En jämförelse av stomval till skolan i Hagfors

Fakulteten för teknik- och naturvetenskap Byggingenjörsprogrammet

Fredrik Tengelin

Johan Axelsson

Kristian Roos

En jämförelse av stomval till

skolan i Hagfors

A comparison of framework-choices for the school in Hagfors

Examensarbete 22,5 poäng

Byggingenjörsprogrammet

Sammanfattning

Detta arbete baseras på nybyggnationen och ombyggnationen av skolan i Hagfors som NCC gör för Hagfors kommun. Uppgiften är att göra en jämförelse av olika stomalternativ;

platsgjuten betong, prefabricerad betong och stålstomme på nybyggnationen med hänsyn till tid, ekonomi och miljöpåverkan. Den nybyggda delen kommer att bli ca 7000 m2fördelat på tre plan och stommen utgörs i dagsläget till största del av prefabricerad betong.

De frågeställningarna som behandlas i arbetet är

• Vilket material är mest fördelaktigt utifrån ett tidsperspektiv?

• Vilket material/stomlösning är ur ett ekonomiskt perspektiv att föredra?

• Hur påverkas miljön av de olika stomsystemen?

Problemlösningen baseras på laster, pelardimensioner, balkdimensioner, antal pelare och balkar. Dessa har tillhandahållits av NCC. Beräkningar genomfördes för att specificera armeringsmängd i betongstommarna och för att dimensionera stålstommen. För att se vad de olika stomalternativen kostade användes BidCon för att få fram en kalkyl på stommen, där material- och arbetskostnader är inkluderade. Resultatet av detta blev att den platsgjutna betongstommen kostar 4 104 000 kr, stålstommen kostar 5 835 000 kr och den prefabricerade betongstommen kostar 4 558 000 kr. Om man ska se till tiden är det den platsgjutna stommen som tar längst tid vid förutsättningen att leveranser och samordning sker planenligt.

Sett utifrån ett miljöperspektiv föll valet på att använda betong på grund av lägre energiförbrukning och utsläpp vid tillverkning samt att en byggnad i betong har en stor värmetröghet vilket skapar förutsättningar för ett lägre och jämnare energibehov i den färdiga byggnaden. Transporter till byggplatsen har även betydelse på grund av att de prefabricerade betongelementen i detta fall tillverkas i och levereras från Tyskland.

Abstract

This work is based on the construction and reconstruction of the school in Hagfors that NCC is building for Hagfors municipality. The object of the study is to make a comparison of different framework choices; in situ concrete, prefabricated concrete and a steel frame for the new building with respect to time, the economy and the environment. The newly built section will be approximately 7000 m2divided into three stories and today the frame consists mainly of prefabricated concrete.

The issues addressed in the work are

• Which material is most beneficial on a time proportion basis?

• Which material / framework solution is from an economic perspective most preferable? • What are the impacts on the environment of the various frameworks?

The solution of the problem is based on loads, dimensions of columns, dimensions of beams, number of columns and beams. These have been provided by NCC. Calculations were carried out in order to specify the amount of the concrete reinforcement in the concrete frames and to design the steel frame. In order to see what the different framework choices cost, BidCon was used to obtain such a calculation on the framework, where the material and labor costs are included. The result was that the in situ concrete frame costs 4 104 000 SEK, the steel frame costs 5 835 000 SEK and the prefabricated concrete frame costs 4 558 000 SEK. If

consideration is taken to the time, the in situ concrete frame takes the longest time on the premises that the delivery and coordination take place as planned.

Innehållsförteckning

3. Resultat och jämförelse... 24

1. Inledning

1.1 Bakgrund

Gruppen har fått i uppgift av NCC att undersöka vilken stomlösning på nybyggnationen av skolan i Hagfors som är mest lämpad. Bygget är redan projekterat och igång. Stommen består av bärande pelare och väggar samt balkar och dessa ska utföras i prefabricerad betong. Under detta projekt ska gruppen jämföra detta val med en stålstomme och en platsgjuten

betongstomme.

Nybyggnationen blir totalt 7000 m2stort fördelat på tre plan. Bjälklagen bärs upp av

prefabricerade betongbalkar som för ner lasten i runda respektive fyrkantiga, prefabricerade betongpelare. På plan ett fördelas även tyngden på ett antal prefabricerade och platsgjutna väggar. I byggnaden finns även stomstabiliserande betongväggar på alla plan samt en hiss som även har en stomstabiliserande funktion. Med en stomstabiliserade funktion menas förmågan att ta upp horisontella krafter från exempelvis vindlast. Fasaden består till stor del av glaspartier.

Entreprenaden innefattar även en ombyggnation av den befintliga delen av skolan som omfattar ungefär 8500 m2. Denna del kommer dock inte beröras i vårt arbete. Den totala projektkostnaden är i dagsläget beräknad till 230 miljoner kronor och bygget ska genomföras som en totalentreprenad med partnering mellan NCC och Hagfors kommun. För

projekteringen ansvarar WSP Karlstad. Att projektet ska utföras som en totalentreprenad betyder att NCC har ett funktionsansvar för entreprenaden. NCC har det övergripande ansvaret för både projektering, uppförande och samordning med underentreprenörer. Partnering betyder att det sker en öppen redovisning av ekonomin mellan beställare och entreprenör.

Bjälklagen i nybyggnaden består av håldäck och plattbärlag som pågjuts. Håldäck och

plattbärlag (filigranbjälklag) består av förtillverkade bjälklagsplattor av betong som monteras med kran. Håldäcket har en större tjocklek och är även försett med längsgående hål för att minska vikten och armering för att öka draghållfastheten på elementen. Filigranbjälklaget har en tunnare tjocklek vilket kräver en samverkan med pågjuten betong. Bjälklaget har även armering för att motverka sprickbildning och öka draghållfastheten och denna armering används även för att lyfta plattorna i.

Fig. 2: Plattbärlag innan montage Fig. 3: Håldäck

(Skanska (2008)) (Betongbanken (2008a))

1.2 Mål

Målet med examensarbetet är att välja den mest lämpliga stomlösningen för nybyggnationen av Visa Bildningscentrum i Hagfors på uppdrag av NCC, ur ett ekonomiskt och tidsmässigt perspektiv. De alternativ som ska undersökas och jämföras är stålstomme, prefabricerad betongstomme och platsgjuten stomme.

1.3 Syfte

Syftet med arbetet är att kunna få en inblick i hur olika stomsystem utformas, vilka

byggmetoder som används, samt göra en jämförelse av stomsystemen som kan generera en relevant slutsats. Vi ska studera ett objekt där stommen redan är vald för att på så sätt få en mer verklighetsanknuten förståelse för problematiken vid val av stomme.

1.4 Avgränsningar

Följande avgränsningar gäller för projektet:

• Den del av stommen som omfattas är pelare, balkar och bärande väggar, dock inte bjälklag

• Projektet berör endast nybyggnationen

• Bottenplan på byggnaden ska vara souterräng, de platsgjutna betongväggarna vid denna del tas inte med i beräkningarna eftersom de normalt utförs i betong

• De stomstabiliserande, prefabricerade betongväggarna är svåra att lösa med stålstomme pga. håltagning för dörrar med mera. Om dessa skulle utföras som stålpelare med stabiliserande kryss medför detta problem eftersom kryssen hamnar ivägen för håltagning för dörrar och rökgaskanaler med mera, därför får väggarna bestå av betong

• Konstruktionen runt hissen behandlas inte i rapporten

• Inga nedböjningsberäkningar görs

1.5 Frågeställningar

För att nå fram till vårt mål, som är att undersöka vilket material som bör väljas för stommen, ska ett antal frågor besvaras.

• Vilket material är mest fördelaktigt utifrån ett tidsperspektiv?

• Vilket material/stomlösning är ur ett ekonomiskt perspektiv att föredra?

• Vilken inverkan har de olika stomsystemen på miljön? Dessutom kommer hänsyn tas till följande frågor:

• Vilka dimensioner ska väljas för respektive material?

• Hur påverkar brandskyddskrav utformningen?

1.6 Metod

1.6.1 Dimensionering

För att kunna beräkna pris och tid för de olika varianterna av stomsystem måste

dimensionerna först bestämmas. Mått på betongbalkar, betongväggar och betongpelare framgår av ritningar men däremot finns inte armeringsförteckningar pga. att alla

prefabricerade element projekteras och tillverkas i Tyskland. Därför har NCC försett gruppen med de dimensionerande lasterna i form av normalkrafter, tvärkrafter och moment som påverkar stommen, se Bilaga 1 laster. Resultatet av beräkningarna ligger till grund för en kostnadskalkyl för respektive material.

Dimensionering av stål- och betongkonstruktioner ska enligt Boverket utföras enligt

partialkoefficientmetoden. Boverkets Konstruktionsregler, BKR, innehåller anvisningar och formler för att tillämpa metoden.

1.6.2 Kalkyl

För att beräkna kostnaden för respektive stomsystem ska en kostnadskalkyl utformas. Denna redovisar materialkostnader och arbetskostnader för de byggnadsdelar NCC tillverkar själva, exempelvis en platsgjuten pelare. För all montering av stål krävs en underentreprenad vilket ger en totalkostnad i kalkylen som innehåller både material- och arbetskostnad för

entreprenaden. Kostnader för arbete, material och underentreprenader tillhandahålls av NCC.

1.6.3 Litteraturstudie

2. Genomförande

2.1 Stål

Generellt sett är användandet av stål vid stombyggnad en välkänd och beprövad teknik. Dess för- och nackdelar (vid stombyggnad) presenteras nedan.

Fördelar

• Hög hållfasthet i förhållande till volym och vikt

• Möjlighet att bygga med snäva toleranser och höga måttnoggrannheter

• Enkel grundläggning kan väljas på grund av den låga egentyngden

• Kan återvinnas till nära 100 %

• Ej skrymmande transporter beroende på dess storlek och vikt

• Möjlighet till stora spännvidder Nackdelar

• Underentreprenör måste anlitas för att montera vilket kan ge en högre kostnad och större krav på samordning.

• Framställs i regel på fabrik vilket kan kräva långa transporter

• Hållfastheten försämras drastiskt vid höga temperaturer

• Dåliga ljudisolerande egenskaper

• Risk för korrosion

2.1.1 Tid

En fördel med att använda en stålstomme är den låga egentyngden. Pelare och balkar har en låg egentyngd vilket betyder att de kan monteras med en mindre kran och en enklare, och därmed billigare och mindre tidskrävande, grundläggning kan göras än om pelare och balkar skulle utföras i betong. En stålstomme kan även kompletteras med yttervägg relativt snabbt på grund av att det inte kräver någon uttorkningstid på samma sätt som platsgjuten betong. Detta förutsätter att betongplattan och eventuella gjutna bjälklag är uttorkade.

kostnadseffektiva lösningar relativt enkelt uppnås. Ett exempel kan vara ett genomföra så mycket svetsarbete som möjligt på fabrik samt att förborra hål för exempelvis anslutningar mellan balk och pelare.

Fig. 4: Att förtillverka så mycket som möjligt gör att det blir möjligt att genomföra ett snabbt montage. I exemplet krävs inget svetsarbete alls på byggarbetsplatsen då fot- och topplåt svetsas till pelaren på fabrik. Hål i balken och plåten kan även förborras vilket skapar förutsättningar för ett ännu snabbare montage.

Detaljlösningar som dessa sparar tid på byggarbetsplatsen men ställer högre krav på

bygghandlingarna då felaktiga handlingar kan få kostsamma följder. (Stålbyggnadsinstitutet, 2008a)

2.1.2 Ekonomi

Materialkostnaden vid en stålentreprenad står för endast 20-30 % av den totala kostnaden. Detta betyder att omkostnader för montering, personal, transport m.m. står för de resterande 70-80 %. Det är på denna del som de stora besparingarna kan göras till exempel genom bättre upphandlingar med mera. (Stålbyggnadsinstitutet, 2008b)

stålpelare. För att minska risken för brand kan även sprinklersystem installeras. Dessa

åtgärder medför givetvis en merkostnad men krav från myndigheter, beställare med mera gör att brandskydd i många fall är nödvändigt. Ett utökat brandskydd kan i många fall även ge en lägre försäkringspremie. (Stålbyggnadsinstitutet, 2008c)

Valet av brandskyddsisolering har vid diskussion med NCC landat på att fylla de synliga stålpelarna med betong och att klä in de fyrkantiga VKR-profilerna i gips, det vill säga att bygga in dem i väggen. Detta beror på att brandskyddsmålning medför en större kostnad, dels beroende på kostnaden för färgen och dels att målningen ofta utförs av underentreprenader. För att betongfyllda stålpelare ska ge ett fullgott brandskydd krävs dock att tvärsnittet minst bör vara cirka 100x100 mm. (Intervju med konstruktör Bengt Dahlkvist, WSP) Detta är i detta fall inga problem eftersom den minsta synliga pelaren har ett tvärsnitt på Ø250 mm.

Vid kalkylering av kostnaden för att uppföra en stålstomme beräknas vikten på respektive profil. Denna multipliceras sedan med ett kilopris som i dagsläget är 35 kr per kilo för grundmålade profiler så som HEA, HEM och VKR. För mittbalken i varje plan, så kallade SWT-profiler, är kostnaden 70 kr per kilo. Detta pris inkluderar både kostnad för material, transport och montage av underentreprenör. (Intervju entreprenadchef Bo Rom, NCC) Övriga kostnader, exempelvis för ingjutningsplåtar och utfackningsväggar med mera tillhandahålls av NCC.

2.1.3 Byggmetod

Den traditionella stålstommen består av bärande balkar och pelare som i regel är

standardiserade profiler. Vanligaste profilerna för pelare är VKR-, KKR- och HE-profiler medan HE-, I- och U-profiler används till balkar.

Fig. 6: Från vänster till höger visas några standardprofiler, VKR, KKR, HE, I och U profiler.

Grunden i byggsystemet är en svetsad stålbalk med bred underfläns, så kallad hattbalk, i kombination med prefabricerade bjälklagselement, så kallade håldäck eller plattbärlag. Detta ger möjlighet till stora, fria spännvidder. Pelarna utgörs ofta av runda, envånings stålpelare i byggnadens inre och fyrkantsprofiler i fasaden. Fasadpelaren bör ha tillräckligt små

dimensioner för att rymmas inom ytterväggskonstruktionen. Betongelementens upplag ute i fasad utgörs ofta av en kontinuerlig stålbalk, exempelvis en U- eller HE-profil.

2.1.4 Miljö

Ståltillverkning är en mycket energikrävande process. Energianvändningen kan uppgå till så mycket som 7000 kWh/ton stål om man bortser från användning av återvunnet stålskrot. Tillverkningen är även förknippad med utsläpp av koldioxid och försurande ämnen i stora mängder. (BidCon, 2008a)

Totalt används ungefär 700 000 ton stål i Sveriges byggbransch varje år, varav det mesta går till byggnationer av broar och hallbyggnader. Byggbranschen är en av de branscher som har störst krav på sig att öka materialåtervinningen. Detta beror på ekonomiska och politiska riktlinjer, då en ökad miljömedvetenhet gett sig till känna under den senare tiden.

Stål, som till allra största delen består av grundämnet järn, har fördelen att det kan återvinnas i princip oändligt många gånger utan att behöva göra avkall på kvaliteten. Nu för tiden finns även metoder för att avskilja legeringsämnen som kan förekomma, till exempel

zinkbeläggningen från en förzinkad stålprodukt. På grund av de goda förutsättningarna vid återvinning av stål finns en väl inarbetad marknad för stålskrot och därför är skrot en viktig råvara inom stålindustrin. (Jernkontoret, 2008)

Med återvinning menar man nyttiggörande av restprodukter. Generellt kan man säga att ju mer bearbetning, desto mer miljöpåverkan. Därför ser man återanvändning som den högsta graden och energiutvinning som den lägsta graden av återvinning. Energiutvinning är dock endast möjlig av brännbara material så som t.ex. trä då materialet förbränns och energi i form av värme utvinns. (Stålbyggnadsinstitutet, 2008e), (Byggnadsmaterial, Burström P G, 2001a)

De problem som kan uppstå i arbetsmiljön vid en stålentreprenad är att svetsning i stål kan orsaka så kallad metallrökfeber vid inandning av svetsgaser. Belastningsskador är även vanligt förekommande vid skär- och svetsarbeten. (BidCon, 2008a)

2.1.5 Dimensionering

balken dimensioneras enligt företagets anvisningar. Alla balkar utförs som kontinuerliga balkar och kontrolleras mot dimensionerande moment och tvärkraft. Fasadbalkarna

kontrolleras även för intryckning under koncentrerad last. Pelarna kontrolleras mot knäckning enligt Boverkets handbok för Stålkonstruktioner, BSK. Vindkryss dimensioneras även för att stå emot de horisontella krafter som uppstår på grund av vindlast.

I bilaga 2 Beräkningar, finns exempel på hur beräkningarna för balk och pelare utförs. För att på bästa sätt kunna utnyttja stålbyggandets fördelar kan det konstateras att den

2.2 Betong

I dagens samhälle är användningsområdena för betong nästan oändliga - det byggs alltifrån skyskrapor till trottoarkanter i betong. Enligt betongbranschen är betong den moderna tidens viktigaste byggnadsmaterial. (Betongvaror, 2008)

Några fördelar och nackdelar med betong sammanfattas nedan. Fördelar:

• Betong har lång livslängd

• Betong har god beständighet, formbarhet och tryckhållfasthet

• Fördelarna med formsättning av betong på plats är att systemet är mycket flexibelt (MDH, 2008)

• Det kan återvinnas till nästan 100 %

• Naturprodukter, så som kalksten, ballast och vatten är de största ingredienserna (Svenska Fabriksbetongföreningen, 2008a)

• Byggnader i betong har en stor värmetröghet vilket skapar förutsättningar för en låg och jämn energiförbrukning.

Nackdelar:

• Betong har låg draghållfasthet och stora spännvidder leder till stora dimensioner

• Lång produktionstid och dålig arbetsmiljö (Svenska byggbranschens utvecklingsfond, 2008)

• Uttorkningstiden är lång

• Väderberoende

Fig. 8: Bilden visar en balk som är upplagd på två pelare, pilarna i balken visar hur

Betong är ett tungt material med hög förmåga att lagra värme i själva byggnadsstommen. Det gör att materialet kan värmas upp under dagen och hålla kvar en del av värmen under natten. Detta betyder att en lägre energiförbrukning kan uppnås på grund av den så kallade

vämetrögheten i betongen. (Betongvaruindustrin, 2008a), (Tillämpad byggnadsfysik, Peterson B-Å 2004)

Diagram 1: Inomhustemperatur en vår-, sommar- eller höstdag. En tung stomme håller en jämn temperatur under hela dygnet medan en lätt stomme har ett värmebehov under natten och ett kylbehov under dagen.

2.2.1 Tid

Platsgjuten och prefabricerad betong innehåller samma beståndsdelar men skillnaden i tid beror på att olika byggmetoder används.

Vid användning av en platsgjuten betongstomme är det mycket som ska tas hänsyn till, till exempel vädret och hur mycket som kommer att gjutas per dag, det vill säga hur mycket betong man ska beställa från fabriken per dag. Detta är några av orsakerna som kan ge upphov till att byggtiden förlängs om det inte är rätt planerat, det vill säga om det är planerat att gjuta tio stycken pelare per dag och det bara gjuts sju stycken med den arbetsstyrka som finns på byggplatsen. Produktion av en platsgjuten betongstomme sker i flera steg som kan

sammanfattas så här: formsättning, armering, gjutning och avformning samt eventuell efterlagning av uppkomna skador på ytan.

Enligt Betongvaruindustrin (Betongvaruindustrin 2008b) kan användandet av prefabricerade betongelement och andra förtillverkade komponenter bidra till att byggtiden reduceras

kraftigt. Arbetarna slipper långa väntetider för att material måste hämtas, sorteras, täckas över eller helt enkelt letas upp på de olika materialupplagen. Prefabricerat byggande kräver inte lika höga resurser i form av arbetare jämfört med platsbyggt och det har som följd att byggplatsens totala kostnader minskar.

Fig. 9: Tidsvinsten mellan platsgjuten och prefabricerad stomme. (Betongvaruindustrin 2008c)

2.2.2 Ekonomi

Inom byggandet med prefabricerade element sker den största besparingen på grund av de lägre räntekostnaderna som är en direkt följd av den korta byggtiden, de lägre kostnaderna för arbetsplatsen samt minskade utgifterna för administration och arbetsledning. För att uppnå de största besparingarna måste man använda sig av denna arbetsmetod genom hela byggandet för det blir ingen större skillnad om endast vissa moment använder sig av prefabricerat byggande. (Betongvaruindustrin, 2008e)

Genom att hålla sig till de standarddimensioner som finns hos tillverkarna kan kostnaderna sänkas ytterligare. Fönstrens placering är av stor betydelse eftersom de styr hur många olika typer av prefabricerade element som behövs. Om tillverkaren endast behöver göra ett fåtal typer av prefabricerade element med standarddimensioner kan både tillverkningstider och priser minskas drastiskt. Fel eller förändringar i projekteringen kan dock medföra stora merkostnader när detta upptäcks i ett senare skede och elementen måste kompletteras eller ändras.

Vid ekonomisk jämförelse mellan platsgjuten och prefabricerad betong är det viktigt att tänka på helheten. I anbudet för prefab brukar det vanligtvis ingå kostnader för transport, kran, efterlagning av uppkomna skador, montering av elementen, arbetsledning och naturligtvis också konstruktion och produktion av själva elementen.

Byggnader som ska uppföras under vintermånaderna har en klar fördel om metoden med färdiga element används, därför att stora mängder energi går åt att värma upp en byggnad som inte är tät. Vid platsbyggnation försöker man minska risken för frostskador när gjutning sker vintertid genom att hålla betongen varm under härdningen. Uppmätta värden visar att merkostnaden vintertid ligger ungefär på 60 kr/m2för bjälklag och 40 kr/m2för väggar på platsbyggda konstruktioner jämfört med prefabricerat byggande (Betongvaruindustrin 2008f).

Enligt Betongbanken är byggnation av bärande konstruktioner med platsgjuten betong ofta den mest lönsamma byggmetoden jämfört med byggnation av prefabricerad betong.

(Betongbanken, 2008b)

Fig. 11: Grova riktvärden för kostnadsfördelningen vid byggnation med platsgjuten betong. (Betongbanken, 2008c)

När platsgjuten betong används kan man se i figur 10 att det är lön för formsättarna och materialet för formen som kostar mest pengar, tillsammans cirka 50 % av hela kostnaden. Detta beror på att formsättning är ett mycket tidskrävande moment. För att hålla ned

kostnaderna för formsättning kan formen återanvändas, vilket i sin tur innebär att ny form inte behöver göras för varje nytt element.

När ett projekt är så komplext som skolan i Hagfors, är det mycket som kan gå fel inom

produktionen av platsgjuten betongstomme. Det är många moment som ska ske i rätt följd och mycket personal som är inblandat i processen av en produktionsdel. Detta gör att det är

mycket som ska gå rätt för att tidsplanen ska följas. Om tidsplanen inte följs resulterar det i merkostnader för företaget. Även väderleken har stor betydelse för gjutningen, det är till exempel olämpligt att gjuta när det regnar, och det bör inte vara för varmt eller för kallt heller.

2.2.3 Byggmetod

Betong är bullerdämpande, brandsäkert, har en hög tryckhållfasthet, men en väldigt låg draghållfasthet och för att öka denna gjuter man in armeringsjärn som även motverkar sprickbildning i betongen.

När betong framställs blandas cement, vatten, ballast och eventuella tillsatsmedel såsom flyttillsatsmedel, vattenreducerande, luftporbildande, accelaratorer och retarder.

Flyttillsatsmedel är den vanligaste tillsatsen och påverkar konsistensen på betongen genom att den blir mer lättflytande och mindre vatten krävs, vilken i sin tur medför att betongens

hållfasthet ökar och krympningen reduceras. Vattenreducerande tillsatsmedel minskar

friktionen mellan betongens fasta partiklar, det fungerar som flyttillsatsmedel men effekten är inte lika kraftig. Luftporbildande tillsatsmedel används för att göra betongen mer beständig mot frost. Medlet gör att mycket små luftbubblor skapas i stora mängder vilket gör att vattnet som fryser i betongen expanderar i hålrummen. Accelatorer används för att betongen ska få en snabbare härdning och hållfasthetstillväxten ska påskyndas. Retarderande tillsatsmedel

fördröjer betongens härdningsprocess, en retarder kan användas för att motverka tillstyvnade i samband med långa transporter och vid höga temperaturer. (Byggnadsmaterial, Burström P G, 2001b)

2.2.3.1 Prefabricerad betong

Att bygga med prefabricerade element innebär att själva produktionen av de olika elementen sker inomhus och sedan levereras de till byggplatsen för montering. Fördelarna med denna byggmetod är flera och rätt planerad och utförd så finns det möjlighet till stora besparingar i form av tid, resurser och ekonomi. Dock är denna metod ytterst känslig för förseningar och om detta skulle inträffa kan det få stora konsekvenser både tidsmässigt och ekonomiskt. Det hela bygger på logistiken och att just in time principen fungerar utan missöden. (Svensk byggtjänst, 2008) Just in time principen är ett begrepp som innebär att fler mindre leveranser skickas för att sedan kunna monteras ihop på byggplatsen i stort sett direkt när leveransen anländer till bygget. Allt detta är för att slippa mellanlagra elementen och undvika risk att fukt byggs in i husen.

Fig. 12: En prefabricerad vägg lyfts på plats med hjälp av en kran. (Betongvaruindustrin, 2008g)

2.2.3.2 Platsgjuten betong

Vid byggnation med platsgjuten betongstomme tillverkas betongen på fabrik oftast lokalt. Betongmassan levereras till bygget i betongbilar, som med hjälp av en pump fyller upp gjutformen med betongmassa. Gjutformen är tillverkad för att balkar och pelare ska få rätt dimension. I gjutformen är armeringen placerad för att öka draghållfastheten på betongen. Betong fylls på i gjutformen, för att sedan härda i minst ett dygn. När betongen har härdat plockas formen bort och man har en färdig balk eller pelare, detta görs i regel dagen efter. Betongen fortsätter dock att härda även efter att formen är borttagen. Vid gjutning av vägg eller pelare så står formen på plats innan gjutning. När balkar gjuts görs det inte på plats, utan den lyfts på plats med en kran efter härdningen är färdig. För att gjuta samman pelare och bjälklag är armering ingjuten i bjälklaget och sticker upp där pelaren ska stå. När pelaren sedan gjuts på plats gör den uppstickande armeringen att den blir stabil. Innan det kan byggas vidare på betongen, till exempel med gips eller målning, måste den vara uttorkad, vilket tar tid när stommen är platsgjuten. I brukskedet av byggnaden så är betongen i princip helt

2.2.4 Miljö

Den största miljöbelastningen vid framställning av betongbeståndsdelarna står

cementtillverkningen för sett ur ett livscykelperspektiv. Produktionen av cement är mycket energikrävande. Förbrukningen vid tillverkningen uppgår till 125-540 kWh/ton. Vid framställning av cement används gamla bildäck och andra restprodukter som bränns i cementugnarna enligt BidCon miljödatabas. Cementugnar ska ha en hög och stabil

temperatur, vilket gör att energirikt avfall såsom bildäck lämpar sig väldigt bra. När cement produceras sker det i en dammig och bullrig miljö och en del beståndsdelar är starkt

allergiframkallande.

Framställningen av cement medför också stora mängder utsläpp av miljöförstörande ämnen såsom svaveldioxider, kväveoxider samt koldioxid. Dessa påverkar miljön genom försurning, övergödning och en ökad växthuseffekt. Inom den svenska industrin står cementtillverkning för två procent av utsläppen av koldioxid. För att minska koldioxidutsläppen försöker man byta ut fossila bränslen vid upphettning av kalk mot alternativa bränslen, och man har även investerat pengar för at minska svaveldioxiderna och kväveoxiderna.

En annan beståndsdel i betong är ballasten, som oftast utgörs av natursten och på många håll börjar den bli en bristvara, speciellt invid storstäderna. Som tidigare nämnts blandas betong till större byggen på fabriker och transporterna till byggplatsen är ofta tunga och relativt korta beroende på avståndet till närmaste betongfabrik. Det finns uppemot 200 betongfabriker i landet, så det finns oftast en fabrik i närheten. Jämför man med färdiga betongelement, som bara tillverkas på ett fåtal ställen i landet, så måste dessa nästan alltid transporteras längre. Detta ger en större miljöpåverkan om man ser till koldioxidutsläppet.

I vissa fall används tillsatsmedel i betong för att ändra dess egenskaper. Det kan till exempel vara superflytmedel som gör att betongen inte behöver vibreras, vilket i sin tur leder till att vibrationsskadorna på arbetarna minskar.

Fig. 13: Bilden visar betongens kretslopp från de olika delarna till färdig produkt (Betongvaruindustrin, 2008h)

NCC köper in de prefabricerade elementen från Tyskland på grund av att kostnaden blir betydligt lägre jämfört med att köpa från företag i Sverige. Utsläppen från dessa leveranser medför en ökad belastning och sett ur miljösynpunkt är detta inget bra val.

2.2.5 Dimensionering

Den platsgjutna betongstommen kommer att bestå av runda och fyrkantiga envåningspelare i olika dimensioner. Balkarna som kommer att bäras upp av pelarna kommer att utföras rektangulära. Pelarna kommer att armeras för att inte knäckas, det vill säga de kommer att armeras uppifrån och ner, se figur 13. Balkarna armeras i underkant för att motverka att det uppstår sprickbildning där dragspänningar verkar. Prefabricerade element är tvungna att kontrolleras så att de håller för lyft.

3. Resultat och jämförelse

Vårt projekt går ut på att jämföra olika stomkonstruktioner för att sedan välja den lämpligaste med hänsyn till tid och ekonomi. Miljön har en viss inverkan på beslutet men har ingen avgörande betydelse. Detta beror på att den ekonomiska biten och tiden är de viktigaste faktorerna för ett byggföretag.

En kalkyl har upprättats för kostnaderna vid byggnation av en stålstomme och en platsgjuten stomme. Se bilaga 4 och 5 Kalkyl. I kalkylen har det inte gjorts några påslag för arbetsledning och maskiner (arbetsplatsomkostnader).

3.1 Tid

Det som kan konstateras om man endast ser till den tiden det tar att bygga de olika

alternativen av stommarna är att den platsbyggda stommen bör ta längst tid. Detta beror på att många fler moment måste genomföras på plats. Arbeten så som formning, armering och avformning undkommer man om man istället skulle välja en stålstomme eller en prefabricerad betongstomme. Uttorkningstiden måste även tas med i beräkningen vilket till exempel betyder att stomkomplettering så som isolering av väggar inte bör göras förrän betongen har nått en viss grad av uttorkning. Vidare kan man konstatera att stålstommen kräver stomkomplettering i form av utfackningsväggar vilket även det kräver en del arbete på plats. Om man förutsätter att logistiken är väl samordnad så att just in time principen kan upprätthållas har den

prefabricerade stommen en klar fördel på denna punkt. Ju snabbare entreprenaden uppförs, desto tidigare kan byggföretaget få betalt. Även räntekostnaderna för eventuella lån minskar om byggtiden minimeras. En stålstomme och en prefabricerad betongstomme är dock relativt störningskänsligt, dels på grund av att logistiken kräver en omfattande samordning och att delarna tillverkas på fabrik vilket ställer höga krav på bygghandlingar.

3.2 Ekonomi

På grund av att arbetsplatsomkostnaderna, APO, skiljer sig för de olika byggmetoderna kan man inte jämföra de direkta kostnaderna för material och arbete med varandra. För en

Tabell 1 visar respektive stommes ungefärliga kostnader för arbete, material och

underentreprenader, UE, samt arbetsplatsomkostnader. Här kan man se att platsgjuten betong är det billigaste valet medan en stålstomme genererar de högsta kostnaderna.

Tabell 1: De ungefärliga kostnaderna och merkostnaden jämfört med den billigaste stommen. Här kan man även se att platsgjuten betong är det billigaste valet.

3.3 Miljö

Prefab-elementens stora nackdel är att de i detta fall tillverkas i Tyskland och kräver därför långa, tunga transporter. Platsbyggande har på den här punkten en fördel beroende på att betongfabriker finns mer lokalt placerade vilket skulle resultera i betydligt kortare transporter. Om man ser till miljöeffekterna vid tillverkningen och användning av respektive material kan det konstateras att användandet av betong är ett mer hållbart val än stål beroende på lägre energiförbrukning vid tillverkning och den stora värmetrögheten i betongen som gör att energiförbrukningen i byggnaden minskar.

4. Diskussion

Kostnaden för byggnadsmaterialet på varje stomval har baserats på NCCs priser och den teoretiska mängd som ligger till grund för kostnaderna har tagits fram från

konstruktionsritningar. Prisuppgiften för de prefabricerade elementen har NCC endast fått som en sammanslagen post i kalkylen där det inte framgår priserna för de enskilda typerna. Vi har i samråd med NCC gjort en uppskattning på kostnaden för pelarna och balkarna och de snedställda väggarna på plan ett.

Kraven på byggnadens låga energiförbrukning är inte något som talar för att stål skulle vara det mest lämpliga valet. En byggnad konstruerad med en stålstomme har en mycket sämre förmåga att lagra värme än en byggnad av betong. Man brukar säga att en tung byggnad har en större värmetröghet vilket skapar förutsättningar för en lägre och jämnare

energiförbrukning. Energiförbrukningen vid tillverkning av en byggnad står bara för en liten del av den totala energiförbrukningen om man ser till hela byggnadens livslängd.

När man använder sig av platsgjuten betong till ett så stort bygge som detta är det mycket som kan gå snett. Väderförhållandena spelar roll, det vill säga att det är svårt att gjuta när det regnar och när det är allt för varmt, för då härdar betongen dåligt. Vid gjutningen måste flera formar vara färdiga för att allt gå ska gå så smidigt som möjligt och man inte ska förlora tid. Platsbyggande kräver även stora resurser i form av yrkesarbetare och arbetsledning samt samordningen av dessa. Eftersom det är väldigt många arbetsmoment som är inblandade vid platsbyggande med betong betyder det även att fler moment är kritiska. Ett kritiskt moment är en aktivitet som är tvungen att utföras inom tidsplanen, annars är risken stor att byggtiden förlängs.

Vid produktion av prefabricerade element kan man undvika de flesta problem som väder orsakar vid användning av platsgjuten betong. All produktion sker inomhus i fabriker och förutom att problem på grund av väderförhållanden minimeras så minskas även olycksrisken. Prefabricerat byggande har dock nackdelen att det är mycket störningskänsligt på grund av att det förlitar sig helt på att logistiken fungerar utan några förseningar. Skolan i Hagfors är alltså beroende av punktliga leveranser från prefabföretaget i Tyskland och när leveranserna sker på så stora avstånd är riskerna betydligt större för förseningar. Sett ur miljösynpunkt är

vinster som ett väl fungerande prefabbygge kan medföra överväger den ekonomiska vinsten belastningen som leveranserna har på miljön. Om leveranserna skett från ett företag i Sverige hade belastning på miljön minskat betydligt och prefabricerat hade varit ett starkare alternativ. Dock kan leveranstiderna på prefabricerat vara upp till ett år i Sverige och priset är mycket högre än utomlands.

5. Slutsats

Användning av prefabricerade element till stommen ger en kortare byggtid och har ett lägre behov av resurser i form av arbetare, vilket även innebär enklare samordning. Dock kräver denna större noggrannhet i planering och en mycket väl fungerande logistik. Förseningar i leveranser medför att hela bygget blir stillastående och kostnaderna ökar. Eftersom NCC själva monterar den prefabricerade stommen minskar även risken för problem eller tvister som kan uppstå med underentreprenörer.

6. Tackord

Referenslista

Litteratur

BidCon (2008a): Uppslagsbok miljö, sökord ”stål” (2008-03-17)

BidCon (2008b): Uppslagsbok miljö, sökord ”betong” (2008-03-20)

Burström P G (2001a): Byggnadsmaterial sid.10. Studentlitteratur, Lund.

Burström P G (2001b): Byggnadsmaterial sid. 213-215. Studentlitteratur, Lund.

Johannesson P, Vretblad B (2005): Byggformler och tabeller, Liber, Malmö.

Petersson B-Å (2004): Tillämpad byggnadsfysik sid. 40. Studentlitteratur, Lund.

Internet

Betongbanken (2008b): hämtat 2008-04-24 från <http://www.betongbanken.com/index.aspx?s=3137>

Betongvaror (2008): hämtat 2008-04-16 från <http://www.betongvaror.se/om-betong.html>

Betongvaruindustrin (2008a): hämtat 2008-05-08 från

<http://www.betongvaruindustrin.se/sv/Bygga-med-prefab/?Chapter=7>

Betongvaruindustrin (2008b): hämtat 2008-05-08 från

<http://www.betongvaruindustrin.se/sv/Bygga-med-prefab/?Chapter=9>

Betongvaruindustrin (2008e): hämtat 2008-05-08 från

<http://www.betongvaruindustrin.se/sv/Bygga-med-prefab/?Chapter=9>

Jernkontoret (2008): hämtat 2008-02-25 från

<http://www.jernkontoret.se/stalets_kretslopp/atervinning/index.php>

(MDH, 2008) kompendium Betong hämtat 2008-04-16 från

<http://www.mdh.se/ist/kurser/Bygg_old/wb0620/Kompendium/Betong.pdf>

Stålbyggnadsinstitutet (2008a): hämtat 2008-04-07 från <http://www.sbi.se/sok/sok_dokument.asp?dId=50> Stålbyggnadsinstitutet (2008b): hämtat 2008-03-06 från <http://www.sbi.se/omraden/o_frameset.asp?mId=2&kId=15&mgrp=0> Stålbyggnadsinstitutet (2008c): hämtat 2008-03-07 från <http://www.sbi.se/sok/sok_dokument.asp?dId=61> Stålbyggnadsinstitutet (2008d): hämtat 2008-02-27 från <http://www.sbi.se/omraden/o_frameset.asp?mId=3&kId=49&mgrp=0>

Stålbyggnadsinstitutet (2008e): hämtat 2008-04-14 från

< http://www.sbi.se/uploaded/dokument/files/Stålet%20och%20miljön_SBI-Jernkontoret%20(2001).pdf>

Svenska Byggbranschens Utvecklingsfond (2008): hämtat 2008-03-24 från

<http://www.sbuf.se/projectdocuments/info/9017/Sammanfattande%20beskrivning.PDF>

Svenska Fabriksbetongföreningen (2008a): hämtat 2008-03-10 från

<http://www.fabriksbetong.se/index.php3?use=publisher&id=102&lang=1>

Svenska Fabriksbetongföreningen (2008b): hämtat 2008-04-25 från

Muntliga källor

Boman, Thomas entreprenadingenjör NCC 2008-04-23 Dahlkvist, Bengt konstruktör WSP 2008-03-19 Rom, Bo entreprenadchef NCC 2008-04-14

Bilder

Betongbanken, (2008a): hämtat 2008-04-07 från <http://www.betongbanken.se/index.aspx?s=2908> Betongbanken (2008c): hämtat 2008-04-24 från <http://www.betongbanken.com/index.aspx?s=3137> Betongvaruindustrin (2008c, 2008d): hämtat 2008-03-26 från <http://www.betongvaruindustrin.se/sv/Bygga-med-prefab/?Chapter=9> Betongvaruindustrin (2008g): hämtat 2008-03-26 från <http://www.betongvaruindustrin.se/sv/Bygga-med-prefab/?Chapter=11> Betongvaruindustrin (2008h): hämtat 2008-03-14 från <http://www.betongvaruindustrin.se/sv/Bygga-med-prefab/?Chapter=10> LLP Arkitektkontor (2008): hämtat 2008-04-15 från <http://www.llp.se/hagfors.htm>

Scandinavian WeldTech (2008a): hämtat 2008-03-27 från <http://www.swt.eu/svenska/main.htm>

Scandinavian WeldTech (2008b): hämtat 2008-04-29 från <http://www.swt.eu/downl/swtbroschyr99.pdf>

Skanska (2008), hämtat 2008-05-05 från

Bilagor

Innehållsförteckning, bilagor

Bilaga 1 Sammanställning laster B

Bilaga 2 Beräkningsstrategi C

Bilaga 3 Resultat av beräkningar K

Bilaga 4 Kalkyl stål M

Bilaga 5 Kalkyl platsgjuten betong O

Bilaga 2. Beräkningsstrategi

Formler och tabellvärden för beräkningar nedan är hämtade ur Byggformler och tabeller av Paul Johannesson och Bengt Vretblad.

Dimensioneringsexempel för en balk:

I exemplet nedan dimensioneras balken som bär upp plan tre (B31/32/33) för moment och tvärkraft.

Stål

Dimensionering av mittbalk (SWT) sker enligt företaget Scandinavian WeldTechs dimensioneringstabell.

En profil väljs som uppfyller krav på momentkapacitet, tvärkraftskapacitet och elementhöjd, d.v.s. höjden på hdf-bjälklaget eller plattbärlaget.

Tabell 2: Tabellen visar olika SWT-balkar och dess statiska hållfasthetsegenskaper. (Scandinavian WeldTech B, 2008-03-27)

Total bjälklagshöjd är 265 mm + 30 mm pågjuten betong. Därför väljs en balk inom området 260-300 mm: SWT 260:250 450/8 15/40. Den övergjutna balken har en momentkapacitet på 316 kNm och tvärkraftskapaciteten uppgår till 443 kN vilket är tillräckligt.

Dimensionering av fasadbalk

HE-profiler används i fasad för uppbärning av bjälklagselement och pelare.

Stålkonstruktioner utförs i S275JR för HE-profiler, korrosivitetsklass C1, SK2 (enl. ritn. K 20-0-001) MPa f f n m yk yd =219 × = γ γ Msd= 280 kNm Vsd= 355 kN Antag HEA 340 Momentkapacitet yd t t Rtd n W f M = × ×

HEA 340 tillhör tvärsnittsklass 1 (TK1) vilket ger:

kNm M f Z M_Rtd = × _yd ⇒ _Rtd =405 , momentkapaciteten är tillräcklig. Kontroll för tvärkraft yd w w v yd w v Rd A f h t f

V =ω × × =ω × × × bw= livets bredd mellan hålkäl och svets tw= livtjocklek ⇒ × × × = k yk w w w E f t h 35 , 0 λ ω =0,67v kN kN V_Rd =339 <355

Beräkning av livavstyvning

Antag livavstyvning med 12 mm plåt.

(

) (

)

Platsgjuten och prefabricerad betong:

Dimension: 700x300, utförs i SK 2, C25/30, Ks600S, täckskikt 40 mm (enligt K 20-0-001) Msd= 280 kNm Vsd= 355 kN MPa f f n m ck cc = _{γ ×γ} =14,5 MPa fst =474 Huvudarmering:

Antag byglar Ø8 och huvudarmering i två lager Ø16, se fig. Byglarna är placerade utanför huvudarmeringen och distanselementen placeras på huvudarmeringen (de=50 mm) mm u 58 2 16 50+ = = mm v=40 mm d 635,3 6 0 4 40 2 58 700− − × + × = = ! 348 , 0 159 , 0 _ 2 _ ok at underarmer m f d b M m bal cc sd = ≤ = ⇒ _Q × × = 174 , 0 2 1 1 _ = − − = m ω Ø16 6 1014 2 ⇒ = × × = mm f f b A st cc s ω

Tvärkraftsarmering: fct= 1,03 MPa qd= 127 kN s c d V V V = + ok kN kN f d b V_d ≤0,25× _w× × _cc =690,9 >355 ⇒ v c b d f V = × × ct v f f =ξ(1+50ρ)×0,3 kN V_c =78

VCRmåste kontrolleras vid stöden.

Dimensioneringsexempel för en pelare:

I exemplet dimensioneras en pelare på plan 2, P23. Pelaren antas vara fast inspänd i nedkant och ledad i överkant.

Stål

Eftersom pelare tas bort för att öka spännvidderna, ökar även den dimensionerande normalkraften.

Nd = 780 kN

Platsgjuten och prefabricerad betong

Pelaren utförs i betong C25/30, armering Ks600S, SK 3, enl. K-20-0-001 bm = 30 mm enl. K-20-0-001 A = 300x300 mm2 l = 2700 mm Nd= 570 kN MPa f_cc =13,9 MPa f_st =435 m l l_c =β× =1,8 sc sc s e cc c c u k A f k f A k N + × × × + × × = ϕ ϕ 1 MPa f C h l yk c 600 30 / 25 6 = = 832 , 0 02 , 0 93 , 0 = = = s c k k k ϕ Enl. diagram mm bm u 41 2 6 8+ = + =

{ }

Den prefabricerade pelaren ska även kontrolleras för lyft: , 8 , 5 kN l b h g_k = × ×γ × = där • är tungheten för betong. kN g F k 9 , 2 2 = = kNm F M_s =0,675× =1,96

Lyft av pelaren enligt figuren skapar ett dimensionerande

moment på 1,96 kNm Fig. 15: Figuren visar förutsättningarna för

beräkningen av det dimensionerande momentet vid lyft där lyftstroppar placeras ¼ in på pelaren.

Bilaga 6. Ritningar

Ritningarna som visas nedan har vi fått av NCC.