensionerande böjspänning för balk Dimensionerande böjspänning för plywood Böjspänning längs kanten av en infäst skiva Böjspänning i mitten av en infäst skiva Tillåten böjspänning för balkarna Tillåten böjspänning för plywood

Dimensionerande skjuvspänning för balk Tillåten skjuvspänning för balk

Lastreduceringsfaktorer

Area

Tvärsnittsarean av en balk

8

Tvärsnittsarea för skiva vid böjning parallellt balken Tvärsnittsarea för skiva vid böjning vinkelrätt balken

Skjuvarea

Bredden av en balk

Effektiv bredd för plywooden vid samverkan Fiktiv bredd för plywooden vid samverkan

Bredden av en sektion

Bredden av locksektionen/passbiten

Plywoodens fria upplagsbredd

Höjd av livet på I-balkar och fyrkantsrör Bredd av flänsen på I-balkar och fyrkantsrör

Centrumavståndet mellan balkarna

Centrumavståndet mellan ett hjulpar

Elasticitetsmodul

E-modul som används vid beräkning av långtidsnedböjning för trä

( ) Böjstyvhet parallellt balken ( ) Böjstyvhet vinkelrätt balken

Sektionernas lägsta egenfrekvens Grundvärde för böjspänningskapacitet Grundvärde för skjuvspänningskapacitet Karakteristisk sträckgräns för stål Tillåten sträckgränskapacitet Kraft Egentyngd

⁄ Vikten per kvadratmeter plywood ⁄ Egenvikt av plywood som varje balk bär Egenlast som plywooden utsätts för ⁄ Egenvikten för en balk

⁄ Egenvikt från kantreglar som varje balk bär Total egenvikt som en balk bär

Total egenvikt som skivorna bär Total vikt av en sektion

Höjden av en balk

Fria livhöjden för I-balkar och fyrkantsrör Nödvändig lyfthöjd för lyftbord

9

Antal sektioner

Tröghetsmoment

Tröghetsmomentet för en balk

Tröghetsmoment för det sammansatta tvärsnittet

Tröghetsmoment för skiva vid böjning parallellt balken Tröghetsmoment för skiva vid böjning vinkelrätt balken

Sammansatt tröghetsmoment för två skivor vid böjning parallellt balken Sammansatt tröghetsmoment för två skivor vid böjning vinkelrätt balken

⁄ Tröghetsmoment per breddenhet vid böjning parallellt fibrerna

⁄ Tröghetsmoment per breddenhet vid böjning vinkelrätt fibrerna Faktor beroende av lastlängd

Faktor som tar hänsyn till träbalkars höjd

Faktor som har hänsyn till trämaterials risk för sprickbildning Faktor som används för beräkning av långtidsnedböjning för trä

Längden av en sektion

Plywoodens fria upplagslängd

Längden av hålet/öppningen mellan madrassen och gropens slut

En sektions vikt/

Massan per meter balk Vikt som ett hjul måste bära Vikt som lyftbord måste bära

Moment

Tillåtet moment

Dimensionerande moment

Antal balkar per sektion

Antalet egennoder med frekvensen lägre än 40 Hz.

Förspänningskraft

Utbredd last (nyttig last) per kvadratmeter

Sammanlaggda utbredda lasten över en balk

Punktlast (nyttig last) Nominell punktlastsradie Effektiv punktlastradie

Radie för metallbalkar

Nominella tjockleken av en plywoodskiva

Tjocklek av flänsen på I-balkar och fyrkantsrör Tjocklek av livet på I-balkar och fyrkantsrör

10

Totala tjockleken av en sektion

Tvärkraft

Dimensionerande tvärkraft

Tillåten tvärkraft

Nedböjning

Nedböjning från egenvikt Nedböjning från utbredd last Nedböjning från punktlast

Böjmotstånd

Böjmotståndet för en balk

Y-kordinat för det sammansatta tvärsnittets tyngdpunkt

Y-kordinat för balkens tyngdpunkt

Tyngdpunktsläget för de sammansatta skivorna

Plastiskt böjmotstånd

Förkortningar

LEG Linden equipment for gymnastic’s SKL Sveriges kommuner och landsting

11

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

SAMMANFATTNING ... 1

ABSTRACT... 3

FÖRORD ... 5

NOMENKLATUR ... 7

INNEHÅLLSFÖRTECKNING ... 11

1 INTRODUKTION ... 13

2 REFERENSRAM ... 15

2.1.1HÖJ- OCH SÄNKBARA GROPAR ... 16

2.2BEFINTLIGA LÖSNINGAR ... 16

2.3LUCKOR FÖR ANDRA FUNKTIONER ... 18

2.3CE-MÄRKNING ... 20

2.4ÖVRIGA BESTÄMMELSER ... 21

3 KONCEPTGENERERING OCH UTVÄRDERING ... 23

3.1 FÖRKASTADE FÖRSLAG ... 23

3.2 UTVÄRDERADE KONCEPT ... 24

KONCEPT 1:ROTERANDE SEKTIONER ... 24

KONCEPT 2:VIPPLUCKOR ... 28

KONCEPT 3:NEDSÄNKTA LUCKOR ... 32

3.3KONCEPTVAL... 35

4 VIDAREUTVECKLING AV VALT KONCEPT ... 37

4.1SEKTIONSVAL ... 37

4.2LYFTANORDNING... 37

4.3LÅSNING AV SISTA LUCKAN... 37

4.4SKARVAR... 39

4.5INFÄSTNING ... 39

4.6DRIVNING ... 43

4.7FÖRHINDRA SNEDSTÄLLNING ... 43

4.8KLÄMRISK ... 43

5 DIMENSIONERING AV VALT KONCEPT ... 45

5.1MATERIAL ... 45

5.2GEOMETRI... 45

12

5.4EGENVIKTER ... 48

6 DIMENSIONERING ENLIGT EUROCODE ... 51

6.1EUROCODER ... 51

6.1.1PARAMETRAR OCH FAKTORER ... 51

6.1.2NYTTIG LAST,QK, QK ... 52 6.2DIMENSIONERINGSGRÄNSER ... 53 6.2.1BROTTGRÄNS ... 53 6.2.2BRUKSGRÄNS ... 58 6.3 TRÄMATERIAL ... 66 6.3.1PLYWOOD ... 67 6.3.2KONSTRUKTIONSVIRKE ... 68 6.3.3LIMTRÄ ... 69 6.3.4FANERTRÄ ... 70 6.4STÅL ... 71 6.4.1I-BALKAR ... 77 6.4.2REKTANGULÄRA FYRKANTSRÖR ... 79

7 SLUTLIG LÖSNING ... 81

7.1VAL AV BALKMATERIAL OCH DIMENSIONER ... 81

7.1.1BERÄKNINGSGÅNG FÖR VALD KONSTRUKTIONSLÖSNING ... 82

7.2HJUL, GLIDPLATTA, LYFTBARA SKENOR ... 95

7.3LYFTBORD ... 96

7.4DRIVNING ... 96

7.5SKARVAR... 96

7.6SÄKERHET ... 97

8 DISKUSSION OCH SLUTSATSER... 99

8.1DISKUSSION ... 99

8.2SLUTSATSER ... 100

6 REKOMMENDATIONER OCH FRAMTIDA ARBETE ... 103

6.1REKOMMENDATIONER ... 103

6.2FRAMTIDA ARBETE... 103

7 REFERENSER... 105

BILAGA A: UTVÄRDERING AV BALKAR ... 107

SEKTIONER MED TRÄBALKAR ... 107

13

1 INTRODUKTION

Detta kapitel beskriver bakgrund, syfte och avgränsning för det utförda examensarbetet.

1.1 Bakgrund

Inom gymnastiken har utvecklingen och antalet skumgummigropar, så kallade hoppgropar, gått väldigt fort de senaste 15 åren. Från att bara ha funnits i några få idrottshallar har det utvecklats till något man ”måste ha” för att hänga med i utvecklingen av svårare och mer avancerade volter. Den stora fördelen med hoppgropar är att man kan träna på svåra övningar utan att vara rädd för att slå sig och få skador.

Ett problem är att det är svårt för mindre föreningar att kunna installera en hoppgrop själva. Detta på grund av att de flesta tränar i kommunala hallar som de delar med skolverksamhet och/eller andra idrotter. Det går då inte att bygga en grop eftersom det gör det omöjligt att spela innebandy, fotboll, basket mm. För stora föreningar brukar det vara lättare att få hjälp av kommunerna, på många ställen har man bland annat gjort utbyggnader för hoppgroparna.

En lösning för de små föreningarna kan vara att ha hoppgroparna under luckor i golvet. Man kan då öppna/ta bort luckorna och använda gropen/groparna när man vill men ändå kunna använda hallen till annat.

Sådana lösningar säljs av tre olika danska företag. Alla de tre lösningarna bygger på samma koncept, de består av tvådelade luckor som fälls upp med hydraulik. Dessa lösningar har dock stora nackdelar. Den största är att det finns stor klämrisk om någon kommer i vägen när luckorna öppnas eller stängs. För det andra gör hydrauliken att det är en väldigt dyr lösning. Skarvarna mellan luckorna är dessutom ofta oacceptabelt stora, ibland finns det risk för att få ner fingrar och tår. Slutligen så ställer myndigheterna i Danmark (där luckorna tillverkas) inga direkta krav gällande vad som måste vara uppfyllt för att luckorna ska få monteras i kommunala hallar. Detta är ett problem då svenska kommuner är ansvariga för säkerheten i deras idrottshallar och därför endast vill installera godkända produkter.

1.2 Syfte

Syftet med arbetet är att för gymnastikredskapsföretaget LEGs räkning, utveckla en ny typ av golvluckor för hoppgropar. Detta koncept måste uppfylla alla säkerhetskrav för att kunna CE- godkännas. Det är även önskvärt att det är billigare och lättare att använda än den befintliga lösningen.

För att säkerställa att lösningen klarar av den last som gäller för golv i idrottshallar mm så skall lastberäkningar göras.

Då det i dagsläget är oklart vilka ytterligare regler och bestämmelser som gäller för denna typ av golvluckor ingår det i uppgiften att reda ut vilka regelverk som påverkar och måste uppfyllas. I lösningen måste en brytare ingå som gör att gropmattan inte kan hissas upp innan luckan/luckorna är helt öppen.

En riskanalys ska även göras för att minimera klämrisk och handhavandefel när luckan öppnas och stängs.

14

1.3 Avgränsning

Storlek/geometri:

Skumgummigropar kan göras i många storlekar men detta arbete fokuserar på en lösning för en hoppgrop med standardmått (madrassen 6050x4050 mm). Luckan/luckorna får vara större än madrassen men maximalt ca 7000-7500x4200 mm.

LEG har som standard att det gjutna hålet för gropen är 2500 mm djupt. Det leder till att luckan/luckorna får vara maximalt 270mm tjocka om de ska gå att stänga. När LEG bygger golv i idrottshallar använder man sig av två lager av plywood med nominell tjocklek 12 mm som skivmaterial. Till luckorna skall därför plywood användas och helst skall den ha samma dimension.

Belastning:

I stängt läge måste luckan klara av samma laster som resten av golvet. Bestämmelser för vilka laster som golv ska dimensioneras för finns i bygg- och konstruktionsdirektiv.

Regler/bestämmelser:

För att dessa golvluckor ska kunna sättas in i kommunala hallar krävs det att de kan leva upp till de krav som kommunerna ställer. Troligtvis måste CE-märkning finnas men eventuellt kan fler regler gälla. Då det är oklart vilka regler som gäller, ingår det i uppgiften att reda ut det. Troligtvis finns det både svenska regler och EU-direktiv att ta hänsyn till. Känt är att om någon drivande enhet ingår (elmotor, hydraulik mm) så måste maskindirektivet uppfyllas. Förutom detta direktiv kan det även finnas andra som berörs.

Maskineri:

I största möjliga mån ska hydraulik undvikas då det komplicerar montering och drift, är dyrt och leder till större risk för haverier.

Elmotordrift kan användas men helst skall en manuell lösning hittas. Det vill säga att luckorna går att öppna och stänga med handkraft, manuell vinsch, fjäderbelastad lösning eller liknande. Anledningen är att det leder till mindre skaderisk, lättare montering, lägre pris mm. En sådan lösning berörs inte heller av maskindirektivet och är därför lättare att få godkänd av kommunerna.

Skarvar:

För att bollsporter som använder hallen inte ska störas för mycket måste skarvarnas antal och storlek begränsas. Målet är att skarvarna ska vara max 2 mm när luckan är stängd. Över luckans yta får det vara maximalt fem eller sex sådana skarvar. Transport och installation:

För att lösningen ska kunna användas i befintliga hallar krävs det att den kan transporteras i delar och går att få in genom vanliga dörrar, ca 2000x700-900 mm. Det får inte heller behövas mer än två montörer för att få delarna på plats.

15

2 REFERENSRAM

Detta kapitel presenterar den teoretiska referensramen som utgör utgångspunkten för den utförda konstruktionsuppgiften.

2.1 Skumgummigropar

I dagsläget finns det två olika typer av skumgummigropar, lösskumgropar och täckta gropar se Figur 1 och Figur 2.

Figur 1. Lösskumgrop [1].

Figur 2. Täckta gropar [2].

Lösskumgropar är som namnet antyder fyllda med lösa bitar av skumgummi, som ibland kan vara klädda med tyg. Detta är en lösning som funnits länge då den går att göra relativt enkelt. Fördelen med denna typ av grop är att den är väldigt mjuk att landa i då landningen blir väldigt porös. Den är dessutom billigare än de täckta groparna.

Nackdelarna med denna typ av grop är flera. Dels har den ingen fast övre yta vilket leder till att man inte kan fortsätta och göra övningar efter att man landat (sätta ihop övningar). Istället åker man ner så djupt att man får ”gräva sig upp”. Andra nackdelar är att skumgummit kan blir slitet

16

vilket leder till att små delar lossnar och det kan bli väldigt smutsigt. En annan viktig nackdel är att dessa gropar inte kan göras höj och sänkbara.

De täckta groparna är uppbyggda av lager av skumgummi med olika hårdheter, inuti finns speciella luftkanaler som gör mattan mjukare. Tillsammans är den färdiga madrassen ca 90 cm tjock och är klädd i tyg så att skumgummit inte nöts bort. Madrassen ligger sedan på en elastisk botten som är upphängd i fjädrar från en ramkonstruktion (som en stor studsmatta).

Med denna lösning får man en mjuk landning som ändå är tillräckligt fast för att man ska kunna landa ordentligt. En annan stor fördel med denna typ är att den går att göra höj- och sänkbar.

2.1.1 Höj- och sänkbara gropar

Gropar görs höj- och sänkbara för att underlätta träningen. Höjden som den kan hissas upp är beroende på vilken hisslösning som används och hur djup grop man har. Den maximala höjden brukar dock ligga runt 2 meter.

Det är endast täckta gropar som kan göras höj- och sänkbara då skumgummit av förståeliga skäl måste hålla ihop om det ska hissas upp ur hålet.

Det finns flera olika hisslösningar men samtliga fäster i den ramkonstruktion som skumgummit sitter upphängt i. För att det inte ska gå att ramla ner under madrassen när den är upphissad byggs en ”kjol” ner från ramkonstruktionen. Det är till stor del denna ”kjol” som sätter gränsen för hur högt gropen kan hissas upp.

De två vanligaste lyftlösningarna använder hydrauliskt lyftbord respektive att ramkonstruktionen är upphängd i vajrar som styrs med hydraulik.

2.2 Befintliga lösningar

De tre fabrikaten av luckor som finns idag bygger på samma koncept, se Figur 3 - Figur 5. Luckan är delad i två sektioner som sitter ihop med gångjärn i mitten. Ena kortsidan sitter fast i bakkant på gropen, och här fästs två hydrauliska cylindrar som tippar luckan upp eller ner. I den andra änden fästs hjul som följer en skena längs långsidorna. Detta innebär att den främre luckan följer med när den bakre vinklas upp eller ner.

De tre fabrikaten är väldigt lika när det gäller funktion och drivning. De enda egentliga skillnaderna är hur ramverket/stommen är konstruerad.

Luckorna styrs genom ett kontrollskåp monterat på väggen där det finns knappar för upp och ner. Även om knapparna måste hållas intryckta för att luckorna ska röra sig finns det en stor klämrisk då maskinen inte automatiskt slås av om något tar emot. Om den som styr maskinen inte är tillräckligt uppmärksam kan därför människor klämmas fast och skadas allvarligt.

17 Figur 3. Golvlucka från Virklund Sport [3].

18

Figur 5. Golvlucka från PE-Redskaber [5].

2.3 Luckor för andra funktioner

Det finns flera olika slags luckor som används till andra funktioner än hoppgropssystem. För att få nya idéer och inspiration görs informationssökning inom flera områden.

Garageportar

Det finns två vanliga typer av garageportar som kan vara intressanta, vipportar och takskjutportar, se Figur 6 och Figur 7. Vipportar har en relativt enkel konstruktion där öppnings-/stängningsrörelsen styrs av en fjäder och manuell kraft.

Takskjutsportar har en dörr som är vikbar i sektioner. Med hjälp av en liten elmotor drivs dessa upp och ner i en skena.

19 Figur 7. Takskjutport [7].

Vikväggar

Det finns flera varianter av vikväggar för att dela av rum inomhus. En av de vanligaste visas i Figur 8. Här hänger alla sektioner ihop med gångjärn och de hålls på plats genom en skena i taket. Det finns även varianter där sektionerna inte hänger ihop och därför flyttas en och en. Dessa är vanligare när det finns flera alternativ (flera spår i taket att välja mellan).

Figur 8. Vikvägg för avdelning av rum [8].

Offshore/lastfartyg

Stora lastfartyg kräver luckor som gör det möjligt att lasta och lossa lasten smidigt, samtidigt som de måste sluta tätt och vara stadiga i stängt läge. En lösning för detta visas i Figur 9. Här används luckor i sektioner som följer skenor i sidorna. Man kan också se hur sektionerna kan länkas ihop.

20

Figur 9. Sammankopplade luckor till lastfartyg [9].

2.3 CE-märkning

CE-märket innebär att tillverkaren/importören intygar att produkten uppfyller alla säkerhetskrav enligt de direktiv som är tillämpliga för den specifika produkten [10].

Det är EG som fastställer vilka direktiv som ska gälla och till största delen handlar det om grundläggande hälso- och säkerhetskrav. Även mer administrativa krav finns med, bland annat krav på bruksanvisningar, märkningar mm. Varje medlemsland översätter sedan dessa direktiv till nationella regler som ska överensstämma med standarden. För att få CE-märkningen måste man uppfylla reglerna i samtliga direktiv som produkten omfattas av.

I Sverige har olika myndigheter ansvar för att översätta och fastställa olika direktiv. De bestämmelser som kan gälla (beroende på hur lösningen utformas) listas nedan.

Konstruktionsstandarder BFS2011:10 EKS 8

Dessa standarder reglerar hur byggnader ska konstrueras och dimensioneras för att klara av de yttre och inre laster de kan utsättas för [11]. För golvluckor gäller, att de i stängt läge måste klara av den last som standarden föreskriver för golv i idrottshallar, läktare och andra lokaler där många människor vistas samtidigt. För denna standard är det Boverket som är den ansvariga myndigheten.

Maskiner AFS 2008:3

Arbetsmiljöverket är ansvarigt för de föreskrifter som gäller för maskiner [12]. De består huvudsakligen av hälso- och säkerhetskrav med syfte att identifiera och eliminera riskkällor och felaktig användning. Även krav på dokumentation, märkning, bruksanvisningar mm ingår. Till maskiner räknas bland annat:

 ”Enheter utrustade med drivsystem som inte utgörs av direkt drivkraft från människa eller djur”

 Säkerhetskomponenter

 Lyftande anordningar där enda energikällan är manuellt arbete  Kedjor, linor mm som ingår som komponenter i lyftande anordningar

Detta innebär att maskinföreskrifterna alltid måste följas om luckorna får något slags drivsystem. Är luckorna en lyftande anordning måste de följa föreskrifterna även om de drivs manuellt.

21 En lyftande anordning definieras av att den lyfter enhetslaster eller personer. Om endast delar av själva maskinen/anordningen lyfts upp räknas det inte som en lyftande anordning och omfattas därför inte av maskindirektivet [13].

Om två CE-märkta maskiner kopplas samman måste även sammankopplingen i sig CE-märkas, om inte maskinerna specifikt är avsedda och godkända för detta.

Tryckbärande anordningar AFS 1999:4

För tryckbärande anordningar där det högsta tillåtna trycket är högre än 0,5 Bar finns särskilda föreskrifter [14]. Även dessa är Arbetsmiljöverket ansvariga för.

För golvluckorna måste därför dessa föreskrifter följas om hydraulik används.

Elsäkerhetsnormer ELSÄK-FS 2000:1

Om elektrisk drivning används finns det även normer som reglerar detta, ansvarig myndighet är elsäkerhetsverket. För elektriskt material konstruerat för användning vid en märkspänning mellan 50 V växelström/75 V likström och 1 000 V växelström/1 500 V likström gäller grundföreskriften ELSÄK-FS 2000:1 [15].

Vid högre spänningar finns en separat föreskrift för starkström.

2.4 Övriga bestämmelser

För att utreda om det fanns några ytterligare regler, gällande vad som får installeras i kommunala idrottshallar, kontaktades SKL. De kände inte till några ytterligare regler utöver krav om CE-märkning. Varje enskild kommun kan välja att ställa egna krav, men då dessa varierar är det svårt att anpassa sig efter dem.

23

3 KONCEPTGENERERING OCH UTVÄRDERING

Detta kapitel beskriver processen med att ta fram, utvärdera och välja koncept.

3.1 Förkastade förslag

Följande förslag avfärdades på ett tidigt stadium då de ansågs osäkra, ogenomförbara eller olämpliga av andra skäl.

Hissa upp luckan i taket

Den första idén gick ut på att hissa upp hela locksektionen i taket och på så sätt slippa större ingrepp i golvet. Detta kändes dock inte som någon bra lösning då det ofta är komplicerat och dyrt att förstärka och montera i tak. Dessutom kändes det, ur ett säkerhetsperspektiv, olustigt att vistas under tunga föremål.

Gångjärnslucka med vajer/kedja

Nästa förslag var att göra en stor lucka med gångjärn längs ena kanten. I den andra änden skulle en vajer/kedja fästas som var kopplad till en vinsch infäst på väggen, se Figur 10 nedan.

Figur 10. Principskiss av gångjärnslucka.

Inte heller denna lösning kändes helt säker då vajern kommer bära lasten under hela tiden som luckan är öppen.

24

Sektion som dras ut åt sidan

En annan idé var att använda sig av en enda sektion där hjul på undersidan skulle göra det möjligt att dra upp sektionen på golvet bredvid gropen. I Figur 11 visas hur en möjlig lösning skulle kunna se ut. Här ses gropen i genomskärning från kortsidan och den streckade linjen är skenor som går längs kanterna.

Figur 11. Enkel skiss av koncept med sektion som dras ut på golvet.

Detta koncept avfärdades då det dels skulle bli svårt att få upp sektionen över kanten och att sektionen dessutom skulle ta upp för mycket av golvytan.

Dragspel

Detta koncept liknar den befintliga lösningen med skillnaden att fyra sektioner används istället för två, se Figur 12.

Figur 12. Principskiss över dragspelskonceptet.

Inte heller detta koncept ansågs genomförbart då det skulle kräva att öppningen görs mycket stor för att luckorna skulle kunna flyttas tillräckligt för att kunna hissa upp madrassen.

3.2 Utvärderade koncept

Följande koncept bedömdes ha större potential och utvärderades därför mer ingående.

Koncept 1: Roterande sektioner

Detta koncept bygger på principen för luckor på lastfartyg, se Figur 9, där sektionerna dras åt sidan och roteras. Det består av stycken lika breda sektioner med bredden samt en locksektion/passbit (mörkgrå i figuren) med bredden . Positionerna vid stängt läge visas i Figur 13.

25 Figur 13. Roterande sektioner i stängt läge.

Vid detta stängda läge gäller att

(1)

I det öppna läget, se Figur 14, har sektionerna flyttats åt sidan och roterats 90 grader. Locksektionen/passbiten är anpassad så att den täcker resten av öppningen.

Figur 14. Roterande sektioner i öppet läge. I detta läge gäller att

(2)

26

För att beräkna (vid kortast möjliga ) utreds hur mycket utrymme som behövs för att kunna rotera den sista sektionen, se Figur 15.

Figur 15. Rotation av den sista sektionen. För att locksektionen/passbiten ska passa hålet gäller

(3)

Från ekvation (1) och (2) kan hålets längd uttryckas som

(4)

Ur denna ekvation kan sektionsbredden brytas ut

(5)

Ekvation (3) kan nu förenklas till

(6)

Nu finns uttryck för alla faktorer som ingår i ekvation (4) och då kan hållängden uttryckas som

27 När dessa ekvationer är framtagna beräknas hållängd , sektionsbredd och locklängd för olika antal sektioner (locksektionen/passbiten inte inräknad) och olika tjocklek (12-25 cm). Resultaten visas i Figur 16-Figur 18.

Figur 16. Hållängd som funktion av antal sektioner och dess tjocklek.

28

Figur 18. Längd på locksektionen som funktion av antal och tjocklek på sektionerna (linjen för 3 sektioner ligger dold under den svarta ramen vid locklängden 1m).

Det kan konstateras, för att få kortast möjliga hål ska så få sektioner som möjligt användas. Samtidigt leder det till att sektionerna blir längre och därmed även tyngre. Tjockleken på sektionerna har stor betydelse för längden på hålet, mindre betydelse för längden per sektion och ingen påverkan alls på längden av locksektionen/passbiten. Dock är det svårt att påverka tjockleken då den styrs av hållfasthetskraven.

29 Det här konceptet är inspirerat av de vipportar som finns för garage, se Figur 6. Tanken är att det

finns två skenor i gropen, mörkgrå i

Figur 19, en som går parallellt med golvet och en som går rakt ner längst bak i gropen. I varje sektion finns det sedan två hjul (eller liknande) som går i dessa spår. Avståndet är längden mellan dessa hjul, sektionen kan vara längre än detta avstånd (illustrerat med streckade linjer).

Figur 19. Vippluckor

Längden av hålet , måste vara lika långt som det maximala värdet av när sektionen flyttar sig från till ( )

För att hitta detta värde måste geometriska samband och ekvationer ställas upp och beräknas för alla värden när går från 0 till .

30

Pythagoras sats används för att bestämma sambandet mellan , ( ) och enligt ( ) (8)

Sedan bryts ut enligt

( ) (9)

och utvecklas till

√ ( ) √

(10)

Vinkeln mellan sektionen och väggen beräknas enligt

√

31 Denna används sedan för att beräkna

( ) (12)

Om man antar att avståndet mellan madrassens överkant och sektionernas mittpunkt

och beräknar nödvändig hållängd för olika sektionslängder, kan resultatet sammanställas i en graf, se Figur 20 nedan. Har man sektioner med 1,5 meter mellan fästpunkterna behövs det t ex ett hål på ca 1 meter.

Figur 20. Hållängd som funktion av längden per sektion för vippluckor.

Konceptet med vippluckor kan användas med ett flertal korta sektioner som förvaras under/efter madrassen, se Figur 21 och Figur 22. Den kan också genomföras med stora sektioner som delvis

32

sticker upp ovanför golvet, se de streckade linjerna i

Figur 19. Den senare lösningen går att göra med en enda stor sektion eller två sektioner som viks ner längs gropens långsidor.

33 Figur 22. Vippluckor med förvaring bakom madrassen, sett från skumgummigropens långsida.

34

Koncept 3: Nedsänkta luckor

Det tredje konceptet som utretts mer grundligt innebär att sektionerna dras åt sidan för att sjunka ner vågrätt ovanpå varandra efter gropmattan. Principen liknar den för de tallriksställ som brukar finnas på restauranger, där den översta tallriken alltid befinner sig på rätt höjd. Hur det här konceptet ser ut i stängt läge visas i Figur 23.

Figur 23. Nedsänkta luckor i stängt läge.

I det öppna läget, se Figur 24, behöver hålet , vara lika långt som en sektion .

Därför beror hålets längd endast på hur många sektioner man väljer att ha.

Figur 24. Nedsänkta luckor i öppet läge.

Tanken är att använda sig av 2 skenor med fästpunkter på olika höjd av sektionerna se Figur 25. Dessa skenor är vågräta tills de kommer fram till hålet där de böjer av och för sektionen nedåt.

35 Figur 25. Skensystem för nedsänkta luckor.

Ett problem är hur man ska hantera nivåskillnaden. När man ska öppna upp gropen vill man att det ska se ut som i Figur 25, det vill säga att lyftanordningen är inställd så att nästa sektion bara är att skjuta åt sidan. När man ska stänga gropen vill man istället att det ska se ut som i Figur 26, det vill säga att den är inställd så att den översta sektionen ligger i nivå med golvet. Då kan man dra den åt sidan utan behöva lyfta den.

Figur 26. Lyftanordningens position vid stängning av luckorna.

Nästa problem att lösa är hur man får den sista sektionen att ligga kvar i stängt läge. De övriga sektionerna vilar på skenorna men det kan inte den sista göra, då skenorna böjer av, se Figur 27.

36

Figur 27. Illustration av problemet med att få den sista (längst till vänster) sektionen att ligga kvar i stängt läge En lösning på det problemet skulle kunna vara att ha en liten passbit längst ut på kanten. Den kan antingen vara lös eller sitta fast med gångjärn och tvingar den sista sektionen tillräckligt långt åt sidan för att den ska få fäste i skenorna, se Figur 28.

Figur 28. Lösning med passbit, stängt läge.

Den sista sektionen på andra sidan kortas ner med motsvarande längd så att de tillsammans utgör det översta lagret av luckorna när gropen är öppen, se Figur 29 nedan.

37 Hur stort hål man får beror helt på hur många sektioner man har och beräknas enligt

Denna längd har beräknats för olika antal sektioner och visas i Tabell 1. Tabell 1. Hållängd beroende på antal golvsektioner

Antal golvsektioner Hållängd 4 2 m 5 1,5 m 6 1,2m 7 1 m

3.3 Konceptval

De tre koncepten jämfördes grundligt för att avgöra vilken lösning som skulle utvecklas vidare.

Roterande luckor

De roterande luckorna ansågs ha en stor klämrisk vid hanteringen då själva rotationen skulle vara svår att kontrollera manuellt. För att få denna lösning att fungera skulle det med största sannolikhet behövas någon form av komplicerad mekanik (motorer, ställdon, fjädrar etc.) för drivningen, något som helst skulle undvikas av kostnadsskäl.

Vippluckor

De höj och sänkbara groparna har ett lyftbord placerad under skumgummimadrassen. Därför kan detta utrymme inte användas för förvaring av sektionerna som föreslogs i Figur 21. Inte heller att förvara sektionerna efter skumgummimadrassen, se Figur 22, verkar genomförbart då det skulle bli svårt att kontrollera rörelsen.

Återstår gör då alternativet att använda en stor sektion längs bortre kortsidan eller två sektioner, en längs varje långsida. Alternativet med en sektion blir svår att genomföra utan hydraulik då dimensionerna och vikten blir så stor. Att ha en sektion längs varje långsida är bättre ur den synpunkten, men skulle leda till stora hål bredvid madrassen i öppet läge.

Nedsänkta luckor

Den stora fördelen med detta koncept är att sektionerna inte behöver roteras/vridas och därmed gör rörelsen lättare att kontrollera. Problemen ligger i att hitta en lösning för att få den sista sektionen att ligga på plats samt att välja en lämplig lyftanordning.

38

Nackdelar med gångjärn och roterande sektioner

Inget av de tre huvudkoncepten innehåller gångjärn, däremot finns det rotationer av sekt ioner som ligger kant i kant. Detta leder ofta till glipor mellan delarna. Anledningen är att sektionerna inte kan rotera om de inte har ett litet mellanrum, se Figur 30.

Figur 30. Nödvändiga glipor vid rotation av sektioner.

Konceptval

När de olika konceptens för- och nackdelar tagits i beaktning beslutades det att utgå från koncept 3 med de nedsänkta luckorna. De ansågs ha minst klämrisk och vara enklast att kontrollera och hantera.

39

4 VIDAREUTVECKLING AV VALT KONCEPT

Detta kapitel beskrivs hur konceptet vidareutvecklades genom att lösningar på de olika problemen togs fram.

4.1 Sektionsval

Fler sektioner leder till fler skarvar men samtidigt minskar längden av den öppning som behövs efter madrassen (för att förvara sektionerna). Varje sektion blir även lättare och därmed enklare att hantera. Efter att ha tagit hänsyn till dessa för- och nackdelar beslutades att fem sektioner kommer användas. Detta leder enligt Tabell 1 till att

4.2 Lyftanordning

Till lyftanordningen har någon typ av fjäderbelastad lösning övervägts. Men då precisionen i höjdled måste vara så pass stor föll valet istället på att använda sig av ett lyftbord. Detta behöver ha någon slags styrning så att det lyfts/sänks i etapper om höjden av en sektion.

Ett lyftbord använder el och/eller hydraulik och är dessutom en lyftande anordning. Det innebär att det omfattas av maskindirektivet och kravet på CE-märkning. Så länge det inte kopplas ihop med någon annan maskin är det dock inget problem då alla lyftbord som säljs redan måste vara CE-märkta.

4.3 Låsning av sista luckan

I det stängda läget skulle den sista luckan kunna vila på lyftbordet. Dock skulle lyftbordet då behöva dimensioneras mot den nyttiga lasten i idrottshallar istället för endast luckornas egentyngd. Detta skulle innebära att ett betydligt kraftigare och dyrare lyftbord skulle behövas och därför tas en annan låsning fram.

Flyttbara skenor/spärrar monteras längs sidorna i öppningen se Figur 31. Dessa skall kunna fällas in så att sektionerna kan passera upp och ner samt fällas ut så att den sista sektionen kan vila på dem. När den sista sektionen skall låsas, hissar man med lyftbordet upp den högre än golvytan. Då kommer man åt att fälla ut skenorna och sektionen kan sänkas ner på sin plats.

40

Figur 31. Princip för låsning av sista sektionen.

När luckorna skall öppnas börjar man istället med att hissa upp sektionen, fälla in skenorna och sedan sänka ner sektionen igen. Därefter kan de andra sektionerna förflyttas som vanligt. I det öppna läget kan man sedan välja om man vill låta den översta sektionen vila ovanpå de andra (i hög ovanpå lyftbordet) eller på de utfällbara skenorna. Vilar den på skenorna blir den en del av det övriga golvet och de andra sektioner och lyftbordet belastas inte. Använder man skenorna fälls de ut innan sektionen dras åt sidan.

41

4.4 Skarvar

Det är viktigt att skarvarna i golvet hålls så små som möjligt för att minimera störningen för andra aktiviteter i idrottshallarna.

Storleken på skarvarna längs gropens långsidor styrs till stor del av vilken infästning som används för sektionerna. Väljs en lösning där en skena eller räls förhindrar rörelse i sidled kan de göras mycket små då risken för snedställning är liten.

Skarvarna mellan sektionerna beror istället på hur väl dessa trycks ihop. Om ytorna som ska angränsa till varandra är tillräckligt plana borde mycket små skarvar kunna fås. Dock är toleranserna mycket snäva då den sista sektionen skall kunna passera upp genom det kvarvarande hålet och sedan passa in utan stora skarvar. För att lyckas med detta behövs antagligen någon slags låsning för de övriga sektionerna när de är i rätt läge. Det kan t.ex. handla om haspar/sprintar som endast kan tryckas i när positionen är helt rätt.

Om det skulle visa sig att det inte går att få till så små toleranser att den sista sektionen passar perfekt kan man eventuellt använda sig av en passlist/passbit, en smal list som passar i de kvarvarande springorna. Den sista sektionen görs då lite mindre än öppningen så att den kan passera obehindrat. När den lagts på plats på skenan trycks den åt sidan och passlisten läggs på plats i det kvarvarande hålet se Figur 32.

Figur 32. Princip för passbit.

4.5 Infästning

För denna lösning finns det många olika typer av infästningar att väja mellan. Om hjul används finns tre huvudlösningar, se Figur 33. Här ses gropen i ett tvärsnitt från dess kortsida. Det gråa är gropens väggar, det beiga sektionen och det blå madrassen. Hjul är markerat med rött och det svarta är en skena.

42

(a) (b)

(c)

Figur 33. Infästningar med hjul.

I Figur 33 (a) visas en lösning där hjulen är monterade med en båge under sektionerna. Längs väggen går en skena som hjulet rullar på.

I Figur 33 (b) syns en lösning där hjulen är monterade på sektionernas kortsidor och där skenan är inbyggd i väggen.

Nertill syns en tredje lösning där ett fäste är monterat under sektionen. I detta fäste sitter hjulet som sedan rullar i en skena som fästs på gropens vägg. I samtliga av dessa lösningar vilar sektionerna på hjulen även när de inte förflyttas. Detta innebär att hjulen måste dimensioneras mot hela den last som ett idrottshallsgolv måste klara av. Skulle hjulen istället bara bära lasten när sektionerna förflyttades skulle belastningen bli mycket mindre då de endast skulle behöva dimensioneras mot egenvikten. Två koncept för att åstadkomma detta visas i Figur 34.

43

(a) (b) Figur 34. Infästningar med höj- och sänkbara hjul/skenor.

I Figur 34 (a) syns ett koncept med dubbla skenor. Den övre skenan är fast och på denna vilar sektionerna i det stängda läget. Nedanför den fasta skenan finns ytterligare en skena som kan flyttas i höjdled. När sektionerna skall flyttas höjs denna skena så att hjulen tar i och sektionerna lyfts från den fasta skenan. Sektionerna vilar nu på hjulen och kan rullas åt sidan.

I konceptet i Figur 34 (b) till höger är hjulen placerade i hålrummet i/under sektionen. Här är hjulet monterat på en gängad stång/axel vilket gör att hjulet går att skruva upp och ner genom att vrida runt med ett verktyg i hål i sektionens översida. När sektionerna ska flyttas skruvas hjulen ner så att de tar i skenan och frilägger sektionen som sedan går att rulla åt sidan. När de sedan ligger på rätt plats skruvas hjulen upp igen så att sektionen ligger stadigt direkt på skenorna. En höj- och sänkbar skena kan åstadkommas på flera sätt men då hydraulik skall undvikas är den bästa lösningen antagligen att använda sig av gängade stänger, se

Figur 35. Dessa ska vara monterade lodrätt längs gropens väggar och bära upp skenan som vilar på dem. Längre ner sitter de monterade i en fast mutter eller gängad infästning som tvingar stången att röra sig upp eller ner om den roteras. Mellan stängerna kopplas en kedja som ser till att alla stänger roteras simultant. Drivningen av kedjan (och därmed även stängerna) kan ske genom manuellt arbete eller att en elmotor används.

44

Figur 35. Princip för höj- och sänkbara skenor med gängade stänger, vyer från två riktningar.

Om vikten på sektionerna kan hållas tillräckligt låg är det även möjligt att de skulle kunna dras direkt på skenorna, se Figur 36. Förutsättningen är att ett glidlager/glidplatta (troligen ett plastmaterial med låg friktion) fästs under sektionen och utgör glidytan mot skenan. Fördelen är att det blir färre rörliga delar och att inga direkta infästningar behövs. Nackdelen jämfört med hjul är att det troligtvis behövs större kraft för att förflytta sektionerna.

45 Figur 36. Sektion vilandes direkt på skenorna.

4.6 Drivning

Beroende på vald lösning samt sektionernas vikt kan olika typer av drivning användas. Då hydraulik skall undvikas i möjligaste mån är elmotordrift förstahandsvalet om sektionerna blir så tunga att manuell förflyttning (handkraft) är omöjlig. Tänkbar är särskilt en lösning där sektionerna drivs av en vajer kopplad till en eldriven eller handdriven vinsch.

Vid drivning med vajer ligger svårigheten i att hitta en lösning där sektionen fäster i vajern när den skall förflyttas, men automatiskt hakas loss när den nått sin position ovanpå lyftbordet.

4.7 Förhindra snedställning

För att se till att sektionerna inte hamnar snett och låser sig kan små infällda hjul eller rullkulor användas längs sektionernas kortsidor. Dessa kan placeras i de kantreglar som finns mellan de bärande balkarna/bjälkarna för att inte påverka bärförmågan hos dessa.

Andra alternativ för att undvika att sektionerna hamnar snett och låser sig är att använda sig av spår/räls på skenan som förhindrar rörelse i sidled.

4.8 Klämrisk

En viss klämrisk finns vid hantering av sektionerna. Det handlar i första hand om risken att någon kommer emellan med en hand eller fot när sektionerna dras fram eller tillbaka. Det som framför allt styr klämrisken är vilken hastighet sektionerna får vid förflyttningen. Denna beror på hur mycket sektionerna väger, hur stor friktion de har och hur de drivs.

Drivs sektionerna mekaniskt genom en elmotor eller liknande används en låg hastighet och en brytare där rörelsen stannar när knappen släpps.

Dras sektionerna istället för hand kan de kontrolleras manuellt hela tiden. Dock är det möjligt att det går att skada sig om användarna är vårdslösa och knuffar iväg sektionerna utan att kontrollera dem (det vill säga, släpper dem när de har fart).

47

5 DIMENSIONERING AV VALT KONCEPT

I detta kapitel beskrivs de geometrier, tvärsnittsstorheter och vikter som behövs för att kunna beräkna de laster som en sektion måste dimensioneras mot.

5.1 Material

För att kunna utforma en lösning som är billig och lätt att använda är det viktigt att försöka hålla nere vikten på luckorna. Golvskivorna kommer vara av plywood, men vilket balkmaterial som kommer användas beror till stor del på vikten.

Följande material kommer att övervägas: Trämaterial:  Konstruktionsvirke  Limträ  Fanerträ Stål:  IPE-balkar  HEA-balkar  Kvadratiska fyrkantsrör Aluminium:  Olika golvprofiler  Färdiga lucksektioner

Trä- och stålmaterial utvärderas på egen hand. Då aluminiumprofiler har mer komplicerade geometrier och därmed är svårare att dimensionera tas kontakt med företag som producerar dessa. Ingen dimensionering av dessa kommer därför att göras i detta arbete.

5.2 Geometri

Luckorna kommer bestå av sektioner uppbyggda av balkar som sedan täcks med två plywoodskivor (två lager används för att undvika genomgående skarvar). Längs kortsidorna kommer reglar sättas mellan balkarna för att åstadkomma en stabil ram och se till att balkarna inte rör sig i förhållande till varandra, se Figur 37.

48

Figur 37. Sektion sedd snett underifrån.

För att kunna dimensionera luckorna måste geometriska parametrar och relationer bestämmas, se Figur 38. Observera att antalet balkar/bjälkar och deras tvärsnittsform kan variera samt att de stabiliserande balkarna längs kortsidorna inte visas i bilden.

49 De parametrar som används visas i Tabell 2.

Tabell 2. Geometriska parametrar.

⁄ ( )

Där den totala höjden , och centrumavståndet , mellan balkarna beräknas enligt

(15)

och

(16)

För plywoodskivorna behöver även den fria upplagslängden och fria upplagsbredden bestämmas (avstånden mellan balkarnas innerkanter), se Figur 39.

Figur 39. Plywoodens fria upplagslängder. Dessa beräknas enligt

50

(17)

samt

(18)

5.3 Tvärsnittsstorheter

Beroende på vilket typ av balk som används varierar tvärsnittsstorheterna. För en balk med rektangulärt tvärsnitt (det vill säga träbalk) visas tvärsnittstorheterna i Tabell 3 nedan där är densiteten för balken. Denna beror på vilket material som används, se avsnitt för respektive trämaterial. Då alla krafter behöver anges i Newton beräknas tyngden istället för vikten och tyngdaccelerationen avrundas till 10 ⁄ .

Tabell 3. Tvärsnittsstorheter för rektangulära balktvärsnitt Tvärsnitt Tvärsnittsarea

( )

Tyngd per meter balk ( ) Böjmotstånd ( ) Tröghetsmoment ( ) Skjuvnings konstant Solid rektangel (träbalk)

För stålbalkar (som har mer komplicerade geometrier) ges uppgifter om tvärsnittsarean, vikt per meter, böjmotstånd och tröghetsmoment i tabeller som tillverkarna tillhandahåller. Dessa värden visas i Tabell 30-Tabell 32 under avsnittet för ståldimensionering.

Skjuvningskonstanten brukar för I-balkar och fyrkantsrör beräknas enligt

(19)

där även värden på för respektive balk finns i Tabell 30-Tabell 32.

5.4 Egenvikter

Första steget i dimensioneringen är att beräkna luckornas egenvikt och hur stor del av lasten som respektive balk måste bära. Även den vikt som plywoodskivan utsätts för behöver tas fram. Varje balk får bära vikten av den plywood som sträcker sig fram till hälften av avståndet till nästa balk. Vikten av kantreglarna har beräknats utifrån att samma material och dimensioner som bjälkarna har används. Troligtvis används kantreglar med mindre dimensioner. Dock är tyngden betydelsefull i den fortsatta dimensioneringen och därför används dessa reglar i beräkningen av egenvikten för att få en viss säkerhetsfaktor.

Vid beräkningarna har lasterna för en av de mittersta balkarna används då de påverkas av större egenvikt än en kantbalk, se Figur 40.

51 Figur 40. Material som bärs upp av en mittenbalk (överst) respektive en kantbalk (nederst).

Densiteten för plywood är känd som

⁄

och tyngden per kvadratmeter plywood beräknas då enligt

⁄ (20)

När denna är känd kan de egenvikter som verkar på en mittbalk respektive på den fritt upplagda plywoodskivan beräknas, se Tabell 4.

Tabell 4. Egenvikter för sektionerna, samtliga laster är i Newton.

Plywood Balkar Kantreglar ( ) Totalt

Den totala sektionsvikten kan sedan beräknas som

53

6 DIMENSIONERING ENLIGT EUROCODE

Detta avsnitt beskriver beräkningsgången som gäller för dimensionering i trä och stål enligt Eurocoderna.

6.1 Eurocoder

Då luckorna kommer att installeras i golv måste de följa de konstruktionsregler som finns för byggnader. Dessa är gemensamma inom stora delar av Europa och kallas Eurocode (EN1990-EN 1999).

Eurocoderna har ersatt de nationella bestämmelser som varje land tidigare hade. Syftet är att skapa ett gemensamt regelverk som gör det lättare för företag och personer att bygga och konstruera i olika länder och därmed öka rörligheten och konkurrensen.

Eurocode består av tio delar som behandlar generella bestämmelser samt regler specifika för respektive byggnadsmaterial. De eurocoder som används i detta arbete är:

EN 1990, Eurocode: Basis of Structrual Design [16] EN 1991, Eurocode 1: Actions on structures [17] EN 1993, Eurocode 3: Design of steel structures [18] EN 1995, Eurocode 5: Design of timber structures [19]

6.1.1 Parametrar och faktorer

Säkerhetsklasser

Byggnadsverksdelar delas in i säkerhetsklasserna 1-3 där 3 har högst krav på säkerhet. Beroende på vilken säkerhetsklass delen har så får partialkoefficienten olika värden, se Tabell 5. Partialkoefficient reducerar lasten som delen ska dimensioneras för.

Tabell 5. Värden på partialkoefficienten för olika säkerhetsklasser.

Säkerhetsklass 1 2 3

0,83 0,91 1,0

Indelningen i säkerhetsklasserna sker efter hur stor personskada som kan uppstå vid brott. Klass 3 används på de delar som håller ihop byggnaden (takbjälkar, pelare mm), där ett brott kan leda till kollaps av hela byggnaden och därmed många dödsfall.

Till klass 1 hör delar som vid brott rimligtvis inte kan medföra allvarliga skador (icke bärande innerväggar, väggbeklädnader mm). De delar som inte kan placeras i klass 1 eller 3 tillhör klass 2. Luckan borde räknas som golvbjälklag och därför tillhöra klass 2.

Detta innebär att

54

Lastreduktionsfaktor, ψ-faktor

Lastreduktionsfaktorer används när man kombinerar olika laster för att utreda vilket lastfall som är dimensionerande. Anledningen är att det inte är sannolikt att alla de olika bidragande lasterna har sitt maximala värde samtidigt. Vilken av lastreduceringsfaktorerna ( eller ) som ska användas framgår av ekvationerna för respektive lastfall.

Då luckan ska användas i idrottshallar tillhör den kategori ”C: samlingslokaler”, - värdena för denna kategori visas i Tabell 6.

Tabell 6. ψ-värden för samlingslokaler [16]. Kategori

C: samlingslokaler 0,7 0,7 0,6

Egentyngd,

Egentyngden är tyngden av själva strukturen. När balkarna ska dimensioneras används som innebär tyngden av balken i sig, plywooden och kantreglarna som varje balk bär vikten av. För dimensionering av plywooden används som endast innehåller vikten av den plywood

som är fritt upplagd.

Förspänningskrafter,

Detta är krafter som uppstår när delar är inspända i andra delar i en konstruktion. Då luckorna kommer att ”ligga ovanpå” eller hänga fritt i skenor/spår kommer ingen sådan kraft uppstå.

6.1.2 Nyttig last, Q

, q

Nyttiga laster är laster som uppstår vid användande av konstruktionen. För golv innebär det vikt av möbler människor mm.

Det finns angivet vilka nominella nyttiga laster som golv i olika typer av byggnader ska vara dimensionerade för. För golvluckan finns det två olika kategorier som kan väljas, C4 eller C5, se Tabell 7 [17]. För varje kategori finns det en utbredd last och en punklast som det ska dimensioneras för (var för sig, inte båda samtidigt).

Det är viktigt att observera att dessa värden inte tar hänsyn till stora dynamiska laster. I idrottshallar kan dessa framför allt uppkomma om många hoppar eller dansar i takt t.ex. vid skoldisco eller konserter. Det har varit mycket svårt att hitta någon information om hur stora krafter som kan uppstå vid hopp och dans. I framtiden behöver det därför utredas så att man till exempel kan ta fram en gräns för hur många som får vistas på luckan samtidigt vid denna typ av aktiviteter.

55 Tabell 7. Nominella nyttiga laster för samlingslokaler kategori C4 och C5.

Rimligtvis ska kategori C5 användas vilket innebär att och

Dock har det efter att antal olyckor med scengolv som rasat (då stora publikmassor hoppat i takt till musiken), börjat diskuteras om den nominella utbredda lasten skall höjas till 7000 ⁄ . För att inte riskera att behöva dimensionera om konstruktionen om reglerna ändras kommer det högre värdet användas.

Alltså används istället

6.2 Dimensioneringsgränser

När laster och faktorer är bestämda ska de utredas enligt de två fallen brottgräns och bruksgräns. Brottgränstillståndet finns reglerat i standarderna och rör hur mycket last luckan ska kunna klara av utan att den går sönder. Hur detta ska beräknas är även det reglerat.

Bruksgränsen avgör hur mycket luckan får bukta när man går på den. Detta är inte reglerat i standarderna utan är något som man ska komma överens med köparen/beställaren om.

6.2.1 Brottgräns

I Eurocode 0 [16] beskrivs vilka lastfall som skall användas för att beräkna de dimensionerande krafterna och spänningarna i konstruktioner. Dessa måste vara lägre än materialets kapacitet för motsvarande påverkan. För att vara säker på att luckorna håller måste både balkar och plywoodskivorna kontrolleras var för sig.

I detta avsnitt beräknas de dimensionerande momenten, krafterna och spänningarna enligt beräkningar som är oberoende av materialet. Dessa ska sedan jämföras med varje materials kapacitet som beräknas (på olika sätt beroende av materialet) i avsnitten för respektive material (trämaterial och stål). Kategori: [ ⁄ ] Utbredd last [ ] Punklast C4:

Utrymmen där fysiska aktiviteter kan förekomma, t.ex. danslokaler, gymnastiksalar, teaterscener.

4,0 4,0

C5:

Utrymmen där stora folksamlingar kan förekomma, t.ex. i byggnader avsedda för offentliga sammankomster såsom konserthallar, sporthallar inklusive

ståplatsläktare, terrasser samt

kommunikationsutrymmen och plattformar till järnvägar.

56

Observera att då ingen förspänningskraft (eller annan normalkraft) förekommer har ingen hänsyn tagits till knäckningsrisken i dessa beräkningar.

Då plywoodskivan är fäst i överkant på balkarna och kantreglar finns, har risken för vippning inte behövts tas hänsyn till.

Lastfall för brottgränstillståndet

Den dimensionerande lasten räknas ut enligt Ekv 6.10a och Ekv 6.10b [16] i Tabell 8 nedan. Den av dessa ekvationer som ger den största belastningen används senare för dimensioneringen med avseende på brottgränstillståndet.

Tabell 8. Ekvationer för dimensionerande lastfall. Permanenta laster Variabel

huvudlast

Samverkande variabla laster

Ogynnsamma Gynn-

samma

Största last Övriga laster

Ekv. 6.10a 1,35 Ogynnsam: Gynnsam: 0 Ogynnsam: Gynnsam: 0 Ekv. 6.10b Ogynnsam: Gynnsam: 0 Ogynnsam: Gynnsam: 0

Då ingen förspänningskraft finns, endast en variabel last förekommer och samtliga laster är ogynnsamma kan ekvationerna förenklas enligt Tabell 9 där står för den största variabla lasten, det vill säga eller .

Tabell 9. Förenklade ekvationer för beräkning av dimensionerande lastfall.

Permanenta laster Variabel

huvudlast

Samverkande variabla laster

Ogynnsamma Gynnsamma Största last Övriga

Ekv.

6.10a --- ---

Ekv.

6.10b --- ---

Då två olika variabla laster förekommer och det finns två ekvationer finns sammanlagt fyra olika fall att utreda för balkarna respektive skivan.

57 Balkar/bjälkar

För att underlätta de fortsatta beräkningarna tas den sammanlagda utbredda lasten per balk fram enligt

(22)

De fyra lastfallen blir då:

Fall 1: ekv 6.10 a, utbredd last

(23)

Fall 2: ekv 6.10 b, utbredd last

(24)

Fall 3: ekv 6.10 a, punktlast

(25)

(26)

Fall 4: ekv 6.10 b, punktlast

(27)

(28)

I samtliga fyra fall leder lasterna till elementarfall av balkböjning där böjmoment och tvärkrafter uppstår. I fall 1 och fall 2 finns endast utbredda laster (egenvikt och nyttig last). I fall 3 och fall 4 finns en utbredd last (egenvikten) samt en punktlast (den nyttiga lasten).

För balkarna kombineras två olika elementarfall för balkböjning enligt: Böjmoment:

58

Tvärkraft:

( ) (30)

Dessa måste beräknas för samtliga fall för att utreda vilket som leder till det högsta böjmomentet respektive tvärkraften. De behöver inte uppstå för samma lastfall.

Stål dimensioneras mot moment och tvärkrafter medan träprodukter dimensioneras mot böj- och skjuvspänningar. De senare beräknas enligt:

Böjspänning: (31) Skjuvspänning: (32) Plywoodskivor

Då ekvationerna för spänningar i skivor inte använder sig av den sammanlagda utbredda lasten beräknas istället lasten per kvadratmeter. För att underlätta läsbarheten av ekvationerna används

⁄

(33)

De fyra lastfallen för skivorna blir då: Fall 1: ekv 6.10 a, utbredd last

_⁄ (34)

Fall 2: ekv 6.10 b, utbredd last

_⁄ (35)

Fall 3: ekv 6.10 a, punktlast

_⁄ (36)

(37)

59

_⁄ (38)

(39)

För skivor som är fast inspända på alla fyra sidor och har mått enligt Figur 39 kan böjspänningarna längs den infästa kanten (långsidan) samt i mittpunkten bestämmas enligt ekvationer givna i ”Roark’s Formulas for Stress and Strain” [20].

Då ⁄ skall följande värden på och användas, se Tabell 10 Tabell 10. Konstanter för beräkningar av spänningar i fast inspänd skiva.

Utbredd last Punktlast

0,5 0,067

0,25 1,008

För utbredd last beräknas böjspänningen längs kanten som

( )

(40)

och i skivans mittpunkt enligt

( )

(41)

Vid en punktlast som verkar i skivans mittpunkt fås

( ) (42) och ( ) (( ) ( ) ) (43)

60 Där

och är radien för den effektiva belastningsytan och fås genom

{√ ( ) (44) (45) där är radien av det cirkulära området som punktkraften verkar på, här används

Spänningarna för samtliga lastkombinationer (Fall 1-4) skall beräknas.

För Fall 1 och 2 då endast utbredd last förekommer används ekvation (40) och (41).

När både utbredd last (egenvikten) och punktlast förekommer (Fall 3 och 4) används samtliga ekvationer (40)-(45) och värdena för och superponeras.

Det högsta värdet på spänningarna blir sedan dimensionerande enligt

{ (46)

och måste vara lägre än plywoodens högsta tillåtna böjspänning .

6.2.2 Bruksgräns

Till bruksgränskraven hör de egenskaper som inte inverkar på hållfastheten för luckorna men som har betydelse för dess funktion, utseende mm. Det handlar framför allt om hur stora deformationer som skall vara tillåtna och att minimera vibrationer. Till största delen görs detta för att det inte ska vara obehagligt/kännas osäkert att gå och vistas på luckorna.

Det finns inga krav i Eurocoderna [16], [17], [18] och [19] gällande bruksgränserna, istället skall beställare och säljare/byggare komma överens om vad som ska gälla.

Nedböjning

Nedböjningen beräknas för en enskild balk som utsätts för egentyngden samt den utbredda lasten eller punktlasten, dock inte båda samtidigt.

När nedböjningarna beräknas används inte de dimensionerande lastfallen som används för brottgränsen. Istället finns det tre olika kombinationer av bruksgränslaster, dessa är:

 Karakteristiska kombinationen:

Används för att utreda risken för skador på grund av stora deformationer (maximalt lastfall)

 Frekventa kombinationen:

Beräknar utböjningen för lastfall som kan förekomma relativt ofta.  Kvasi-permanenta kombinationen: