Glas som ett bärande konstruktionsmaterial
Glas as a construction material
David Lukijanovic Saman Yasin
Glas som ett bärande konstruktionsmaterial
Examensarbete
VT15Byggteknik
David Lukijanovic
Saman Yasin
Förord
Detta examensarbete har skrivits på grundnivå och omfattar 15hp. Arbetet har utförts på halvfart under 20 veckor vid Malmö Högskola och motsvarat en av de avslutande kurserna på vår utbildning, Byggingenjör 180 hp. Vi har skrivit arbetet tillsammans men valt att dela upp litteraturgenomgången för att kunna ge en relevant och djupgående grund. En av oss har fokuserat på projekt med glas som bärande element medan den andra har fokuserat på forskningens utveckling kring glas som bärande element. Vi har tillsammans diskuterat och analyserat litteraturen och resultatet från vår enkätstudie samt våra genomförda intervjuer och är lika ansvariga för alla delar i examensarbetet.
Vi vill tacka alla respondenter som genom sitt deltagande i vår enkätstudie och våra intervjuer gjort det möjligt för oss att genomföra vårt arbete. Vi vill även tacka Jerry Eriksson från Glafo för visat engagemang och som bjöd in oss till Glafos workshops i Växjö, vilket gav oss möjlighet att knyta nya kontakter med personer inom arbetets område. Vi vill även tacka Michael Dorn på Linnéuniversitet som försett oss med intressant forskningsstudier som kunnat tillämpas.
Ett stort tack till vår externa handledare Tobias Berg som berikat oss med bra
frågeställningar och relevant information gällande forskningens utveckling om glas som ett bärande element. Vi måste även rikta ett stort tack till Erik Serrano på Lunds universitet som under arbetets gång gett oss en bättre insyn i forskningens utveckling, samt bidragit med forskningsstudier och kommit med nyttig information och bra synpunkter.
Ett speciellt tack vill vi rikta till Charlotte Carlstedt vid Malmö Högskola som varit ett stort stöd under arbetets gång och som lagt ner mycket tid och engagemang, vilket gjort det möjligt att slutföra detta arbete.
Malmö, juni 2015
Sammanfattning
I detta examensarbete kommer vi göra en kunskapssammanställning som kan ge verksamma inom byggbranschen en god överblick av glas ur ett bärande perspektiv, där vi lyfter fram några av de forskningar som bedrivits i Sverige. Syftet är att undersöka forskningens utveckling kring glas som ett bärande element och få en djupare inblick i hur långt kommen forskningen är, samt varför glas inte används i lika stor utsträckning som andra bärande element. Arbetet kommer även undersöka vilka fördelar respektive nackdelar det finns med materialet som bärande element. Vi har valt att intervjua forskare inom området för att få en aktualiserad och tillförlitlig kännedom, samt kopplat denna till relevant forskning och litteratur. För att även få en inblick i vilken kunskap och åsikter verksamma personer och studenter inom byggbranschen har gällande användningen av glas som bärande element, har vi utfört en enkätstudie i samarbete med Glafo – Glasforskningsinstitutet. Denna enkätstudie har riktat sig till verksamma arkitekter, ingenjörer/konstruktörer och andra verksamma inom byggbranschen, samt studerande ingenjörer och arkitekter. Utifrån vår enkätstudie kunde vi konstatera att majoriteten inte anser sig ha en god kunskap kring glas som bärande element och att många även är frågande kring dess möjlighet att fungera som ett bärande element på grund av materialets egenskaper.
Vi kunde även konstatera att forskningen kring glas som ett bärande konstruktionsmaterial går framåt då flertal forskningar gjorts inom området. Forskningen tittar framförallt på glasets infästning mot andra material, som i många fall kan vara problematiskt på grund av materialens olika egenskaper. Man tittar även på glasets bärande egenskaper då den utsätts för last. Ännu har man inte uppnått målet med att ta fram s.k. eurokoder för dimensionering av glasets bärande möjligheter. Detta gör det svår för glaset att slå igenom som ett bärande element, vilket innebär att man inte har samma möjlighet att använda glaset i den utsträckning som med andra material. Kostnaden att bygga med glas är också en aspekt som måste tas i beaktning, då det många gånger blir dyrare att välja glas istället för andra material. Detta på grund av saknandet av dimensioneringsklasser samt prefabricerade glaselement.
Slutligen kan vi konstatera att glas som ett bärande element är på upptåg och väcker många nyfiknas intresse. Med materialet kan man skapa unika konstruktioner vilket kan ge ett arkitektoniskt upplyft. Glas som ett bärande element bör dock inte användas som ett primärt konstruktionsmaterial, utan i ett sekundärt avseende på grund av dess spröda brott.
Nyckelord: dimensionering av glas, forskningens utveckling, glas som bärande element,
Abstract
The purpose of this degree project is to investigate the development of researches and studies around the glass as a structural element. We want to gain a deeper insight into why glass as a structural element is not used as much as other structural elements, and what advantages and disadvantages there are with the material. To be able to do this we have been interviewing researchers with knowledge of glass in constructions and read different studies and literature. We choose to do a survey in cooperation with the Swedish Glass Research Institute – Glafo to achieve a good knowledge of what active workers and students in the construction industry thinks about glass as a structural element and what benefits they see with the construction alternative. According to the result of our survey the majority of the respondents do not believe they have enough knowledge about glass in structures and many of them questioned its ability to act as a supporting element because of the material's properties.
We also note that research on bearing glass goes forward when several researches has been done in the field. The research is primarily looking at the glass attachment to other materials, which in many cases can be problematic because of the materials different characteristics. It also conducts research to see how much load the glass can handle. They have not yet achieved the goal of producing so-called Eurocodes for the design of the glass-carrying possibilities. This makes it difficult for the glass to break through as a carrying construction material, which means that you do not have the same opportunity to use the glass in the extent as with other materials. To use glass in constructions is also an aspect that must be taken into seriously, when it often becomes more expensive to choose glass instead of other materials. This is because there are not sizing classes and prefabricated glass elements.
In conclusion we can say that the glass as a load-bearing element is the antics and raises many of the curious interest. With the material we can create unique designs that can give an architectural lifted. Glass as a bearing material should not be used as a primary structural material, but in a secondary regard because of its brittle fracture.
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 1
1.1. Bakgrund ... 1
1.2. Problemformulering ... 1
1.3. Syfte och avgränsning ... 2
1.4. Metod ... 3
1.4.1. Kvalitativ metod ... 3
1.4.2. Kvantitativ metod ... 4
1.4.3 Val av metod ... 4
1.4.4. Urval och genomförande ... 5
2. Glas ... 7
2.1. Glasets historia inom byggbranschen ... 7
2.2 Glasets egenskaper ... 9
2.3. Tillverkningsprocess ... 10
2.4. Olika typer av glas ... 11
2.4.1 Planglas ... 11
2.4.2Härdat glas ... 12
2.4.3 Värmeförstärkt glas ... 13
2.4.4 Laminerat glas ... 13
2.5. Projekt med glas som bärande konstruktionsmaterial ... 14
2.5.1. Sonsbeek Pavilion by Bethem Crouwel ... 15
2.5.2. Broadfield House Glass Museum in Kingswinford ... 16
2.5.3. Hans Schmitz Haus in Rheinbach ... 17
2.5.4. Apples flaggskeppsbutik i New York ... 18
2.5.5.Novartis Campus standing pavilion in Basel ... 19
2.5.6. Grand Canyon Skywalk (Hästskobron) ... 20
3. Resultat ... 21
3.1. Forskningssammanställning ... 22
3.2.1. Glasbalkar ... 23
3.2.2. Skjuvbärande möjligheter med glasväggar ... 25
3.2.3. Stabiliserande glasskivor i ett flervåningshus ... 25
3.2.4. Tryckbelastade glaselement ... 27
3.2.5. Glaspelare ... 29
3.2.6. Limmets betydelse vid glas som bärande element ... 29
3.2. Sammanfattning av enkätstudiens resultat ... 30
3.1.1. Respondenternas kännedom om glas som bärande element ... 31
3.1.2. Glasets pålitlighet som bärande konstruktionsmaterial ... 32
3.1.3. Glas som bärande element i framtiden ... 33
3.1.4. Lämpligheten att använda glas som bärande element ... 34
3.1.5. Möjligheter med glas som bärande element ... 34
3.1.6. Nackdelar med glas som bärande element ... 36
4. Analys och diskussion ... 39
4.1. Kritisk reflektion ... 42
4.2. Förslag på fortsatt forskning ... 44
Referenser ... 47 Bilaga 1. ... 51
1
1. Inledning
1.1. Bakgrund
Glas är ett material som kan användas för att skapa modern arkitektur. Det ljusinsläpp som glas medför påverkar människans hälsa och välbefinnande positivt, vilket kan göra det mer attraktivt att bygga med större glaspartier i framtiden (Ekstrand-Tobin, 2011). Forskningen har kommit så långt att man idag kan använda glas som ett bärande element i en konstruktion, vilket kan upplevas underligt då glas i många konstruktioner inte har ett bärande syfte. Forskare runt om i världen försöker idag titta närmare på glasets olika egenskaper och beteende med förhoppning att hitta nya och intressanta användningsområden (Serrano, 2015a). Man lägger framförallt stor vikt på att förbättra glasets bärförmåga samt hitta smarta lösningar till glasets infästning mot andra material. Det pågår även arbete med att ta fram normer för dimensionering i Europa, s.k. Eurokoder (Berg, 2015).
Ser man till den svenska forskningen detta arbete tagit del av har forskningen främst bedrivits på Linneuniversitet i Växjö samt Lunds universitet. Universiteten har i sin tur haft ett visst sammarbete med Glafo som är ett glasforskningsinstitut i Växjö och arbetar med internationell forskning, utveckling, utbildning och tekniskt stöd till glastillverkare och glasanvändare.
1.2. Problemformulering
Att använda glas som ett bärande element är inte lika vanligt som med stål, trä och betong. Vi vill av denna anledning få en bättre förståelse för varför glas inte används i lika stor utsträckning i ett bärande syfte som de andra materialen, samt förstå vilka fördelar respektive nackdelar det finns med glas som ett bärande element. Vi vill även veta hur långt kommen forskningen är kring glas som ett bärande konstruktionsmaterial och förstå hur den svenska byggbranschen ställer sig till ämnet. Efter att ha sökt i olika databaser så som Google scholar och Summon, hittades ingen enklare kunskapssammanställning för hur långt kommen forskningen är kring glas som ett bärande konstruktionsmaterial i olika avseenden. Rapporterna var generellt väldigt omfattande där man specialiserat sig inom ett visst område, så som glasets infästning, tillverkning, hållfasthet, utformning eller
2 användningsområde. Även facklitteraturer som Challenging Glass (Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, 2008) och Structural use of glass (Haldimann, Matthias., Luible, Andreas & Overend, Mauro, 2008) går djupare in på glas som ett bärande element. Emellertid ger inga av dessa källor, en enklare sammanställning för forskningarnas utveckling.
1.3. Syfte och avgränsning
I detta examensarbete kommer vi göra en kunskapssammanställning som kan ge verksamma inom byggbranschen en god överblick av glas ur ett bärande perspektiv, där vi lyfter fram några av de forskningar som bedrivits i Sverige. Syftet är att undersöka forskningens utveckling kring glas som ett bärande element och få en djupare inblick i hur långt kommen forskningen är, samt varför det inte används i lika stor utsträckning som andra bärande element. Arbetet kommer även undersöka vilka fördelar respektive nackdelar det finns med materialet som bärande element och hur verksamma personer inom byggbranschen ser på glas som bärande element.
Frågorna som ämnas besvaras i denna rapport är följande:
• Hur långt kommen är forskningen i utvecklingen med att använda glas som ett bärande konstruktionsmaterial?
• Hur ser verksamma personer och studenter inom byggbranschen på användningen av glas som ett bärande element?
• Vilka för- och nackdelar ser verksamma personer och studenter inom byggbranschen på användningen av glas som ett bärande element?
Forskningens utveckling kommer begränsas till endast glas som bärande element inom byggkonstruktioner i Sverige och inte ta upp andra aspekter. Utvecklingen kommer att sammanställas och även nämna glasets framtida möjligheter inom byggbranschen som ett bärande element. För att lyckas med detta kommer vi att hämta information från forskningsbaserade källor och från vår intervjustudie. Då all forskning ständigt utvecklas väljer vi därför att sammanställa den forskningen som gjorts inom ett 20 års intervall, med restriktion för att äldre rapporter inte lever upp till dagens verklighet. I enkätstudien kommer avgränsningarna inte vara lika gällande, då det är respondenternas åsikter och
3 kunskaper som står i fokus. Avgränsningen till endast den svenska byggbranschen kommer dock vara aktuell.
1.4. Metod
1.4.1. Kvalitativ metod
En kvalitativ metod har ett fokus på deltagarnas uppfattning och ord. Det innebär att resultatet inte går att generalisera på samma sätt som vid en kvantitativ metod (Bryman, 2011). Vid en kvalitativ metod minskas även distansen till de deltagande, då en sådan metod ofta involverar intervjuer och nära möten med de deltagande (ibid.). Den kvalitativa metoden används när man exempelvis vill urskilja olika mönster i sin undersökning och inte fastslå någon särskild statistik (Trost, 2013). Bryman (2011) menar också att den kvalitativa metoden är mindre strukturerad än en kvantitativ metod då den medför att undersökningen sker mer ur de deltagandes perspektiv. Med det menar Bryman (2011) att det är deltagarnas uppfattningar som blir viktigt och betydelsefullt i undersökningen, då deras svar baseras på dem, och inte endast forskarens frågor och intressen.
Vid en kvalitativ undersökning sker det ofta intervjuer. Det innebär att även valet av intervjutypen blir väsentlig. Vid kvalitativa intervjuer finns det en tydlig tyngd på intervjupersonernas egna synsätt och uppfattningar och ett mer generellt förhållningssätt till formuleringen av frågeställningarna (Bryman, 2011). Det innebär således att intervjufrågorna kan ställas på ett varierande sätt med utgångspunkt i den intervjuade personen. Bryman (2011) betonar att kvalitativa intervjuer bör utgå från den intervjuades ståndpunkter och inte forskarens intressen och på så sätt låta intervjun följa det intervjupersonen anser vara viktigt och relevant. Det medför även att följdfrågor kan ställas vid intervjun och på så sätt ändra en förbestämd ordningsföljd av intervjufrågorna (Bryman, 2011). Det innebär med andra ord att kvalitativa intervjuer ger möjlighet till en mer flexibilitet än vad kvantitativa intervjuer gör. De kvalitativa intervjuerna delas in i
ostrukturerade intervjuer och semistrukturerade intervjuer, där de förstnämnda mer liknas
av ett vanligt samtal. Intervjuaren ställer då endast en fråga och därefter följs ett samtal som den deltagande styr utifrån eget intresse och associationer. De semistrukturerade
intervjuerna är istället mer styrda av intervjuaren, men ger möjlighet till den intervjuade att
utforma svaren på eget vis. Frågorna är i detta fall ofta allmänna och ger utrymme till följdfrågor som anpassas efter den intervjuades svar. Alvehus (2013) påpekar dock att
4 kvantitativa element inte behöver vara frånvarande i kvalitativa undersökningar, då det kan förekomma att ett stort antal respondenter uttrycker samma typ av åsikter eller uttryck i undersökningen.
1.4.2. Kvantitativ metod
Den kvantitativa metoden beskrivs som en metod med fokus på generalisering, statistik och distans (Bryman, 2011). Denna metod är mer strukturerad än den kvalitativa metoden och ger inte de deltagande i undersökningen samma utrymme till egna påverkningar. Det medför att forskaren får svar på det som han eller hon verkligen har som målsättning, då forskaren styr undersökningen. Det medför också att resultatet blir lättare att generalisera. Ett resultat med god generalisering innebär att resultatet inte bara kan ses som trovärdigt för undersökningens aktuella deltagare utan också för andra grupper. Resultatets generaliserbarhet är med andra ord beroende av i vilken utsträckning resultatet går att ses som sanningsenligt för andra grupper än de aktuella i undersökningen (Bryman, 2011). Distansen till de deltagande är ofta uppskattad av forskare som använder sig av en kvantitativ metod, då det medför att deras objektivitet inte påverkas (ibid.). Denna objektivitet är viktig då resultatets största möjlighet till generalisering även är beroende av forskarnas avsaknad av värderingar. Den kvantitativa metoden får ibland kritik för att den endast fokuserar på statistik och mätningar, vilket innebär att sociala faktorer inte tas in i beräkningarna (Bryman, 2011). Vad som dock är viktigt att poängtera är att metoden ger möjlighet till replikation. Det innebär att en undersökning som utförts med en kvantitativ metod ska kunna utföras av en annan forskare med ett likadant resultat. Det ger en god validitet till undersökningens resultat (ibid.). Sammantaget går det att konstatera att kvantitativa undersökningar är mer strukturerade än de kvalitativa undersökningarna och att de inte ger deltagarna samma möjlighet att påverka undersökningen. De ger istället möjlighet till en generalisering av resultatet och replikation av undersökningen, vilket påverkar dess validitet.
1.4.3 Val av metod
För att få svar på våra tre frågeställningar genomförde vi en enkätstudie och ett fåtal intervjuer med personer inom området glas som bärande element. Vi valde att genomföra
semistrukturerade intervjuer då den typen gav oss möjlighet att ställa följdfrågor till de
olika respondenterna men samtidigt hålla oss inom ramarna för området (Bryman, 2011). Det innebar således att vi utgick från en kvalitativ metod och lät respondenternas
5 uppfattningar styra intervjun. Då vi, genom våra intervjuer, ville stärka vår litteraturstudie kring forskningens utveckling blev även de kvalitativa intervjuerna det val som passade sig bäst för vår undersökning. Om vi istället hade valt att använda oss av kvantitativa intervjuer, så kallade strukturerade intervjuer, hade risken varit större att de intervjuade inte hade fått möjlighet att uttrycka sina kunskaper och uppfattningar på samma sätt då dessa intervjuer inte ger samma möjlighet till flexibilitet.
Vår enkätstudie (se Bilaga 1) består av både icke-öppna frågor och öppna frågor (Trost, 2013). De icke-öppna frågorna innebär att frågorna är försedda med fasta svarsalternativ medan de öppna frågorna ger respondenterna möjlighet att skriva vad de själva anser. Trost (2013) menar att valet av öppna frågor kan bli problematiskt om man inte är ute efter att få information kring respondenternas associationer. Trost (ibid.) menar även att det kan medföra att sådana frågor förblir obesvarade om respondenterna känner en viss osäkerhet kring området eller till att formulera sig skriftligt. Utifrån det valde vi att endast använda två öppna frågor, gällande möjligheterna och nackdelarna med glas som bärande element, då vi ville få information kring respondenternas egna associationer och kunskaper. Då våra
icke-öppna frågor gav möjlighet till att sammanställa respondenternas svar utifrån en mer
kvantitativ metod omfattade vår enkätstudie både en kvalitativ och kvantitativ metod. Vi väljer ändå att klassificera den som en kvalitativ undersökning, då vi valt att fokusera på vilka mönster vi kunnat urskilja utifrån svaren, med utgångspunkt i det Bryman (2011) nämner.
1.4.4. Urval och genomförande
Urvalet av respondenter har en stor betydelse för undersökningens tillförlitlighet (Kylén, 2004). Vid vårt val av respondenter utgick vi från en kontakt som vi haft sedan tidigare, Tobias Berg. Tobias Berg har doktorerat inom Glas som bärande konstruktionsmaterial och är utbildad Civilingenjör/Byggnadsingenjör. Då Berg är insatt inom området och den aktuella forskningen kring glas som bärande element ansåg vi att han var en lämplig person att intervjua. Genom intervjun med Tobias Berg blev vi mer upplysta om Glafo – Glasforskningsinstitutet. Vi valde att ta kontakt med institutet via deras hemsida och kom då i kontakt med Jerry Eriksson, en forskningsingenjör vid Glafo – Glasforskningsinstitutet. Eriksson var även den som upplyste oss om de workshops som ägde rum i Växjö den 19 mars och 27 april för att komma i kontakt med fler personer som var insatta i ämnet. På den första workshopen mötte vi Michael Dorn, forskningsassistent
6 inom Byggteknik vid Linnéuniversitetet, som vi valde att intervjua gällande forskningen kring glas som bärande element. Under workshopen hörde vi talas om Erik Serrano, en professor i Byggnadsmekanik vid Lunds Tekniska Högskola. Vi valde att ta kontakt med honom och genomförde en intervju på Lunds Tekniska Högskola angående forskningens utveckling. Det blev vår fjärde och sista intervju. De intervjuade var alla insatta inom området, glas som bärande element, vilket medför en tillförlitlighet till resultatet. Vid intervjuerna valde vi att anteckna respondenternas svar, då ljudinspelning kan påverka respondentens svar negativt och hämma spontana tankar och åsikter (Alvehus, 2013). Vi upplevde att denna metod fungerade väl under intervjuerna, då en av oss höll i intervjun medan den andra antecknade. Det medförde att inget försummades och att empirin kunde återges på ett tillförlitligt sätt.
För att få svar på vilken kunskap och åsikter verksamma personer och studenter inom byggbranschen har gällande användningen av glas som bärande element utförde vi även en enkätstudie i samarbete med Glafo – Glasforskningsinstitutet. Enkätstudien riktade sig till verksamma arkitekter, ingenjörer/konstruktörer och andra verksamma inom byggbranschen samt studerande ingenjörer och arkitekter. För att enkäten skulle kunna ge ett tillförlitligt resultat valde vi att dela ut enkäten till två olika målgrupper, yrkesverksamma personer respektive studenter inom byggbranschen. I kategorin yrkesverksamma deltog forskare, arkitekter och konstruktörer inom byggbranschen. De tillfrågade kom bland annat från företag som Tyrèns, Fojab, Consultec, Kanozi Arkitekter och Horisont arkitekter. I den andra målgruppen valdes endast två huvudgrupper ut, studerande arkitekter respektive ingenjörer från Chalmers högskola och Malmö högskola. Vi valde att använda oss av en webb-enkät för att enkelt nå ut till alla respondenter. Länken skickade ut till de utvalda personerna via mail och svaren registrerades direkt.
Våra urval har följaktligen varit icke-slumpmässiga, vilket innebär att vi haft en tanke bakom våra val av respondenter (Trost, 2013). Vad gäller intervjustudien, hade alla respondenter en god kunskap kring glas som bärande element och kunde på så vis tillföra tillförlitlig fakta till vår undersökning. För enkätstudien gjorde vi ett så kallat
bekvämlighetsurval, då vi valde två målgrupper att skicka ut vår enkät till med fokus på
deras befattning (ibid.). Urvalet kring de intervjuade kan därför anses var mer styrt i jämförelse med respondenterna till enkätstudien, då de intervjuades kunskaper även sågs som ett urvalskriterium.
7
2. Glas
2.1. Glasets historia inom byggbranschen
Historiskt sett har glas varit ett arbetsmaterial med unika egenskaper. Ekstrand-Tobin (2011) menar på att materialet låter ljus komma in i byggnader och gör dessa mer levande, vilket han även menar är positivt för människors hälsa. Med arkitektur vill man kunna styra klimatet, ge komfort och släppa igenom ljus in i mörkret. Glas som byggnadsmaterial har ansetts vara speciellt då det fungerat som ett mellanskikt mellan den inre och yttre världen. Att tillverka glas innan 1600-talet var svårt och det krävdes mycket duktiga hantverkskunskaper. Detta ledde till att kostnaden för tillverkningen av glas blev mycket hög (Richards, 2006).
1600-talet blev ett betydande århundrade för glastillverkningens utveckling. Det var under denna period som man lyckades skapa metodiska förbättringar i tillverkningen, vilket ledde till att man kunde tillverka mycket klart glas. The Crystal Palaces utformning tillhörde den moderna glasarkitekturens historia, då denna byggnad var den första som byggdes med hjälp av stål och glas. Byggnaden blev därför en höjdpunkt inom glasvärlden och inspirerade till nya byggkonstruktioner. Eftersom byggnaden i huvudsak var konstruerad av glas och stål, både i väggar och i tak, medförde det att den släppte in otroligt mycket ljus, dock var inte glaset den bärande delen. Sir Joseph Paxton var den arkitekt som stod bakom projektet. Under utställning av The Crystal Palace blev arkitekterna fascinerade av möjligheterna som glaset medförde och möjligheterna till att ge öppenhet och ljus (Richards, 2006).
Efter att The Crystal Palace byggts blev konstruktioner bestående av stål och glas allt mer populärt även i USA. På senare tid har man fortsatt sträva efter att kunna skapa minsta möjliga struktur som tillåter det största möjliga insläppet av dagsljus i byggnader. Denna strävan har kunnat uppnås mer och mer med hjälp av glas i konstruktioner och det blir tydligt att materialvalet blivit mer dominerande i dagens samhälle (Richards, 2006). Denna strävan har också medför att man i dag har utvecklat glas till att fungera som bärande element i byggnader.
8 Idén med stål- och glasuppbyggnader blev allt mer populärt i USA, vilket fascinerade Ludwig Mies van der Rohe. Han var en tysk-amerikansk arkitekt och en stor faktor till dagens moderna arkitektur. Hans vision var att det skulle finnas en enkelhet och tydlighet i konstruktionen och var mycket positivt till de moderna byggnadsmaterialen, såsom stål och glas i kombination. Mies van der Rohe ville minimera byggnadens strukturella ramar och strävade efter att få en öppen känsla i byggnader. Mies van der Rohe var känd för att kalla sina byggnader för ”skin och ben” på grund av konstruktionens utformning. En av hans kända byggnader är Seagram building som har en höjd på 157 m och byggdes år 1958 i Chicago (Wikipedia, 2015a).
Figur 1 The Crystal Palace, (Alisonkay.com, u.å.)
Figur 2 Seagram building (Wikipedia, 2015a)
9
2.2 Glasets egenskaper
Glas består i huvudsak av smält soda, sand och dolomit, vilket betraktas som en oorganisk smältpunkt som vid avsvalning blir hård och spröd utan att kristallisera. Vid en kristallisering av ett material bildar jonerna en ordnad struktur, se figur 4, som krymper något när det stelnar. Vid nedkylning och stelning får jonerna svårt att hitta tillbaka till sitt ursprungliga läge eftersom glas inte har någon direkt smältpunkt och under detta förlopp trasslar bindningarna lätt in sig i
varandra. Då detta inträffar bildas en oordnad struktur vilket leder till att glas bildas, se figur 3. Ett material som blir mer flytande desto varmare det blir och inte har någon direkt smältpunk, är väldigt formbart och kallas även för ett amorft material (Glafo, 2004).
Det som främst skiljer glas från många andra material är att det är transparant och innehar ett sprött brott, vilket innebär att det övergår till brott utan att en plastisk deformation uppstår vid överbelastning (Carlson, 2005). Glas har även god värme-, tryck- och brottbeständighet samt god kemisk resistens mot de flesta syror (Sience.howstuffworks, u.å.). När glaset utsätts för syror utlöser det alkali i form av natriumjoner från glasytan, men detta spolas bort från ytan med hjälp av regnvattnet. Detta kan ibland ske på byggarbetsplatser eftersom regnvattnet rinner över nygjutna betongkonstruktioner vilket medför att konstruktionerna blir starkt alkaliskt. Därför är det viktigt att skydda glaset genom att lagra det på en torr och uppvärmd plats (Carlson, 2005).
Tobias Berg (2015) menar på att glasets hållfasthet främst beror på närvaro av imperfektioner på glasets yta i form av mikrosprickor/repor. Dessa imperfektioner uppstår redan i tillverkningsprocessen, främst på grund av mekanisk påverkan vid tillskärningen, men tillkommer under hela glasets livslängd om speciella åtgärder inte vidtas för att skydda glaset från mekanisk påverkan. Mickrosprickorna kan vid belastning bidra till brott, vilket gör det svårt att förutsäga glasets hållfasthet som därför bestäms med statiska metoder. Glasets hållfasthetsvärde ses därför inte som en materialkonstant utan som ett
Figur 4 Molekylstruktur för kristilliserat material Figur 3 Molekylstruktur
10 designvärde som innehåller en osäkerhetsfaktor (Haldimann,
Matthias., Luible, Andreas & Overend, Mauro, 2008).
Tryckhållfastheten för glas är 880-930 MPa medan draghållfastheten är 45-120 MPa, vilket innebär att glas klarar tryckspänningar bättre än dragspänningar (Glafo, 2004). Enligt figur 5 kan vi även se att det råder skillnad i olika materials töjningsförmåga. Glas och betong klarar
betydligt mindre töjning än stål och trä, samt har sämre förmåga att plastiskt deformeras. Glas är även ett linjärt elastisk material vilket innebär att materialet återgår helt till sin ursprungliga form vid avlastning (Burström, 2006).
2.3. Tillverkningsprocess
Glas är ett material som först skapades av naturen genom vulkanutbrott eller blixtnedslag, vilket hettade upp sanden som i sin tur övergick till glas. Glas som bildas genom vulkanutbrott och blixtnedslag är inte genomskinligt, som det glas vi kan framställa i våra industrier idag.
För cirka 2000 år sedan utvecklades glasblåsnings teknik. Detta var en teknik som krävde duktiga hantverkare för att tillverka olika glasföremål. Från 1950-talet har den moderna tillverkningsprocessen av planglas skett genom floatprocess, vilken utvecklats av Sir Alastair Pilkington. I början av floatprocessen förs material in i ugnen kontinuerligt som sedan smälts ner och bildar glas. På grund av glasets dåliga värmeledningsförmåga kan stora temperaturskillnader uppstå mellan glasets mitt och på dess yta vid avsvalningsprocessen. Detta kan skapa spänningar i glaset som gör att glaset spricker lättare (Glafo, 2004). Innan glaset skärs till rätt storlek passerar det en tvättmaskin och scannas av för defekter och ojämnheter som skärs bort (Berg, 2015).
Figur 5 Töjningskurva för glas i jämförelse med trä, stål och betong. Glas- och stålkurvan
baseras på draghållfasthet.
Betongkurvan baseras på
tryckhållfasthet och träkurvan
baseras på tryckhållfasthet
vinkelrät fibrerna (Burström, 2006)
11
2.4. Olika typer av glas
2.4.1 Planglas
Tillverkningsprocessen av planglas sker genom den senaste tekniken som kallas för floatprocess och har gjorts sedan 1950-talet. Innan dess använde man andra metoder för att tillverka planglas men eftersom tillverkningen idag sker genom floatprocessen har planglas även börjat benämnas som floatglas. Det innebär således att planglas får olika benämningar men att egenskaperna är desamma. Glastypen är inte ett säkerhetsglas, vilket innebär att det vid brott uppstår stora glassprickor. Detta kan medföra allvarliga personskador om det sker vid fel tillfälle. För att planglas ska kunna klassas som ett säkerhetsglas måste det lamineras (Carlson, 2005).
Figur 6 Floatprocess (Robinsonlibrary, 1977)
Figur 7 Typiskt sprickmönster för planglas vid brott (Haldimann, 2008)
12
2.4.2Härdat glas
Tillverkningsprocessen för härdat glas sker genom att man först värmer upp vanligt floatglas till ca 650°C, som medför att glaset blir mjukt och spänningsfritt. Därefter kyls glaset snabbt ner på båda sidor för att tryckspänningar ska uppstå på glasets yta och dragspänningar i mitten, se figur 9. Processen leder till
att glaset blir ungefär fem gånger starkare än vanligt glas. Härdat glas är bra på att hantera temperaturskillnader men inte efterbearbetning, vilket leder till att skärning och bearbetning måste göras före härdning. Om glaset utsätts för tryck som övervinner spänningarna, spricker glaset i många små sprickor och det gör att det inte bildas stora vassa skärvor, se figur 8. Av denna anledning benämns härdat glas för säkerhetsglas då möjligheten att skära sig på vassa glasskärvor vid brott minskar (Carlson, 2005).
Figur 9 Drag- och tryckspänningar som uppstår i plan- och härdat glas vid och utan yttre krafter (Haldimann, 2008)
Figur 8 Typiskt sprickmönster för härdat glas vid brott (Haldimann, 2008)
13
2.4.3 Värmeförstärkt glas
Värmeförstärkt glas är en kombination av vanligt float glas och härdat glas. Processen hos värmeförstärkt glas är nästan identisk som vid framställningen av härdat glas, dock är kylningsprocessen någorlunda långsammare hos värmeförstärkt glas. Hållfastheten hos värmeförstärkt glas är cirka dubbelt så bra än hos vanligt float glas (Metroglasstech, u.å.). Vid brott av värmeförstärkt glas bryts glaset i stora bitar
och brytningen sker från kant till kant, till skillnad från härdat glas som går i sönder i små bitar. Det medför att värmeförstärkt glas inte kan klassas som säkerhetsglas på grund av de stora skärvorna som uppstår vid brott. För att värmeförstärkt glas ska kunna definieras som säkerhetsglas lamineras det oftast med en annan glasskiva. Det innebär att värmeförstärkt glas endast
används som laminerat glas för att kunna fungera som ett säkerhetsglas och för att kunna bevara sin styvhet vid ett förekommande brott (educationcenter.ppg, u.å.).
2.4.4 Laminerat glas
Laminerade glaselement är den vanligaste typen av glaselement som har ett bärande syfte i en konstruktion. Det består av minst två glasskivor och ett tunt mellanliggande plastskikt. Det mellanliggande plastskiktet har stor betydelse vid glasbrott, då dess uppgift är att hålla samman glasbitarna vid skada. Processen går till så att glasen och plastskikten utsetts för ett stort tryck och höga temperaturer, sådan att plastskikten smälts samman med glasen. De vanligaste plastskikten i en laminerad glasskiva är PVB, Polyvinylbutyral (Carlson, 2005). En fördel med PVB är att den blockerar nästan all UV strålning (Haldimann, m.fl., 2008). En annan fördel med att laminera är att glaselementen blir styvare. Laminerade glaselement beter sig på olika sett och är olika starkt beroende på vilket typ av glas elementen består av. Vi kan i figur 12 se vad som händer när ett laminerat glas av planglas, värmebehandlat glas och härdat glas går till brott. Då vi vet att planglas har en sämre förmåga vad gäller den strukturella prestandan och slagtåligheten än härdat glas, har den ändå en bättre strukturell kapacitet efter brott, med det menas att en del av glasets hållfasthets går att bevara efter brott (Carlson, 2005).
Figur 8 Typiskt sprickmönster för värmeförstärkt glas vid brott (Haldimann, 2008)
14
2.5. Projekt med glas som bärande konstruktionsmaterial
De senaste åren har det blivit en trend för arkitekter att använda sig mer av glas, inte bara som en del i byggnaden utan en strävan att gå ett steg längre med hanteringen av glas och använda det som ett bärande element. Eftersom glas är innehar ett sprött brott, ser man det som en utmaning (Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, 2008). Nedan kommer det att presenteras en del projekt i årtalsordning från olika delar av världen där glaset har en bärande funktion i konstruktionen.
Figur 9 Laminerat glas (Build, u.å.)
Figur 10 Olika laminerade glastyper vid brott (Haldimann, 2008)
15
2.5.1. Sonsbeek Pavilion by Bethem Crouwel
Sonsbeek Paviljongen är ett tidigt exempel där glas används som ett bärande element. Det hela började med en tävling år 1985 i Arnhem, Nederländerna. Uppgiften var att bygga två paviljonger med temat transparent, sårbar och hud. Det var totalt åtta arkitekter som deltog i tävlingen, varav bland annat Benthem Crouwel. Tanken var att paviljongen skulle ha en tillfällig struktur och Crouwel valde att utforma hela sin paviljong av glas, där glasfasaden hade en bärande funktion. Takbjälkarna utformades som fackverk av stål, vilket medförde att det såg ut som att de svävade i luften då de var anslutna till glasfenor och glasväggar. Glasfenorna bestod av härdat glas medan glaset i taket bestod av laminerat glas. Paviljongen stod färdig ett år efter att bygget startade (Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, 2008).
16
2.5.2. Broadfield House Glass Museum in Kingswinford
I England år 1993 genomgick ett historiskt hus en omfattande renovering. Huset fick en tillbyggnation bestående av endast glas. Hela huset kallas i dag för Broadfield House Glass Museum och ligger i den lilla byn Kingswinford i England. Byn är sedan länge känd för sin transport av de råvaror som behövs vid tillverkningen av det bästa engelska kristallglaset från sjutton- och artonhundratalet. Glas har alltså varit en viktig del av staden under en längre tid. Husets tillbyggnation i glas är 11 meter lång, 3,5 meter hög och 5,3 meter bred. Byggnaden består av laminerat glas, där taket består av tre skikt medan de bärande väggarna består av två skikt. Tillbyggnadens glasstruktur uppfattades som väldigt estetiskt tilltalande, dock medförde glasets transparens att inneluften värmdes upp vilket behövdes åtgärdas. Detta blev en viktig faktor för den slutgiltiga utformningen av tillbyggnationen. För att råda bot på ökad innertemperatur tog man kontakt med det franska glasföretaget Saint Gobain. Dessa använde en metod där man la en särskild beläggning, med god förmåga till att isolera, på de inre glasrutorna. Trots denna beläggning behölls den transparens som glaset har som egenskap, vilket sågs som en viktig aspekt i metodvalet (Richards, 2006).
17
2.5.3. Hans Schmitz Haus in Rheinbach
I september år 2000 invigdes Hans Schmitz Haus i Rheinbach, Tyskland. Huset formgavs av arkitekterna Jörg Hieber och Jürgen Marquardt. Det särskilda med huset är att den bärande konstruktionen består av glas och bär upp takets stålstomme på 32.5 m x 15 m (Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, 2008). Takets storlek gör det möjligt att skydda huset mot både regn och solljus. Att alla bärande väggar består av glas medger att all interiör är möjlig att se utifrån. För att detta skulle vara möjligt har man fäst bakomliggande laminerade glasskivor, vinekrätt mot glasfasadens yta för att ge fasaden den stabilitet den behöver för att inte välta. Detta medförde att glasets främsta egenskap, att vara transparens, behölls. Intentionen med formgivningen av Hans Schmitz Haus var att ha det som ett utställningshus. Huset utgör en yta på 112,5 kvm med en takhöjd på 4 meter (Rheinbach, u.å.).
18
2.5.4. Apples flaggskeppsbutik i New York
I New York finns en av elektronikföretaget Apples så kallade flaggskeppsbutiker som byggdes år 2001. Butiken är särskilt omtalad för dess konstruktion då den, till skillnad från många andra butiker, är byggd som en glaskub med glas som bärande konstruktionsmaterial. Kuben är designad av arkitektföretaget BohlinCywinskiJackson från USA och uppbyggd av konstruktionsföretaget Eight Inc. Butiken har även en trappa som går runt en cylinder-formad hiss, där majoriteten av materialet också är gjort av glas. Denna detalj sägs vara Steve Jobs idé, den dåvarande vd:n för Apple. Utformningen av trappan har tagits fram tillsammans med samma arkitektfirma, BohlinCywinskiJackson, och med ingenjörsfirman EckersleyO'CallaghanStructuralDesign (Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, 2008; Wikipedia, 2015b).
Figur 14 Apple butik i New York (Apple, u.å.)
19
2.5.5.Novartis Campus standing pavilion in Basel
Figur 18 visar en fristående glaspaviljong som är den viktigaste huvudingången till Novartis Campus och byggdes år 2005. Paviljongen ligger i Basel, Switzerland, på en park som är ovanpå en stor parkeringsplats. Arkitektens vision var att skapa en maximal öppenhet till paviljongen, där taket svävar ovanför marken utan stöd. Detta gjordes möjligt genom att taket formades som en vingspets med rundade kanter. Glas var det enda material som kunde göra detta möjligt då man utnyttjade glasets transparens och fick det att se ut som att taket svävade i luften. Paviljongen består av tak och fyra glasväggar. Glasväggen består av två härdade glasskivor som har en tjocklek på 12 mm vardera och en ytterglaspanel med tjockleken 8 mm, där glaset inte har en bärande funktion. Glasväggarna prefabricerades i verkstad. Det var en fördel då allt utfördes under klimatkontrollerade förhållanden som har stor betydelse vid utförandet av exempelvis silikontätningar. Vanligtvis brukar man bygga grunden först och därefter arbeta sig uppåt men i detta fall blev det att man byggde upp taket först på byggnadsställningar och sedan installerades ramarna runt om dörrarna. När det var färdigt levererades det glasväggar till platsen och installerades. Det tog cirka ett år att färdigställa paviljongen. (Conference on Architectural and Structural Applications of Glass, 2008)
20
2.5.6. Grand Canyon Skywalk (Hästskobron)
Grand Canyon Skywalk är en bro där en del av golvytan består av bärande glas. Skywalk är en turistattraktion i Arizona utmed Coloradofloden. Bron sträcker sig 21 meter från bergkanten, har en bredd på 20 meter och befinner sig 1200 meter ovanför Gran Canyons botten. Glaset har en tjocklek på 10.2 centimeter och bron klarar av upp till 800 personer samtidigt. Ovanför glaset finns ett ytterligare glasskikt som ska tåla bland annat repor och kan bytas ut vid behov. Själva idén till den glasbärande bron kom från David Jin som är entreprenören och med hjälp av arkitekten Mark Ross Johnson blev utformning en U-formad bro. Projektet började 2004 och det tog cirka 4 år att färdigställa bron som påkostade över 30 miljoner dollar (grandcanyon, u.å. ; Wikipedia, 2015c)
21
3. Resultat
I denna del kommer resultatet från vår enkätstudie (Se Bilaga 1) att sammanfattas och redovisas samt de svar vi fått från informanterna vid de fyra intervjuerna. Enkätsvaren kommer att redovisas som en sammanfattning med tydliga likheter och skillnader för att undvika upprepningar. Det kommer även redovisas utifrån de olika målgruppers variabler samt se vilka mönster som tydligt förekommit. Intervjusvaren kommer att redovisas på ett sammanfattande vis med stöd av illustrationer och litteratur. Allt resultat kommer att redovisas i enighet med våra frågeställningar:
• Hur långt kommen är forskningen i utvecklingen med att använda glas som ett bärande konstruktionsmaterial?
• Hur ser verksamma personer och studenter inom byggbranschen på användningen av glas som ett bärande konstruktionsmaterial?
• Vilka för- och nackdelar ser verksamma personer och studenter inom
22
3.1. Forskningssammanställning
Mycket forskning har bedrivits på glas för att förstå de mekanismer som begränsar dess hållfasthet och målsättningen är att ta fram en norm vad gäller dimensionering av konstruktionsglas. Inom ramen för denna process är det även önskvärt att, i likhet med de konventionella konstruktionsmaterialen, etablera en klassificeringsprocess. Visionen är att en dimensioneringsnorm tillsammans med ett klassificeringssystem ska underlätta användandet av glas som bärande konstruktionsmaterial (Berg, 2014). Att inte ha en klassificering medför nackdelar som att konstruktören behöver använda ett lägre hållfasthetsvärde för att kompensera för osäkerheten. Konsekvensen blir att man får grövre konstruktioner vilket kan leda till ett icke optimalt utnyttjande av materialet, i form av tyngre konstruktioner som kan genererar större kostander vid bland annat glasets tillverkning och hållfasthetsberäkning. Målet är att kunna gradera glaset utifrån dess lastupptagande kapacitet (GBF., u.å. ). I Boverkets konstruktionsregler finns inga nationella regler på hur man ska hantera detta. De länder som däremot kommit längst i utvecklingen med att ta fram metoder för dimensionering av glas som ett bärande konstruktionsmaterial är USA och Tyskland. Man har i Tyskland bland annat tagit fram olika standarder för dimensionering av säkerhetsglas och utanpåliggande, ventilerade glasfasader med linjärt upplagda glasskivor (Wrum, 2007).
På grund av glasets sköra brott är glasets infästning mot andra material en viktig del av forskningen kring glas som ett bärande konstruktionsmaterial. Några vanligt förekommande infästningsmetoder för glas är klämning, limning och bultinfästning, som man kan se på figur 20 till 22 (Haldriman, Luible & Overend 2008, s. 143).
23
3.2.1. Glasbalkar
Forskning kring glasets hållfasthet är något man på Linnéuniversitetet tittat närmare på där undersökningar gjorts för att se glasets beteende i samspel med trä. Kombinationen glas och trä i ett gemensamt element skapar en konstruktion som skyddar glaset bättre mot extern inverkan.
I testerna man gjort på Linnéuniversitetet (LNU) i Växjö har man tryckbelastat glasbalkar av både härdat glas och planglas, för att jämföra materialens olika egenskaper. Livet på balken bestod endast av ett glasskikt, där man på dess ovan- och underkant med hjälp av limmet PVB fäst träprofiler, se figur 23 - 25. Fördelen med att använda trämaterial som ett komplement till glasbalkarna är, att trä klarar dragspänningar bättre än glas vilket resulterar i att elementets hållbarhet och duktilitet förbättras, än om glaset varit helt
Figur 18 Bultinfäst glasskiva Figur 19 Fastklämt glasskiva
Figur 20 Limmat glas mot trä som utgör en I-balk (kozlowski, 2014)
24 fristående från trämaterialet (Dorn, 2015). Förutom att trämaterialet tog upp dragspänningarna i balkens underkan, gav det även en sammanpressande effekt mot glasets yta, vilket bidrog till att glasbalken hölls ”intakt” fast glaset börjar spricka, se figur 23, vilken den i annat fall inte gjort. Detta avsåg balken för planglas och inte härdat glas. Då ett liknande test gjordes för ett balkelement med härdat glas uppstod ett sprött brott vid överbelastning som orsakad en direkt kollaps av elementet. Orsaken till den direkta kollapsen berodde på det härdade glasets egenskaper. (Dorn et al., 2014a).
Figur 21 Spricka som uppstår i en glasbalk av planglas (limmad mot träprofiler i över- och underkant) vid vinkelrät belastning i balkens utsträckning (Dorn et al, 2014a)
Figur 22 Tvärsnitt genom en glasbalk vars kanter är infästa i träprofiler (Dorn et al, 2014a). Måtten är angivna i millimeter.
25
3.2.2. Skjuvbärande möjligheter med glasväggar
Vindlaster och jordbävningar kan ge upphov till olika deformeringar eller förflyttningar av en konstruktion. Krafterna kan påverka byggnadens befintliga läge genom att de får byggnaden att välta, glida, vridas eller lyftas (Gyproc, u.å.). Se figur 26 och 27.
Figur 24 Vindkrafters påverkan på en byggnad (Grook.net, 2010)
Figur 25 Deformationer på en konstruktion, orsakad av vindlaster (Paulay et al., 2009)
Krafterna som påverkas av vindlasterna tas bland annat upp av skjuvmaterialen i en byggnad. Erik Serrano, professor inom byggteknik på Lunds universitet, ser möjligheten med att man i framtiden kan ha ett väggelement som kombinerar en glasfasads egenskaper med vanliga väggars bärförmåga. Glaselementet ska kunna användas för att ta de vertikala laster byggnaden utsetts för samt verka som en stabiliserande skiva (Serrano, 2015a).
3.2.3. Stabiliserande glasskivor i ett flervåningshus
De vertikala delar av en byggnads fasad som innehåller fönster och dörrar, bortser man normalt sett ifrån vid beräkning av ytterväggarnas lastupptagande förmåga för horisontella laster. De ytor som kan användas vid stabilitetsberäkning är de vertikala solida konstruktionsdelar som består av bärande materialskikt (Serrano, 2015a). För att tydliggöra detta, illustreras nedan ett exempel.
26 Figurerna 28 - 30 visar ett och samma flervåningshus där skalet på byggnaden kan delas upp i vertikala ytor som både har stabiliserade förmågor, samt icke stabiliserande förmågor för huset. Alla gröna ytor är områden som kan tillgodoräknas vid dimensionering av byggnadens stabilitet i horisontell riktning, medan röda ytor inte uppfyller kraven för stabilitetsberäkning. I figur 29 har byggnaden inga stabiliserande glasskivor vid trapphuset, vilket då är rödmarkerat och inte kan kompensera för de horisontella laster byggnaden utsätt för. I figur 30 har vi i samma byggnad ersatt de icke stabiliserande glasskivorna i trapphuset med stabiliserande glasskivor, vilket visas som grönt och betyder att man nu kan tillgodoräknas denna yta för byggnadens stabilitet.
Jämför man figur 29 och 30 med varandra ser man att utnyttjande av glas som ett bärande konstruktionsmaterial i en fasad skulle i teorin innebära större stabiliserande ytor för byggnaden. Detta hade resulterat i att man för en byggnad får en stabilare konstruktion, fast man släpper in lika mycket ljus som vid användandet av icke stabiliserande glas (Serrano, 2015a).
Figur 28 Fastigheten som kommer beskrivas med och utan
stabiliserande glasspartier i
trapphuset i figur 29 & 30.
Figur 29 Fastigheten
innehåller inga stabiliserande glaspartier. Illustration av krafterna (gröna) som hjälper till vid horisontal stabilisering
Figur 30 Fastigheten innehåller
stabiliserande glaspariter i
trapphuset. Illustration av
krafterna (gröna) som hjälper till vid horisontal stabilisering
27
3.2.4. Tryckbelastade glaselement
Provningar man gjort vid Linnéuniversitetet (Serrano, Dorn & Enquist, 2014) omfattade belastning av glaselement. Belastningarna omfattade ren vertikalbelastning, ren horisontell belastning och kombinationer av vertikal och samtidig horisontell last. Elementet bestod av en 10 millimeter tjock glasskiva med en träram som limmats fast längs glasets fyra kanter, se figur 31.
Figur 31 Glaselementets uppbyggnad framifrån samt tvärsektion (Serrano, Dorn & Enquist, 2014)
I Serrano, Dorn och Enquist arbete (2014) redovisas olika analyser med hjälp av finita elementmetoden av de provade elementen. Vad gäller ren vertikalbelastning gjordes även analyser med avseende på två fall. I det ena fallet bestod elementet enbart av träramen, se figur 32, och i det andra fallet bestod elementet av både träramen och glasskivan i, se figur 33.
28
Figur 32 Data stimulering av enbart träramen när den utsätts för vertikal last (Serrano et al., 2014)
Figur 33 Data stimulering av träramen med glasskivan i när den utsätts för vertikal last (Serrano et al., 2014)
När man i det andra fallet lägger till glasskivan kommer denna att ta en del av lasten. Glasskivans bucklingslast är betydligt lägre än de vertikala reglarnas, vilket innebär att när glasskivan buktar ut (lite) kommer den samtidigt vrida de vertikala reglarna. Detta medför att ramarna deformeras något annorlunda jämfört med om det inte finns något glas. Man kan alltså tänka sig att fallet med glasskivan på plats motsvarar en belastning av enbart reglar plus ett litet vridande moment på reglarna => lägre bucklingslast. Detta gör att elementet med glasskivan i, knäcker vid en total last om 168 kN (Serrano, 2015b).
Vid analys av enbart träramen ser man hur lasten fördelas lika på de horisontella ramarna och knäcker vid en total last om 173 kN (Serrano, 2015a).
29
3.2.5. Glaspelare
På grund av glasets goda kapacitet att klara tryckspänningar är det lämpligt att använda glas som ett bärande konstruktionsmaterial i form av pelare i en konstruktion. Det finns dock tre generella sätt för en pelare att gå till brott vilket är genom skjuvning, knäckning eller krossning, orsakat av en yttre påverkan (Nijsse, 2003).
Om glaspelaren kan placeras på ett sätt att den endast tar tryckkrafter i en konstruktion, finns möjligheten att låta hela glaspelaren vara av glas. Man skulle då inte behöva komplettera glaspelare med andra material för att kompensera för andra krafter, vilket kunnat resultera i att pelaren varit helt transparent. Då problemet många gånger kan vara att användaren eller arkitekten inte vill ha en tråkig betong- eller trä pelare som skymmer eventuella utsikter, kan en pelare av glas vara en lösning. Glaspelaren kan på grund av sin transparens ge ett visuellt djupt men även medföra mer ljusinsläpp till byggnaden.
3.2.6. Limmets betydelse vid glas som bärande element
Då glaset är mer känsligt mot stötar och för spänningskoncentrationer vid punktinfästningar i jämförelse med stål, trä och betong, behöver man vara mer noggrann och varsam vid infästning av ett glaselement. Genom att istället limma in glaset i det andra materialet är tanken att man på ett effektivt sätt kan överföra krafter mellan glaset och omgivande material (Serrano, 2015).
En stor del av forskningen kring limmet handlar om att undersöka vilket lim som är bäst lämpat för olika användningsområden. Man tittar på limmets styvhet, styrka, seghet, temperaturberoende, samt limmets egenskaper för långtidsbelastning (krypning). När exempelvis glas limmas mot trä måste limmet kunna hantera trämaterialets fuktrörelser utan att förlora sin funktion. Detta är något
man ännu inte tittat på i detalj menar Erik Serrano, professor vid Lunds universitet. Han menar även på att om man kombinerar glas med stål, istället för glas och trä, fås liknande problem då stålet utvidgas vid
förhöjda temperaturer. Figur 34 Glas som limmats mot trä för att testa limmets egenskaper
30
3.2. Sammanfattning av enkätstudiens resultat
I enkätstudien har det deltagit totalt 81 personer, varav 56 män och 25 kvinnor, se figur 35. Det framgår i figur 36 nedan att majoriteten av respondenterna har angivit att de studerar till ingenjörer, totalt 28 stycken, 11 stycken av respondenterna är utbildade arkitekter och 15 stycken utbildade konstruktörer/ingenjörer. Det är totalt 16 stycken som angivit att de studerar för att bli arkitekt och 11 av respondenterna har valt kategorin ”övriga”. Dessa är bland annat forskare inom glas som bärande element.
Figur 35 Könsfördelning
Figur 36 Yrkestitel
Då antalet studerande utgör en majoritet av respondenterna ter det sig naturligt att svaren kring antal år i byggbranschen främst ligger runt 0 år, se figur 37. Annars framgår det att en stor del av respondenterna har varit verksamma i byggbranschen under 1 till 5 år respektive mer än 16 år. Det går med andra ord att konstatera att det är en stor variation beträffande respondenternas verksamma tid i byggbranschen.
31
Figur 37 Antal år i byggbranchen
3.1.1. Respondenternas kännedom om glas som bärande element
För respondenternas kännedom om glas som ett bärande element skiljer sig deras kunskaper en del åt, se figur 38. Av de 28 studerande ingenjörer som besvarat enkäten väljer samtliga att kryssa i alternativen 1 till 3, där 1 motsvarar ingen kännedom och 3 motsvarar mitt emellan ingen kännedom och mycket kännedom. Det samma gäller de 16 studerande arkitekter som deltagit i studien, med undantag för en respondent som valt alternativet 4. Av alla de studerande respondenterna har totalt 11 stycken angivit att de har 1-5 års erfarenhet i byggbranschen.
Precis som de studerande respondenterna har de verksamma arkitekterna, angett att deras kännedom ligger mellan alternativ 1 och 3. Den respondentgrupp som ansett sig ha mycket
kännedom av glas som bärande element är konstruktörerna/ingenjörerna, där svaren ligger
mellan alternativ 1 och 5 med flest svar på alternativ 3. Två av de 15 konstruktörerna/ingenjörerna har svarat att de har mycket kännedom kring området. Båda har också angivit att de varit i branschen i mer än 16 år. Det går dock inte att fastslå att mer erfarenhet i branschen ger mer kännedom kring glas som bärande element, då två av respondenterna från samma grupp med samma verksamma tid i branschen som angett att de inte har någon kännedom kring området. Forskare och professorer inom design från kategorin ”Övriga” har svarat att de anser sig ha mycket kännedom av glas som bärande element.
32
Figur 38 Sammanställning för de enskilda gruppernas svar på frågan om hur mycket kännedom de har om glas som ett bärande element (pelare, balk, vägg).
Sammanfattningsvis går det att konstatera att den största andelen av våra respondenter inte anser sig ha mycket kännedom, oavsett vilken titel de innehar eller hur lång tid de varit verksamma i branschen utan att de flesta anser sig ligga mellan alternativ 1 och 3 på skalan upp till 5. Det går också att fastslå att respondenter från de olika befattningarna kan ha olika kännedom trots att de varit verksamma i byggbranschen under lika lång tid.
3.1.2. Glasets pålitlighet som bärande konstruktionsmaterial
När det kommer till respondenternas pålitlighet kring glas med bärande syfte i en konstruktion, delar sig åsikterna, se figur 39. De respondenter som anser att glas inte alls är ett pålitligt material i en konstruktion är endast studerande, med störst andel studerande ingenjörer. De 31 respondenter som svarat alternativ 2 på frågan består främst konstruktörer/ingenjörer och studerande ingenjörer, men också någon enstaka arkitektstudent. Av totalt 81 respondenter har 25 stycken besvarat att de anser att glas kan vara ett pålitligt material, det vill säga alternativ 3. En stor andel av de verksamma arkitekterna, totalt 8 av 11 stycken, har valt alternativ 3 på denna fråga. Även ett antal studerande, både arkitekter och ingenjörer, och verksamma konstruktörer/ingenjörer har valt alternativ 3. De som anser att glas till stor del är ett pålitligt material, alternativ 4 och 5, är främst studerande arkitekter, konstruktörer/ingenjörer och även respondenter från gruppen ”Övrigt” som valt att titulera sig själva med forskare, teknisk chef, teknisk support och professor i design.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1 (Ingen) 2 3 4 5 (Mycket) Arkitekter: Konstruktörer Stud.Ingenjörer Stud.Arkitekt Övrigt
33
Figur 39 Sammanställning för de enskilda gruppernas svar på frågan i vilken utsträckning man upplever bärande glaselement (så som pelare, balk, vägg) som ett pålitligt material i en konstruktion.
3.1.3. Glas som bärande element i framtiden
På frågan ”I vilken utsträckning tror du byggbranschen kommer använda sig av glas som ett bärande element i framtiden?”, figur 40, är det en liten andel som angett ingen. Denna andel består endast av 2 studerande ingenjörer och 1 studerande arkitekt. Det går att se i figuren att det är alternativ 2 och 3 som flest av respondenterna har angivit som svar. Respondenternas befattningar skiljer sig mycket och det går inte att urskilja något särskilt mönster i svaren. Det lite mer än en tredjedel av de verksamma arkitekterna som valt alternativ två respektive alternativ 3. Gällande konstruktörerna/ingenjörerna är det cirka en femtedel som valt alternativ 2 och en tredjedel som valt alternativ 3. Det är även fler studerande ingenjörer som valt alternativ 2 än 3.
Figur 40 Sammanställning för de enskilda gruppernas svar på frågan i vilken utsträckning man tror byggbranschen kommer använda bärande glaselement i framtiden.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 1 (Ingen) 2 3 4 5 (Mycket) Arkitekter: Konstruktörer Stud.Ingenjörer Stud.Arkitekt Övrigt 0 2 4 6 8 10 12 1 (Ingen) 2 3 4 5 (Mycket) Arkitekter: Konstruktörer Stud.Ingenjörer Stud.Arkitekt Övrigt
34
3.1.4. Lämpligheten att använda glas som bärande element
I vilken utsträckning som respondenterna ansåg att glas var lämpligast att använda som ett bärande element i en konstruktion, se figur 41, fanns det även här delade meningar. Ett tydligt tecken var att ingen verksam arkitekt ansåg att det inte alls var lämpligt att använda glas som ett bärande element. Det var även endast en konstruktör/ingenjör som ansåg att det inte var lämpligt. En tredjedel av de studerande ingenjörerna såg ingen lämplighet med glas som bärande element medan endast en åttondel av de studerande arkitekterna ansåg det samma. Det blir tydligt att det främst är studerande och konstruktörer/ingenjörer som är tveksamma till användningen av glas som bärande element. Den största andelen verksamma arkitekter har besvarat frågan med alternativ 3.
Figur 41 Sammanställning för de enskilda gruppernas svar på frågan i vilken utsträckning man anser det lämpligt att använda bärande glaselement i en konstruktion.
3.1.5. Möjligheter med glas som bärande element
På frågan ”Om glas (i form av pelare, balk, vägg) skulle ha en bärande funktion i en
byggnad, vilka MÖJLIGHETER ser du med detta? Ekonomiska synpunkter behöver inte beaktas” går det utifrån respondenternas svar att urskilja att en stor andel främst ser
estetiska möjligheter med glas som bärande element. Tittar vi närmare på vad de verksamma arkitekterna gett för svar blir det tydligt att de främsta möjligheterna kopplas till ljusinsläpp och möjligheter att skapa en känsla av större utrymme. En av arkitekterna nämner också att han ser glas som bärande element som en resurseffektiv lösning och uttrycker som följande,
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (Ingen) 2 3 4 5 (Mycket) Arkitekter: Konstruktörer Stud.Ingenjörer Stud.Arkitekt Övrigt
35
”Det låter som en resurseffektiv lösning eftersom man slår två flugor i en smäll. Fönster sätter vi ju dit ofta ändå. Om dessa även kan ingå i den bärande konstruktionen får de ytterligare en funktion. Låter helt enkelt resurseffektivt och därmed bra för miljön.”
En del av arkitekterna nämner också möjligheten till modern design och utformning samt att glas som bärande element har en arkitektonisk betydelse.
Vad gäller konstruktörerna lyfter många även de estetiska möjligheterna med glas som bärande element. En del nämner transparensens betydelse i konstruktionen och
möjligheterna att få moderna utformningar. En konstruktör menar att han mest ser möjligheter att använda det som stabiliserande och bärande element i fasader. En annan nämner en jämförelse med andra bärande element och säger,
”Man slippa aluminium eller stålprofiler helt i vissa fall, där man inte vill ha sådana för utseendet. Och i vissa fall där korrosion är ett problem kan det vara ett sätta att slippa så mycket rostskyddsmålning.”
Konstruktörerna nämner även, likt arkitekterna, möjligheterna till ett större ljusinsläpp och dess betydelse för konstruktionens utformning. Det jämförs med upplevelsen av väggar av betong i förhållande till väggar av glas med en god transparens.
De studerande arkitekterna tar upp byggnadernas exklusivitet om glas som bärande element används. Många nämner att antalet ”fula pelare” minskas och att man får en känsla av en öppnare planyta. Precis som arkitekterna och konstruktörerna nämns de estetiska perspektiven och betydelsen av transparensen för ljusinsläpp.
De studerande arkitekterna nämner också hälsoaspekterna för människan, att mycket ljus är bra för människors hälsa. De ser även materialet ur en återvinningsaspekt och att det är ett material som är bra att använda sig av om man tänker på miljön. Det framgår även i en av de studerandes svar att glas som bärande element utesluter risken för fuktskador. En annan nämner även hantverkarnas arbetsbelastning och skriver,
”Hantverkare slipper göra allt tidskrävande grundarbete på väggen, så som slipning, spackling och tapetsering. Ytorna hade gett känslan av bredd och mer öppnare.”
Vad gäller de studerande ingenjörerna nämner de, likt de andra respondentgrupperna, de estetiska möjligheterna med glas som bärande element. De påpekar att glaset går att ha i olika färger, att man kan behandla ytskiktet samt skapa annorlunda och moderna konstruktioner. Många skriver också att de endast ser möjligheter med glas som bärande
