Effektivisering vid montering av KL-element – en pilotstudie av infästningar mellan väggskiva- bjälklagsplatta
More effective installation of CLT-elements – a pilot study on connections of wall-to-floor joints.
Författare: Johan Finnhult, Martin Petersson Handledare: Min Hu, Andreas Briggert Handledare företag: Daniel Anderson Examinator: Jan Oscarsson
Termin: VT20 Kurskod: 2BY04E
Examensarbete i byggteknik
Sammanfattning
Dagens byggande präglas av önskemålen att förkorta byggtiden, minska kostnaderna och hålla en god kvalité. Att då utveckla nya lösningar som kan förkorta byggtiden och samtidigt bibehålla en god kvalité på byggnationen är av stor vikt. Något som har blivit allt mer vanligt är att bygga med prefabricerade byggelement för att spara tid.
Korslimmat trä (KL-trä), är ett byggmaterial som har blivit populärt att använda som bärande material i byggnader. Utvecklingen av KL-trä började i Österrike redan under 1970-talet och har sedan dess spridit sig över hela världen och används nu i allt från mindre hus till stora höghus. I Sverige har KL-trä använts sedan slutet på 90-talet och användandet ökar för varje år som går. Elementen kan beställas i stora dimensioner från fabrik och kommer levererade ut till arbetsplats redo för montage direkt. Montaget går relativt smidigt men här finns det utrymme för förbättringar.
Syftet med arbetet är att undersöka och analysera hur dagens infästning av KL-element utförs och hur dessa kan effektiviseras. Målet är att undersöka om det går att korta ner monteringstiden av KL-trästommar. Arbetet har delats in i två delar. Första delen av arbetet består av att jämföra laster i monteringsskedet mot lasterna som verkar på färdigställt hus, för att kunna se om det finns möjlighet att reducera antalet montageskruvar under monteringen. Baserat på resultat från lastnedräkningar och undersökningar som gjordes under arbetes gång beslutades att arbetet skulle ändra inriktning. I del två av arbetet genomförs undersökningar om förborrning av de prefabricerade elementen hade kunnat tidseffektivisera montaget. Detta görs genom praktiska experiment och tester.
I rapporten presenteras resultaten från de undersökningar som gjorts och vilka möjliga förbättringar som skulle kunna vara intressanta att arbeta vidare med. Arbetet visade att det finns stora skillnader på vertikala laster mellan monteringsskede och slutligt skede, dock endast små skillnader på horisontella laster. En reducering av skruv är därav inte speciellt effektiv, då de mest tidskrävande skruvarna främst tar upp de horisontella krafterna som verkar på huskroppen. Testerna visar att det finns en potentiell tid att spara på förborrade KL-bjälklag från fabrik och andra kvalitétsfördelar som förborrning kan medföra. Dock har inte kostnadsberäkningar gjorts för förborrning som är något som hade kunnat vara intressant att undersöka vidare för att få en större uppfattning om det är lönsamt att förborra KL-element.
Baserat på resultaten från rapporten kan det fastställas att ur ett tidsperspektiv hade det varit gynnsamt att förborra KL-element, då det hade bidragit till ett snabbare montage.
Förhoppningen är att detta arbete kan stå till grund för vidare utveckling och forskning inom området.
Abstract
Byggsektorn tenderar idag att välja material med låg miljöpåverkan och bygga energi- och tidseffektiva konstruktioner. Att öka användningen av träprodukter är en del av lösningen. Korslimmat trä (KL-trä) är ett byggmaterial som har blivit mer och mer populärt att använda i byggbranschen. I Sverige har KL-trä använts sedan slutet på 90- talet och användandet ökar för varje år som går. Materialet är relativt nytt och vid monteringen av KL-trä finns det utrymme för förbättringar. Syftet med arbetet är att undersöka och analysera hur dagens infästning av KL-element utförs och hur dessa kan effektiviseras. Målet är att undersöka om det går att korta ner monteringstiden av KL- trästommar.Detta görs genom beräkningar, fältstudie och experiment. I arbetet undersöks möjligheten att reducera skruvning för det vanligast använda vägg till golv anslutningarna och om det finns tid att spara i montaget med hjälp av förborrning. Resultatet av
rapporten visar att det finns en potentiell tid motsvarande ca 40 % tidsvinst att spara med förborrade bjälklag från fabrik och andra kvalitétsfördelar som förborrning kan medföra, medan reducering av skruv är möjligt men inte optimerad för dagens mest tillämpade infästningslösningar.
Nyckelord: bjälklag-vägg, förband, förborrning, infästningar, KL-trä, korslimmat trä, lastnedräkning, självborrande träskruv, STS-skruv, stommontage, tidseffektivisering
Abstract
The construction sector today tends to choose material with a low environmental impact and build energy- and time-efficient structures. Increasing the use of wood products is part of the solution. Cross laminated timber (CLT) is a building material that has become more and more popular to use in the construction industry. In Sweden, CLT has been used since the late 90 and its use is increasing every year. The material is relatively new and especially for mounting CLT element, there are still potentials for improvement. The purpose of the work is to investigate and analyze how todays attachment of CLT elements is carried out and how these can be made more efficient. The aim is to investigate
whether it is possible to shorten the assembly time of CLT elements. The study was carried out through calculations, study visit and experiments. The work investigates the possibility of reducing screwing for the most commonly used wall to floor joints and showed there is a potential time efficiency of about 40% to be gained with pre-drilled floor element from the factory and other quality benefits that pre-drilling can bring, while the study also showed reducing fasteners under construction phase is possible but not an optimal solution.
Keywords: cross laminated timber, fastener, frame mounting, joint, self-tapping screw, STS-screw, pre-drilled, time efficiency, wall-to-floor
Förord
Denna rapport är skriven vid avdelningen för byggteknik vid Linnéuniversitetet i Växjö.
Rapporten är resultatet av ett examensarbete på 15 högskolepoäng vid
byggtekniksprogrammet. Idén till arbetet initierades av Daniel Andersson, avdelningschef för Södra Building System på Södraskogsägarna AB i Växjö. Arbetet berör montering av korslimmat trä och förbättringsmöjligheter för att effektivare få ett tätt hus. Författarna har gjort arbetet i sin helhet gemensamt, dock har Johan ansvarat för
konstruktionstekniska beräkningar och Martin har ansvarat för laster och lastnedräkningar.
Förhoppningen är att arbetet ska ge en bild av hur arbetet kring montering av korslamminerat trä ser ut idag och utveckla ett nytt förslag på hur monteringen kan effektiviseras.
Vi vill tacka våra handledare, Min Hu och Andreas Briggert från Linnéuniversitetet och Daniel Andersson från Södra. Vi vill också skicka ett tack till GBJ.
Johan Finnhult & Martin Petersson Växjö, Maj 2020
Innehållsförteckning
1 Introduktion ... 1
1.1 Bakgrund och problembeskrivning ... 1
1.2 Syfte och mål ... 2
1.3 Avgränsningar ... 2
2 Teoretiska utgångspunkter ... 3
2.1 Egenskaper KL-trä ... 3
2.2 Allmänna laster på bärverk enligt Eurokod ... 3
2.2.1 Egenvikter och nyttig last ... 3
2.2.2 Snölast ... 4
2.2.3 Vindlast ... 4
2.3 Konstruktionssystem av KL-trä ... 4
2.4 Bärande KL-träelement ... 4
2.4.1 Bjälklag ... 4
2.4.2 Väggar ... 5
2.5 Förband och anslutningar ... 6
2.5.1 Träskruvar ... 6
2.5.2 Förborrning ... 7
2.5.3 Standardplåtbeslag ... 7
2.5.4 Anslutning bjälklag-vägg ... 8
2.6 Montering och installation ... 8
3 Objektsbeskrivning ... 9
3.1 Beskrivning av byggnaden och förutsättningar... 9
3.2 Material: tak, bjälklag och väggar ... 9
3.2.1 Takkonstruktion ... 10
3.2.2 Takbjälklag ... 10
3.2.3 Mellanbjälklag ... 11
3.2.4 Yttervägg ... 11
3.2.5 Innervägg ... 12
4 Metod ... 13
4.1 Litteraturstudie ... 13
4.2 Teoretiska beräkningar ... 13
4.3 Fältstudie ... 13
4.4 Experiment ... 13
5 Genomförande ... 15
5.1 Litteraturstudie ... 15
5.2 Teoretiska beräkningar ... 15
5.2.1 Laster ... 15
5.2.2 Laster vid färdigställd byggnad ... 15
5.2.3 Laster vid monteringsskedet ... 15
5.2.4 Överslagsdimensionering av KL-stomme ... 16
5.2.5 Infästning av bjälklag-vägg och antal skruv ... 16
5.3 Fältstudie ... 16
5.4 Experiment ... 16
5.4.1 Material och verktyg ... 17
5.4.2 Testuppställning ... 18
5.4.3 Test 1 ... 18
5.4.4 Test 2 ... 19
5.4.5 Kvalitetsmätning ... 19
6 Resultat ... 21
6.1 Beräkningar av laster ... 21
6.2 Jämförelser av laster ... 21
6.3 Infästning av bjälklag, väggar och antal skruv ... 22
6.4 Fältstudie ... 22
6.5 Experiment ... 22
6.5.1 Test 1 ... 22
6.5.2 Test 2 ... 23
6.5.3 Kvalitetsmätning ... 24
6.6 Utvärdering av tidseffektivitet baserat på beräkningarna och experimentet ... 24
7 Analys ... 27
7.1 Potential för att minska fästdon under montering ... 27
7.2 Utvärdering av tidseffektivitet för förborring ... 28
8 Förslag... 29
9 Diskussion ... 31
9.1 Teori och metod ... 31
9.2 Resultat ... 32
9.3 Förslag... 32
10 Slutsatser ... 33
Referenslista... 35
Bilagor ... 37
1 Introduktion
1.1 Bakgrund och problembeskrivning
Med tanke på de aktuella miljömål som ställs på samhället har det blivit mer relevant att bygga klimatvänligt. Ett av de främsta målen och kraven som ställs på samhället idag är att minska utsläppen av växthusgaser. Många studier visar att konstruktioner i trä kan sänka energianvändningen och minska, samt förhindra, utsläpp av koldioxid (CO2) jämfört med andra material som betong och stål (Dodoo et al., 2009, 2012). Trä är ett miljövänligt och ett kretsloppsanpassat byggmaterial som kan återanvändas eller omvandlas till energi genom förbränning (Svenskt Trä 2017). Regeringen vill stödja utvecklingen av hållbart byggande och vill främja användandet av trä som byggmaterial, något som också diskuterades vid klimatmötet i Paris år 2015 (Södra 2020). Detta innebär en förväntad ökning av trä i bärande konstruktioner i byggnader. I dagsläget i Sverige produceras 10 % av alla nybyggda flerbostadshus med trästomme. Denna siffra förväntas stiga till runt 50 % år 2025 (Södra 2020).
Korslimmat trä (KL-trä) är ett byggnadsmaterial som består av korsvis limmade lameller av barr- eller lövträd, där vartannat lager av lameller ligger i 90 graders vinkel i
förhållande till intilliggande lager. Utvecklingen av KL-trä påbörjades i Österrike under 1970-talet, och introducerades i Sverige under slutet av 1990-talet (Svenskt Trä 2017).
Tillverkningen av KL-trä i Europa har sedan 1990 ökat exponentiellt och år 2015
producerades cirka 600 000 m3, se Figur 1. En av anledningarna till att efterfrågan är stor är på grund av materialets goda egenskaper. Materialet är enkelt att tillverka, smidigt att arbeta med, lätt att transportera och montera på grund av sin låga egentyngd, och har i synnerhet en låg miljöpåverkan. Prefabricerade KL-element har många av de egenskaper som främjar både miljö och ekonomi. Dock är KL-element ett relativt nytt
byggnadsmaterial på byggmarknaden vilket innebär att det förmodligen finns utvecklingspotential och förbättringsmöjligheter inom området som kan förenkla tillverkning och montering samt reducera kostnaderna ytterligare.
Figur 1: Tillverkningsvolym av KL-trä i Europa mellan år 1990–2015 (Svenskt Trä 2017). Publiceras med medgivande av Svenskt Trä.
Södra är ett företag från Växjö som idag är en av få KL-trätillverkare i Sverige.En avdelning i företaget, Södra Building System, har specialiserat sig inom området KL-trä och jobbar med att utveckla nya och förbättrade lösningar för att effektivisera arbetet med KL-trä. Vid ett möte med en konstruktör på Södra Building System initierades idén om att undersöka och analysera arbetet vid montering och infästning av stomelement. Enligt konstruktören fästs i dagsläget alla KL-element in permanent direkt vid
installationsskedet och infästningarna är då anpassade för att ta upp alla dimensionerande laster som är beräknade för färdigställt hus. Den enklaste och vanligaste
infästningsmetoden som används för anslutningar mellan väggar och bjälklag av KL-trä, är att fästa elementen med långa självborrande träskruvar. Den typiska dimensionen för en sådan självborrande skruv är diameter 4 till 14 mm och längder kan uppgå till 2000 mm (Svenskt Trä 2017). Att skruva i en sådan skruv, utan förborring, kan vara
tidskrävande då ett stort antal skruvar måste fästas för att anslutningarna ska stabilisera byggnaden.
Det finns potential att effektivisera montering av KL-träelement. Eventuellt går det att minska tiden vid montering och snabbare kunna få ett tätt hus om enbart laster som påverkar huset vid monteringen tas i beaktning.Detta skulle således kunna innebära ett reducerat arbete av infästningar i monteringsskedet, dvs. färre skruvar vid monteringen för att senare, när huset står tätt, utföra de permanenta infästningarna. En annan möjlig förbättring kan vara att effektivisera skruvningen av de långa självborrande skruvarna genom att förborra KL-element, vilket möjligen kan minska tiden det tar att skruva varje enskild skruv.
1.2 Syfte och mål
Syftet med arbetet som presenteras i den här rapporten är dels att jämföra de laster som uppstår i monteringsskedet med de laster som påverkar den färdiga konstruktionen. Syftet med arbetet är också att undersöka och analysera hur dagens infästning av KL-element utförs och hur dessa kan effektiviseras. Därefter, baserat på detta, ta reda på om skruvning i förborrade KL-träelement är ett tidseffektivt och fördelaktigt sätt att fästa KL-element vid monteringsskedet för att få en effektivare montering och snabbare nå en tät
byggkonstruktion.
Målet med arbetet är att undersöka om det potentiellt går att minska antal fästdon under monteringsskeden genom att endast ta hänsyn till lasterna som uppstår under
monteringsskedet. Målet är också att ta fram förslag och en potentiell lösning för att på ett effektivare sätt fästa KL-träelement vid montering för att snabbare nå en tät
huskonstruktion jämfört med idag.
Arbetet som presenters i den här rapporten har delats in i två delar. Den första delen består av att jämföra laster vid monteringsskedet med laster vid färdigställt hus.
Lastjämförelsen görs för att undersöka om det går att reducera antalet skruvar i infästningarna vid montaget om endast monteringslaster beaktas. Den andra delen av rapporten består av att undersöka om förborrning av KL-träelementen sparar tid vid montaget.
1.3 Avgränsningar
I arbetet har vissa avgränsningar gjorts. Dessa avgränsningar listas nedan:
• Vid stomkonstruktioner kan flera olika anslutningar genomföras. I det här arbetet har enbart en av de vanligaste anslutningar som utförs mellan bjälklag och väggelement undersökts.
• Laster som påverkar konstruktionen under monteringsskede har genom vissa rimliga antaganden förenklats. Olyckslaster har försummats för att minska komplexiteten i beräkningarna.
• Förborrningstesten har endast genomförts för två av de vanligaste typer av skruv med begränsat antal vardera.
2 Teoretiska utgångspunkter
2.1 Egenskaper KL-trä
Trä är ett ortotropt material, vilket innebär att materialet har olika fysikaliska egenskaper i olika riktningar. Materialets ortotropi är viktig att beakta för att kunna optimera KL- träets egenskaper och uppnå bästa möjliga hållfasthet. KL-element har hög hållfasthet i förhållande till sin egenvikt och är en innovativt utvecklad och modifierad produkt som är jämförbar med andra hoplimmade skivmaterial som exempelvis plywood, limträ och fanerträ (Brandner et al. 2016).
KL-trä har några avgörande fördelar med avseende på stabilitet, flexibilitet och homogenitet på grund av skiktens korsvis orienterade struktur. Elementen tillverkas vanligen i 3, 5, 7 eller fler skikt med varierande tjocklekar och hållfasthetsklasser i olika skikt. Egenvikterna för elementen kan variera beroende på material, antal skikt och dimensioner. Densiteten för KL-trä sätts vanligtvis till cirka 500 kg/m3 (Svenskt Trä 2017).
Vanligt förekommande dimensioner för brädor som fingerskarvas och limmas ihop till KL-träskivor tillverkas i en bredd på 40–300 mm och en tjocklek på 20–60 mm. Samtliga brädor sorteras enligt olika hållfasthetsklasser där klass C14–C30 används mestadels vid produktion av KL-träskivor. Brädornas dimensioner respektive hållfasthetsklasser har stor påverkan på slutproduktens hållfasthetsegenskaper (Svenskt Trä 2017). Dvs. beroende på vilka brädor som väljs och var de placeras i KL-träskivans tvärsnitt förändras
slutproduktens hållfasthetsegenskaper.
KL-träskivor kan tillverkas i många olika storlekar där de största skivorna kan bli upp till 30 m långa, 4,8 m breda och 500 mm tjocka. De vanligast förekommande dimensionerna på elementen ligger runt 16 m i längd, 3 m i bredd och 200 mm i tjocklek. Storleken på elementen begränsas av tillverkarens kapacitet samt transportmöjligheter från
tillverkningsfabrik till arbetsplats (Svenskt Trä 2017).
2.2 Allmänna laster på bärverk enligt Eurokod
Vid beräkning av laster ska lasternas varaktighet klassificeras i permanenta laster (G), variabla laster (Q) och olyckslaster (A). De permanenta lasterna utgörs av exempelvis egenvikter från konstruktionsdelar och beklädnader på väggar och fasader. Variabla laster omfattar exempelvis snölaster, vindlaster och nyttiga laster. Laster som kategoriseras som olyckslaster är bland annat påkörningslaster och explosioner. Olyckslaster ska beaktas om det finns en risk att sådana inträffar (SIS 2002a, 2002b, Johansson 2018).
Dimensionerande laster beräknas enligt anvisningar och krav som finns beskrivet i följande standarder:
- SS-EN-1990:2002 Eurokod 0 - Grundläggande dimensioneringsregler för bärverk.
- SS-EN-1991:2002 Eurokod 1 - Laster på bärverk:
- SS-EN-1991-1-1:2002 (SIS 2002c) - SS-EN-1991-1-3:2003 (SIS 2003) - SS-EN-1991-1-4:2005 (SIS 2005).
2.2.1 Egenvikter och nyttig last
Egenvikter och nyttiga laster redovisas i SS-EN-1991-1-1:2002 (SIS 2002b).
Egenvikterna är baserade på densitetsvärden som återfinns tabellform i standarden.
Nyttiga laster bestäms utifrån byggnadens kategori och användning. I standarden finns tabeller som beskriver laststorleken på den nyttiga lasten. Under detta avsnitt kan även arbetslaster bestämmas. Arbetslaster kan till exempel vara arbetsmaterial, maskiner och byggarbetare.
2.2.2 Snölast
I SS-EN-1991-1-3 (SIS 2003) beskrivs tillvägagångsättet för att beräkna snölaster på en konstruktion. De faktorer som beaktas vid beräkning av snölasten är karakteristisk snölast (𝑠𝑘), termisk koefficient (𝐶𝑡), exponeringsfaktor (𝐶𝑒) och formfaktorn (𝜇𝑖) för
konstruktionen. Snölaster beräknas enligt följande formel:
𝑠 = 𝜇𝑖× 𝐶𝑒× 𝐶𝑡× 𝑠𝑘 (1) 2.2.3 Vindlast
Vindlasten beskrivs i SS-EN-1991-1-4:2005 (SIS 2005). Vindtrycket (𝑤𝑒) på yttre ytor av konstruktioner beräknas genom att multiplicera det karakteristiska hastighetstrycket (𝑞𝑝(𝑧𝑒)) med utvändig formfaktor (𝑐𝑝𝑒). Invändigt vindtryck (𝑤𝑖) beräknas genom att multiplicera det karakteristiska hastighetstrycket (𝑞𝑝(𝑧𝑒)) med invändig formfaktor (𝑐𝑝𝑖).
Det karakteristiska hastighetstrycket är beroende på referenshöjd, vindhastighet och terrängtyp. Utvändigt och invändigt vindtryck beräknas enligt formlerna:
𝑤𝑒 = 𝑞𝑝(𝑧𝑒) × 𝑐𝑝𝑒 (2)
𝑤𝑖 = 𝑞𝑝(𝑧𝑒) × 𝑐𝑝𝑖 (3)
2.3 Konstruktionssystem av KL-trä
KL-trä som konstruktionsmaterial kan användas från enkla två-stöds skalkonstruktioner till mer avancerade och större byggnadskonstruktioner. Väggelement och bjälklag av KL- trä kan tillverkas med stora tvärsnittsytor, hög bärförmåga och hög styvhet. Därför är elementen lämpliga för stabilisering av byggnader. Elementen kan fås i hög
prefabriceringsgrad och låg egenvikt vilket medför ett smidigare arbete vid transport och montage. Det som ofta är avgörande för hur stora dimensioner av KL-trä-element som går att producera är i de flesta fall produktions- eller transportmöjligheterna. Traditionellt sett har trähus byggts småskaligt, ofta bara vanliga familjehem och småhus. Men den nya tekniken har
möjliggjort större projekt såsom industrier, skolor och andra offentliga byggnader upp mot 24 våningar i höjd med KL-trä som stomelement. (Svenskt Trä 2017; Van de Kuilen et al. 2011).
2.4 Bärande KL-träelement
2.4.1 Bjälklag
KL-trä som bjälklagselement, benämns även som platta, tar hand om laster som egentyngder, snölaster och nyttiglaster vilka verkar vertikalt på konstruktionen och för dem vidare till upplagen. Plattan tar även upp viss del av horisontella laster såsom vindlaster som verkar på konstruktionen. Den vanligaste typen av bjälklag för en
stomkonstruktion av KL-trä är en fritt upplagda platta placerade på två upplag. Upplagen kan vara stöd längs hela plattan eller punktstöd som till exempel pelare eller stolpar.
Enligt KL-trähandboken (Svenskt Trä 2017) är det oftast nedböjning eller svikt i bjälklagen som är dimensionerande för plattans utformning. Vid enklare
överslagsdimensionering kan diagram användas för att avgöra dimensioner på bjälklagen, se Figur 2 som följer (Svenskt Trä 2017).
Figur 2: Bjälklag med spännvidden L och bjälklagstjockleken t är framtagna för ett fritt upplagt bjälklag i klimatklass 1, med karakteristisk nyttiglast på 2,0 kN/m2 och med beaktande av nedböjningskrav L/300 och nedböjning <20 mm samt egenfrekvens> 8 Hz. Egenvikt för undertak och övergolv med totalt 25, 50 och 100
kg/m2 har medräknats. (Svenskt Trä 2017). Publiceras med medgivande av Svenskt Trä.Väggar
Väggskivor av KL-trä har normalt en hög bärförmåga. Väggarna fungerar oftast som upplag åt bjälklagsplattan och tar upp de vertikala laster som kommer från
takkonstruktion och bjälklag. Väggarna är de delarna i konstruktionen som tar upp störst andel av de horisontella laster som verkar mot konstruktionen. Överslagsdimensionering av väggskivor kan utföras och även här används diagram för att välja dimension för väggskivor, se Figur 3.
Figur 3: Ett exempel av dimensionerande centrisk vertikal last för väggskiva av KL-trä med tjockleken 100 mm (Svenskt Trä 2017). Publiceras med medgivande av Svenskt Trä.
Överslagsdimensionering används i ett tidigt skede under projektering, då i senare stadie noggranna uträkningar och dimensioneringar krävs (Svenskt Trä 2017).
2.5 Förband och anslutningar
Förband och anslutningar har som primär uppgift att hålla samman elementen och överföra vertikala och horisontella laster. Anslutningarna får en betydande roll till följd av KL-träets höga styvhet och bärförmåga, och är därmed ofta avgörande för
konstruktionens totala kapacitet. Förbanden delas vanligtvis in i tre kategorier; (i) anslutningar mellan väggskiva-väggskiva eller bjälklagsplatta-bjälklagsplatta, (ii) anslutningar mellan bjälklagsplatta-väggskiva och (iii) anslutningar mellan grund och väggskiva, se Figur 4 (Brandner et al. 2016).
Figur 4: Olika anslutningar i en KL-träkonstruktion (Brandner et al. 2016). Publiceras med medgivande av författaren.
2.5.1 Träskruvar
För att framgångsrikt utforma förband mellan element och andra anslutningar ska förbanden anpassas med avseende på styrka, styvhet och formbarhet. Förbanden kan utformas på många olika sätt. Ett av de vanligaste och mest effektiva alternativen vid infästning av KL-träelement är användning av self-tapping screws (självborrande skruv), förkortas som STS-skruv, se Figur 5. STS-skruven har många fördelar bland annat dess förmåga att ta upp dragkrafter och vridkrafter. Vid montering av KL-element i dagsläget skruvas oftast STS-skruvarna in direkt i materialet, dvs. att skruvarna kan fästas utan att träet måste förborras. I Hossain et al. (2018)framgår att skruvarnas inträngningsvinkel har stor betydelse på dess prestanda. Skruvar som installeras vinkelrätt mot elementet i skjuv-leder ger relativt stora deformationer och förskjutningar i träet innan brott inträffar, dvs. dessa typer av anslutningar ger materialet möjlighet till att forma och röra sig samtidigt som det klarar att ta upp laster i skjuvning. Skruvar som istället är placerade med 45° vinkel mot elementets yta medför vanligtvis styvare leder med mindre förflyttningar i träet. Denna placering är förmånlig då skruvarna utsätts för utdragande krafter. Dessa anslutningar är relativt sköra och bör undvikas i konstruktioner som kan utsättas för rörelse. För att kompensera detta kan vinkelräta och snett inskruvade skruvar kombineras för att ge både styva och flexibla leder (Hossain et al. 2018).
Figur 5: STS-skruv som används vid montering av KL-träelement.
2.5.2 Förborrning
STS-skruvar har förmågan att kunna skruvas direkt in i träet, dvs. ingen förborrning är nödvändig. Enligt Dietsch & Brander (2015) finns det dock ett antal fördelar med att förborra i trä. Om densiteten på träet som ska anslutas är högre än 550 kg/m3 löper träet större risk för sprickbildning om skruv skruvas direkt in i träet utan förborrning. En annan faktor som inverkar på sprickbildning är temperaturen. Om temperaturen understiger noll grader blir materialet mer känsligt. Dietsch & Brandner skriver också att förborrning kan säkerställa mer exakt precision, inträngningsvinkel och placering av skruvarna vid montering, där det kan vara extra utmanande om skruven ska skruvas i vinkel på fri-hand utan förborrning. Senare teknisk forskning har godkänt förborrning, men diametern på hålet får inte överstiga kärndiametern på skruven. Det är att föredra att hålet inte
överstiger 80 % av skruvdiameter. Förborrning kan enkelt utföras med hjälp av Computer Numerical Control (CNC)-maskiner i produktionsfabrik (Dietsch & Brander 2015).
2.5.3 Standardplåtbeslag
Några standardplåtbeslag som vanligen används som förband mellan väggelement och bjälklagsplatta är spikplåtsvinkel, vinkelbeslag och spikplåt. Dessa plåtar är
anpassningsbara och kan framförallt ta upp tvärkrafter och dragkrafter. I KL-elementen fräses spår in där plåtbeslagen ska sitta för att fortfarande behålla skivans jämna yta och underlätta för vidare bearbetning, se Figur 6a. Beslagen mellan väggelementen och grunden kan fästas på olika sätt. Figur 6b visar ett sätt att fästa beslagen mellan
väggelementen och grunden, vilket innebär att VKR-rör fästs som syll och från syllen kan beslag svetsas upp och omsluta elementen på vardera sida (Svenskt Trä 2017).
a) b)
Figur 6: a) Vinkelplåt i anslutning mellan vägg-bjälklag och b) anslutning mellan vägg-grund.
2.5.4 Anslutning bjälklag-vägg
Den vanligaste och enklaste lösningen för att förankra bjälklag i väggar är att använda långa STS-skruvar som fästs från ovanliggande bjälklag vinkelrätt ner i underliggande vägg. Sedan fästs och ansluts ovanstående vägg till bjälklaget med skruv direkt in i väggskivan med vinkel alternativt vinkelbeslag, se Figur 7. Vid skruvning av långa STS- skruvar i vinkel krävs noggrannhet för att åstadkomma rätt montagevinkel och
förankringslängd in i träet. Skruvarna bör placeras så att skruvning i ändträ kan undvikas, se Figur 7. Vinkelbeslagen kan i många fall vara smidigare att montera och starkare i avseende på tvärkraft jämfört med skråskruvning (Svenskt Trä 2017).
Figur 7: Två vanliga typer av anslutningar mellan bjälklag-vägg (Svenskt Trä 2017). Publiceras med medgivande av Svenskt Trä.
2.6 Montering och installation
KL-träelementens utformning och storlek anpassas om möjligt för att underlätta för transporten mellan fabrik och arbetsplats. KL-elementen kan prefabriceras som kompletta väggar och bjälklag eller tillverkas och transporteras som enbart stomme för att på arbetsplats kompletteras med utvändig och invändig beklädnad (Karacabeyli & Gagnon 2019).
Vid montering av KL-träelement är det viktigt att ha en montageplan. I planen ska det tydligt framgå information om elementens egenvikt, beteckning och vilken
montageordning respektive element har. Det ska även framgå hur elementen ska lyftas och stagas under montaget. Montageplanen utformas vanligen i samråd mellan
konstruktörer och KL-trätillverkare i ett projekt, för att därigenom möjliggöra en smidig och anpassningsbar montering (TräGuiden 2017).
Enligt konstruktör på Södra är det önskvärt att montering sker under snöfria förhållanden för att underlätta monteringen och minimera risk för att fukt ska tränga in i materialet.
Vid uppförandet av en KL-träbyggnad monteras först stommen som sedan kompletteras med stomkomplettering, beklädnader och övriga installationer då stommen är färdig och huset står tätt (Södra 2020).
Stomstabiliseringen för byggnaden utgörs primärt av KL-träelementen i form av väggar och bjälklag som förankras med olika anslutningar och förband. Under montageskedet kan träelementen behövas stagas upp med hjälp av temporära snedstag som håller elementen på plats till dess att den permanenta infästningen är klar (TräGuiden 2017).
3 Objektsbeskrivning
Beräkningarna som presenteras i den här rapporten baseras på en fiktiv byggnad vars utformning är tagen från en projektuppgift som genomfördes i kursen 2BY085, VT 2020 (Oscarsson 2020). Byggnaden används som en exempelmodell för att beräkna laster på byggkonstruktionen vid två olika skeden: (1) laster som angriper husets KL-trästomme under monteringsskedet och (2) dimensionerade laster som angriper stommen då byggnaden är färdigställd.
3.1
Beskrivning av byggnaden och förutsättningar
Byggnaden är avsedd att användas som ett bostadshus och ligger placerad i Strängnäs.
Huset förutsätts vara lokaliserad i ett öppet område med terrängtyp 0, vilket motsvarar den mest utsatta terrängtypen ur vindsynpunkt. Bygganden är utformad i två plan med yttermått på 10,96 × 31,11 m. Taket på lokalen består av ett sadeltak med taklutning 27°
och lokalens höjd från betongplattan upp till taknockpannan är 10,23 m. Byggnadens stomme består av en KL-trästomme, det vill säga att bjälklag och väggar är utformade i KL-träelement, se Figur 8.
Figur 8: Sektionsritning på fiktivt hus där våningshöjd, taklutning och totalhöjd presenteras.
3.2 Material: tak, bjälklag och väggar
Byggnadens stomme består av en KL-trästomme, med bjälklag och väggar utformade av KL-träelement i 5 skikt. Ytterväggarna och innerväggarna ska tillsammans bära upp vertikala laster från ovanliggande bjälklag och tak. Ytterväggarna tar också upp horisontella laster och stabiliserar byggnaden mot vindlaster.
Takbjälklaget, mellanbjälklaget och ytterväggens uppbyggnad är taget ur tabell 5.4 och 6.7 från KL-trähandboken (Svenskt Trä 2017). Takkonstruktionen består av yttertak och trätakstolar med centrum-till-centrum (c/c)-avstånd 1200 mm. Allt konstruktionsvirke som används i byggnaden antas ha medeldensiteten på 420 kg/m3 med hållfasthetsklass C24. Densiteten för KL-träskivor antas till 420 kg/m3 och mineralullsisoleringens densitet, dvs. lösullens densitet, är satt till 28 kg/m3. Övrig information gällande densitet, vikt och dimensioner återfinns i Bilaga 1.
3.2.1 Takkonstruktion
Takkonstruktion, se Figur 9, består av
• taktegel
• 25 × 50 mm bärläkt c/c 350 mm
• 25 × 50 mm ströläkt c/c 600 mm
• takpapp
• 22 × 95 mm råspont
• trätakstolar, c/c 1200 mm
• högben 170 × 45 mm
• stödben och syll.
Figur 9: Sektion av takkonstruktion.
3.2.2 Takbjälklag
Takbjälklaget, se Figur 10,består uppifrån av
• 450 mm lösull
• 200 mm KL-träplatta
• ångspärr
• 45 mm isolering + 45 × 45 mm regel
• 2 × 15 mm brandgipsskiva.
Figur 10: Takbjälklagets uppbyggnad.
3.2.3 Mellanbjälklag
Mellanbjälklaget, se Figur 11, består uppifrån av
• 14 mm parkett
• 2 × 13 mm gipsskiva
• 22 mm spånskiva
• uppstolpat golvregelsystem, c/c 600 mm + 260 mm isolering
• 200 mm KL-träplatta
• 13 mm gipsskiva.
Figur 11: Mellanbjälklagets uppbyggnad.
3.2.4 Yttervägg
Ytterväggskonstruktionen, se Figur 12, består av
• 22 mm utvändig panelbräda
• 34 mm stående spikläkt
• vindskydd
• 170 mm mineralullisolering + horisontella reglar 45 × 170 mm, c/c 600 mm
• 170 mm mineralullisolering + vertikala reglar 45 × 170 mm, c/c 600 mm
• ångspärr
• 100 mm KL-träskiva
• 45 mm mineralullisolering + horisontella reglar 45 × 45 mm, c/c 600 mm
• 2 × 13 mm gips.
Figur 12: Ytterväggens uppbyggnad.
3.2.5 Innervägg
Innerväggen, se Figur 13, består av
• 2 × 13 mm gips
• 100 mm KL-träskiva
• 2 × 13 mm gips.
Figur 13: Innerväggens uppbyggnad.
4 Metod
De metoder som valdes och användes i detta arbete var litteraturstudie, teoretiska beräkningar, fältstudie samt ett experiment.
4.1 Litteraturstudie
Vid starten av detta examensarbete gjordes en litteraturstudie som lade grunden till information som användes under arbetets gång.
4.2 Teoretiska beräkningar
Teoretiska beräkningar valdes för att jämföra laster vid monteringsskedet med laster vid färdigställt hus. Beräkningarna är till för att undersöka om det går att reducera antalet skruv under montaget om enbart monteringslastera beaktas. Beräkningar av olika permanenta laster och variabla laster gjordes för att uppnå följande:
1) Överslagsdimensionera husets stomme, dvs. överslagsdimensionering av vägg- och bjälklagselement i KL-trä, för att rita upp ett rimligt fiktivt hus och använda detta som underlag för vidare steg i arbetet.
2) Jämföra laster vid monteringsskedet mot laster vid färdigställt hus för att undersöka om det går att reducera antalet skruv vid montaget om endast monteringslaster beaktas.
3) Beräkna hur många skruvar som fästs vid montaget av bjälklagen på det fiktiva huset för att få en uppfattning om hur mycket tid och arbete som läggs på skruvning under montaget. Denna information kombineras sedan ihop med resultatet som framkommer från experimentet för att beräkna hur mycket skruvtid det går att spara under montaget av det fiktiva huset om bjälklagen är förborrade i frabrik.
4.3 Fältstudie
En fältstudie valdes för att undersöka hur monteringsprocessen av KL-träelement ser ut i praktiken. Studiebesöket förväntades ge en bättre förståelse och inblick av montage av KL-element och möjligen visa vad som skulle kunna vara problematiskt i detta stadium.
4.4 Experiment
Experiment valdes för att testa förborrning som en potentiell lösning och för att undersöka om detta skulle kunna resultera i en reducering av skruv- eller montagetid.
Resultatet som framkom användes för att konstatera om det är fördelaktigt att förborra KL-träelement vid produktionsskedet innan montage.
5 Genomförande
5.1 Litteraturstudie
Ett flertal vetenskapliga artiklar undersöktes och olika handböcker lästes igenom. KL- trähandboken från Svenskt Trä är den huvudinformationskälla som använts under arbetet.
Härifrån, tillsammans med fältstudien, togs information fram om vilka anslutningar som används i dagens produktion av KL-trä samt generell information om KL-trä (Svenskt Trä 2017).
5.2 Teoretiska beräkningar
5.2.1 Laster
Lasterna som är aktuella och beaktades i beräkningarna i detta examensarbete var snölaster, vindlaster, nyttiga laster och egenvikter. Lasterna beräknades enligt Eurokod 0- grundläggande dimensioneringsregler för bärverk och Eurokod 1-laster på bärverk.
Genomförandet av alla lastberäkningar kan följas i Bilaga 1, där de olika lastberäkningarna återfinns i följande kapitel:
- Egenvikter: Kapitel 1
- Snölaster: Kapitel 3.1.1 resp. 3.2.1 - Vindlaster: Kapitel 3.1.2 resp. 3.2.2 - Nyttiga laster: Kapitel 3.1.3 resp. 3.2.3.
5.2.2 Laster vid färdigställd byggnad
Det första som gjordes var att identifiera vilka vertikala och horisontella laster som verkade på byggnaden då huset stod klart. De dimensionerande lasterna som angrep byggnaden var snölaster, vindlaster, nyttiga laster, och egenvikter för hela
konstruktionen. Lastberäkningarna presenteras i Bilaga 1 i följande ordning:
- Egenvikter: Kapitel 1.1 - Snölaster: Kapitel 3.1.1 - Vindlaster: Kapitel 3.1.2 - Nyttiga laster: Kapitel 3.1.3.
5.2.3 Laster vid monteringsskedet
Beräkningar gjordes på laster som påverkar byggnaden under monteringsskedet. Här har ett antal antaganden gjort gällande vilka laster som inkluderades i beräkningarna.
Vindlasten beräknades med samma karakteristiska vindtryck och varaktighet som för färdigt dimensionerat hus. Snölasterna sattes till 0, dvs ingen snölast, då ett antagande gjordes att montering inte sker vid snöförhållanden. Egenvikterna reducerades till enbart stommaterialets tyngder, då beklädnader av huset utförs först efter att stommen är helt färdiguppställd. Den nyttiga lasten som påverkar stommen vid montering sattes till 2,0 kN/m2 och innefattar arbetslaster samt byggmaterial som ligger på våningsplanen.
Lastberäkningarna går att följa i Bilaga 1 i följande ordning:
• Egenvikter av enbart stomme: Kapitel 1.2
• Snölaster: Kapitel 3.2.1
• Vindlaster: Kapitel 3.2.2
• Arbetslaster: Kapitel 3.2.3.
5.2.4 Överslagsdimensionering av KL-stomme
I överslagsberäkningen användes de laster som var mest ogynnsamma för konstruktionen, dvs. den kombinationen av de laster som gav störst belastning för respektive bärverk. Den största lasten för bjälklagen och väggarna jämfördes sedan med Figur 2 och Figur 3 i kapitel 2.4, vilka visar kapacitet för KL-element av olika dimensioner. Genomförandet redovisas i kapitel 4 i Bilaga 1.
5.2.5 Infästning av bjälklag-vägg och antal skruv
För att beräkna antalet skruv som fäst i bjälklaget in i väggelement, gjordes ett antagande att varje skruv har c/c avstånd 300 mm. Detta avståndanvändes vid skruvning av
bjälklagen på projektet kvarteret Agronomen, GBJ, som besöktes under fältstudien.
Eftersom det fiktiva huset ansågs uppföras under liknande förutsättningar som byggnaderna vid Kv. Agronomen användes då samma c/c-avstånd vid beräkningar.
Terrängtypen, vindhastigheten och även våningshöjderna vid Kv. Agronomen stämmer överens med det fiktiva hus som användes i det här arbetet. Bjälklaget i det fiktiva huset är uppdelat i 20 stycken bjälklagsplattor som sammanfogas av STS-skruvar, se Bilaga 2.
Anslutningen som undersöktes är en vanligt förekommande infästning mellan bjälklag och vägg. Anslutningen skruvas med STS-skruv från ovansida bjälklag ner till ovankant vägg, se Figur 14. Dessa skruvar kan uppskattas till dubbla bjälklagstjockleken. Där skruvarna fästs kommer sedan ovanstående vägg ovanpå skruvarna. Ovanstående vägg ansluts i golvbjälklaget med hjälp av en vinkelplåt.
Figur 14: Anslutning mellan bjälklag och väggelement med STS-skruv och vinkelplåt som undersöktes under arbetsgången.
5.3 Fältstudie
Fältstudien genomfördes den 15 april 2020 hos byggfirman GBJ vid Kv. Agronomen som ligger jämte Linnéuniversitetet i Växjö. Vid besöket gavs en guidad rundvandring med arbetsledare från GBJ som visade hur de genomförde montering av en KL-trästomme.
5.4 Experiment
Experiment genomfördes 20 maj 2020 vid Linnéuniversitetet i Växjö. Experimentet går ut på att jämföra tidsåtgången för skruvning med eller utan förborrning. Testet görs med två stycken olika typer av skruv, som enligt återförsäljaren är de två vanligaste skruvarna som används i dagsläget vid montering av KL-element. Första testet genomfördes med 24 stycken skruv av modell VGZ 9 × 240 mm, där 12 stycken av skruvarna fästes in i
förborrade hål, av diameter 6 mm, och resterande 12 skruvades direkt in i KL-skivan.
Andra testet gjordes på identiskt vis som första testet, men här användes skruv av typen SNK 8 × 240 mm.
5.4.1 Material och verktyg
Material och verktyg som användes i experimentet var följande:
• Skruvdragare, modell av SFS intec BO1055, se Figur 15b
• Vertikal borrmaskin, se Figur 15a
• Skruv VGZ 9 × 240 mm från Rothoblaas, se figur 16a
• Skruv SNK 8 × 240 mm från Holz Technic, se figur 16b
• Bjälklag KL-trä som består av 5-skikt av C24 lameller, tjocklek 140 mm
• Vägg KL-trä som består av 3 skikt C24 lameller, tjocklek 80 mm
• Borr 6 mm
• Tumstock
• Tidtagarur.
a) b)
Figur 15: a) Borrmaskin som används för förborrning, b) skruvdragare som användes för skruvning.
a) b)
Figur 16: a) VGZ 9 × 240 mm, Rothoblaas, b) SNK 8 × 240 mm, Holz Technic.
Figur 12: SNK 8x240, Holz Technic
5.4.2 Testuppställning
Experimentet gick ut på att jämföra tidsåtgången då två olika montageskruvar skruvas i ett förborrat bjälklag kontra icke förborrat bjälklag. Uppställningen utformades för att efterlikna en anslutning mellan bjälklagsplatta-väggelement i en KL-trästomme.
Bjälklagsplattan bestod av en 5-skikts KL-träskiva med tjocklek 140 mm och
väggelementen med KL-träskivor i 3-skikt med tjocklek 80 mm. Två väggskivor ställdes upp jämte varandra för att skapa större skruvyta, men då elementen inte fästes ihop mer än med hjälp av snabbtvingar kan elementen ses som fristående och tjockleken räknades fortfarande som 80 mm, se Figur 17a och b. Skruven från ovanliggande bjälklag fästes i centrum av det mellersta skiktet i understående väggelement.
a) b)
Figur 17: a-b) Testuppställning.
5.4.3 Test 1
Test 1 genomfördes med 24 styck skruv av typen VGZ 9 × 240 mm, som delades upp i två delar.
Test 1.1: Förborrat, Skruvtyp VGZ 9 × 240 mm:
Först förborrades 12 styck hål med diameter 6 mm där hälften av de 24 skruven fästes.
Skruvarna placerades med c/c-avstånd på 50 mm rakt ovanför centrum på den stående KL-skivan som föreställer väggelementet. Från att första skruven började skruvas startades en tidtagare som klockade tiden det tog att skruva ner alla 12 skruv. Tiden det tog för all skruv att fästas fast kallades för totaltid. Totaltiden i den första delen av testet tog hänsyn till själva infästningen av all skruv, men utmätningen av hålen var redan på plats då detta test skulle simulera en bjälklagsskiva som kommer med förborrade hål från fabrik. Samtidigt startades en annan tidtagare som tog tiden för hur lång tid det tog att skruva varje enskild skruv. Denna tid kallades effektiv skruvtid. Resultaten
sammanställdes i en tabell som kan läsas i resultatkapitel 6.3.1.
Test 1.2: Ej förborrat, Skruvtyp VGZ 9 × 240 mm:
Test 1.2 gjordes med resterande 12 skruv. Likadana VGZ 9 × 240 mm skruv användes här. Test 1.2 gjordes utan förborrade hål, det vill säga skruven fästes direkt in i
bjälklagsplattan. Skruvarna placerades och fästes in på precis samma vis som i test 1.1.
Här var dock inga mått gjorda sedan tidigare, utan när testet påbörjades sattes måtten ut och skruven fästes därefter in på önskade positioner. Detta gjordes för att simulera arbetsgången och för att försöka efterlikna arbetsmomenten ute på arbetsplats då bjälklagen inte är förborrade. Uppställningen gjordes på samma sätt som i test 1.1, dvs.
effektiv skruvtid klockades på samma vis. Skillnaden var totaltiden som påbörjades när utsättning av mått gjordes. Resultaten sammanställdes och jämfördes med resultaten ifrån test 1.1 se resultatkapitel 6.3.1.
5.4.4 Test 2
Test 2 genomfördes med 24 styck skruv av typen SNK 8 × 240 mm, som delades upp i två delar.
Test 2.1: Förborrat, Skruvtyp SNK 8 × 240 mm:
Test 2.1 utfördes precis som test 1.1, se beskrivning ovan. Skillnaden mellan de olika testen var skruvtypen. I test 2.1 användes 12 styck SNK 8 × 240 mm skruv. Resultaten redovisas i tabell under resultatkapitel 6.3.2.
Test 2.2: Ej förborrat, Skruvtyp SNK 8 × 240 mm:
Test 2.2 genomfördes enligt beskrivning i test 1.2. I denna del av testet användes 12 styck skruv av typen SNK 8 × 240 mm. Resultatet jämförs i tabell i resultatkapitel 6.3.2.
5.4.5 Kvalitetsmätning
Vid varje skruvning ritades ett rutnät ut på bjälklaget och på ovansidan av väggelement.
Rutnäten matchades ihop för att kunna visa var skruven fästes i bjälklaget och var skruven gick ner i väggelementet. Önskvärt var att skruven gick rakt ner i 90° i bjälklagsskivan och därmed träffar väggelementet på exakta utmätta punkter. När all skruvning genomförts lossades all skruv och bjälklaget särades ifrån väggelementen. Här kunde då skruvhål ses och jämförelse kunde göras med hjälp av de utritade rutnäten som gjordes innan inskruvning. Med hjälp av jämförelsen kunde bedömning göras om
förborrning ger ett säkrare resultat och mer exakt skruvning än vad skruvning som sker på fri hand gör. Resultat redovisas i resultatkapitel 6.5.3.
6 Resultat
6.1 Beräkningar av laster
Beräkningarna av lasterna resulterade i följande värden:
Laster för färdigställd byggnad:
• Egenvikter tak = 0,63 kN/m (last längs med husets långsida).
• Egenvikter vägg = 6,385 kN/m (last längs med husets ytterväggar).
• Egenvikter mellanbjälklag = 1,757 kN/m2
• Egenvikter takbjälklag = 1,431 kN/m2
• Snölast: S1 = 1,6 kN/m2, S4 = 1,936 kN/m2
• Karakteristiskt vindtryck = 0,923 kN/m2
• Nyttig last = 2,0 kN/m2. Laster vid monteringsskedet:
• Egenvikter tak = 0,168 kN/m (last längs med husets långsida).
• Egenvikter vägg = 3,124 kN/m (last längs med husets ytterväggar).
• Egenvikter bjälklag = 0,982 kN/m2
• Karakteristiskt vindtryck = 0,923 kN/m2
• Arbetslaster = 2,0 kN/m2.
Detaljerade beräkningar för olika vindzoner, laster och lastfall återfinns i Bilaga 1.
6.2 Jämförelser av laster
I Tabell 1 nedan jämförs beräknade egenvikter under montageskedet med beräknade egenvikter för färdigställd byggnad. Resultatet visar att takkonstruktionens egenvikt under montaget utgör endast 27 % av den totala vikten när byggnaden står klar.
Väggarnas egenvikt under montaget utgör 49 % av totalvikten. Mellanbjälklaget samt takbjälklagets egenvikter under montaget utgör 56 % respektive 69 % av den totala vikten, dvs. då bjälklagen är helt färdigställda.
Tabell 1: Summering av egenvikter under montaget och för färdig byggnad.
Byggdel
Egenvikter Andel
montagelaster i förhållande till laster för färdig byggnad (%) Färdig byggnad Montage
Tak (last längs med
husets långsida) 0,63 kN/m 0,168 kN/m 27 %
Vägg (last längs med
husets ytterväggar) 6,385 kN/m 3,124 kN/m 49 %
Mellanbjälklag 1,757 kN/m2 0,982 kN/m2 56 %
Takbjälklag 1,431 kN/m2 0,982 kN/m2 69 %
Tabell 2 visar en jämförelse av de variabla lasterna som angriper den fiktiva byggnaden under monteringsskedet respektive färdigställt skede.
Tabell 2: Summering variabla laster under montaget och för färdig byggnad.
Lasttyp Variabla laster [kN/m2]
Färdig byggnad Montage
Snölaster
S1=1.6 S1=0
S4=1,936 S4=0
Karakteristiskt vindtryck 0,923 0,923
Nyttiga laster 2.0 2.0
6.3 Infästning av bjälklag, väggar och antal skruv
Överslagsdimensioneringen visade att bjälklag med tjockleken 200 mm och väggar med tjockleken 100 mm klarade av att ta upp de laster som verkar på huset. Med dessa mått och dimensioner med c/c-avstånd 300 mm, vilket är samma avstånd som GBJ använder vid Kv. Agronomen, uppskattas det att behövas 270 st VGZ 9 × 400 mm skruvar för att förankra bjälklaget till ytterväggarna och 202 st VGZ 9 × 400 mm skruv för att fästa bjälklaget till den bärande innerväggen. Det behövs också skruvas 306 st VGZ 9 × 180 mm skruv för att fästa ihop de halvöverlappande bjälklagen, som är 200 mm tjocka, med varandra, men tiden det tar för dessa att skruvas in kan inte preciseras och lämnas därför utanför beräkningarna. För att noggrannare inspektera placering av skruvar kan mått hittas i Bilaga 2.
6.4 Fältstudie
Fältstudien gav viktig information gällande montage- och anslutningsmetoder. I montaget av KL-trästommen skruvades flera hundra-tals skruv för att ansluta bjälklagsplattorna med väggelementen. Montörerna lägger där av mycket tid och energi på att skruva i alla dessa stora STS-skruvar och enligt arbetsledaren på plats skruvas uppskattningsvis 30 VGZ-skruv i timmen då skruven har dimensionen 9 × 400 mm. Under besöket blev det också tydligt att den största delen av de skruvar som fästs mellan bjälklag och väggar inte går att komma åt i efterhand när nästa väggelement kommer på plats. Detta medför att det inte går att reducera antalet skruvar i de mest tidkrävande anslutningarna, vilket gav upphov till en diskussion med arbetsledare på plats och båda parter anser att
undersökning av förborrning hade varit intressant.
6.5 Experiment
Resultatet redovisas i tabellform, se Tabell 3 och Tabell 4, där samtliga mätdata från testerna presenteras. I tabellerna redovisas effektiv skruv-tid för varje enskild skruv för samtliga fyra deltester. Tabellerna redovisar också totaltid för ett test (12 skruv), dvs. den tid det tar från att första skruv påbörjas till dess att sista skruv är nerskruvad. Med hjälp av mätdata beräknades snitt-tider och procentuella skillnader mellan de olika testen.
6.5.1 Test 1
För test 1.1 (förborrat), kan skruvtiden för att skruva ner skruven helt genom bjälklag och vägg ses i den vänstra kolumnen i Tabell 3. Den effektiva skruvtiden för förborrade hål blev ca 68 sekunder och den genomsnittliga tiden för att skruva i en skruv blev 5,61 sekunder. Totaltiden det tog att skruva ner alla skruvar blev ca 2 minuter och 31 sekunder.
Test 1.2 (icke förborrat) visade en tydlig tidsskillnad mellan förborrat och icke förborrat.
Den effektiva skruvtiden för de icke förborrade skruven blev ca 94 sekunder, med en genomsnittlig skruvtid för en skruv på ca 8,33 sekunder och den totala testtiden blev ca 3
minuter och 58 sekunder. Första testet visar en genomsnittlig procentuell tidsskillnad mellan förborrat och icke förborrat. Skruv i förborrade hål skruvades in ca 33 % snabbare per skruv jämfört med skruv som skruvades in i träet utan förborrade hål. Den totala tidsskillnaden för att skruva in 12 skruvar blev här ungefär 1 minut och 27 sekunder. I denna skillnad räknas skruvtiden in och tiden det tar att mäta ut alla skruvar för skivan utan förborrade hål. Procentuellt blir tidsskillnaden för färdigt resultat ca 37 %.
Resultaten för test 1 visas i Tabell 3.
Tabell 3: Resultat test 1.
Test 1
Förborrat 6mm, Test 1.1
Ej förborrat, Test 1.2
VGZ 9x240 VGZ 9x240
Skruv (nr) Tid (sek) Tid (sek)
1 5,68 7,71
2 5,45 7,58
3 5,72 9,12
4 5,58 9,5
5 5,58 9,06
6 5,85 6,28
7 6,38 8,73
8 6,26 6,45
9 5,76 6,58
10 5,25 7,33
11 5,4 8,45
12 5,26 6,92
Summa effektiv skruvtid (sek) 68,17 93,71
Genomsnittlig tid per skruv (sek) 5,61 8,33
Genomsnittlig procentuell
tidvinning per skruv 33 %
Total test-tid 2 min 31 sek 3 min 58 sek
Genomsnittlig procentuell
tidvinning på total test-tid 37 %
* Total test-tid: Total tid att skruva alla 12 skruvar i respektive test.
6.5.2 Test 2
För test 2.1 (förborrat), blev summan av den effektiva skruvtiden ca 63 sekunder och den genomsnittliga skruvtiden blev ungefär 5,22 sekunder. Total test-tid för test 2.1 blev 2 minuter och 3 sekunder.
För test 2.2 (icke förborrat) blev den genomsnittliga tiden för skruvarna att fästas ca 6,6 sekunder per skruv. Summan av effektiv skruvtid blev ungefär 79 sekunder. Den totala testtiden för test 2.2 blev 3 minuter och 56 sekunder.
Den procentuella tidsskillnaden mellan förborrat och icke förborrat i test 2 blev 48 %.
Alla resultaten för test 2 kan läsas i Tabell 4.
Tabell 4: Resultat test 2.
Test 2
Förborrat 6mm, Test 2.1
Ej förborrat, Test 2.2 SNK 8 × 240 SNK 8 × 240
Skruv (nr) Tid (sek) Tid (sek)
1 5,73 6,66
2 5,76 6,21
3 5,22 6,06
4 5,1 7,68
5 5,18 6,33
6 5,48 7,19
7 5,14 6,28
8 5,02 6,22
9 5,06 6,65
10 5,48 6,95
11 4,86 6,76
12 4,93 6,43
Summa effektiv skruvtid (sek) 62,96 79,42
Genomsnittlig tid per skruv (sek) 5,22 6,5975
Genomsnittlig procentuell
tidvinning per skruv 21 %
Total test-tid 2 min 3 sek 3 min 56 sek
Genomsnittlig procentuell
tidvinning på total test-tid 48 %
* Total test-tid: Total tid att skruva alla 12 skruvar i respektive test.
6.5.3 Kvalitetsmätning
Det som gick att se var att skruvning som skett i förborrade hål hade en större träffsäkerhet på de önskade infästningsmärken jämfört med skruvar som gjorts på fri hand, se Figur 18a och b.
a) b)
Figur 18: a) Träffsäkerhet skruvar, förborrat, och b) träffsäkerhet skruvar, inte förborrat.
6.6 Utvärdering av tidseffektivitet baserat på beräkningarna och experimentet Den skruvning som sker på arbetsplats är av skruvtypen VGZ och är inte gjord med några förborrade hål. Därför antas förbättring enligt resultat som framkom från test 1 kunna
appliceras på denna skruvtid. Det vill säga med förborrning hade möjligtvis skruvning kunnat ske 37 % snabbare. Med dessa värden räknas tidsåtgången fram för skruvningen som sker på bjälklagen i det framtagna fiktiva huset till:
Tid för icke förborrat bjälklag:
• 472 st 400 mm skruv
• 30 st skruv/ timme
• Total skruvtid: ca 16 timmar.
Tid förborrat bjälklag (37 % snabbare):
• 472 st 400 mm skruv
• 47 st skruv/ timme
• Total skruvtid: ca 10 timmar.
Det går alltså att anta en förbättring av skruvtiden på ca 6 timmar för varje
våningsbjälklag som förankras i väggelement. I denna tid exkluderas tidsåtgången för skruven med längd 180 mm.
7 Analys
7.1 Potential för att minska fästdon under montering
Beräkningarna som utfördes i arbetet visade vissa skillnader mellan monteringslaster och laster som verkar på färdigställt hus. Det som tydligt framkom var stora vertikala
lastskillnader men inte speciellt stora skillnader på de horisontella lasterna i de olika skedena av byggnationen.
Den anslutning mellan bjälklag-vägg som undersöktes i arbetet innehåller stora STS- skruvar och mindre vinkelbeslag (Svenskt Trä 2017). Förbandens primära uppgift är att ta upp och överföra vertikala och horisontella krafter (Brandner et al. 2016). De stora STS- skruvar som fästs i denna anslutning tar framförallt upp den horisontella lasten, se Figur 19, det vill säga vindlasten som angriper husets väggar. Skruvarna i vinkelbeslagen tar upp både laster horisontellt och vertikalt. Dessa beslag är dock små och få, därför kräver dessa inte speciellt mycket tid för att fästas. Däremot skruvas väldigt många stora STS- skruvar genom bjälklag ner till väggelement under ett montage, vilket är tidskrävande.
Figur 19: Schematisk bild av hur laster angriper anslutning mellan bjälklag och vägg.
Informationen som framkom under besöket hos GBJ gav stor inblick hur arbetet med KL- trä går till i verkligheten. Vid fältstudien kunde anslutningar mellan bjälklag och
väggelement granskas noggrant. Under besöket gick det tydligt att se hur
skruvanslutningar döljs av väggelement som kommer ovanpå bjälklaget vilket går att tyda i Figur 19. Detta medför att skruvning av de stora STS-skruvarna mellan bjälklag och vägg inte kan genomföras i efterhand när ovanstående väggelement står på plats. Däremot går det att komma åt skruvarna i vinkelbeslagen vid senare tillfälle. Detta betyder att det potentiellt hade gått att reducera dessa skruvar. Dock är dessa skruvar betydligt mycket mindre, färre och går snabbare att fästa fast än de stora STS-skruvarna som fäster ihop bjälklagen med väggelementen, vilket innebär att den största tidsvinningen fås av att effektivisera infästning av STS-skruv och inte infästning av vinkelplåtarna.
Det sammanvägda resultatet från lastberäkningar och studiebesök resulterade i att en reducering av skruv i monteringsskedet förmodligen inte kommer vara effektivt och därför valdes istället att påbörja undersökning om förborrning hade varit ett bättre och effektivare alternativ för att spara tid under monteringen.
Skruvberäkningen för antal skruv som går åt för bjälklagen i det fiktiva huset baserades i första hand på en jämförelse med byggnaden som undersöktes vid fältstudien. Då husen har likande förutsättning med avseende på vind, terräng och våningshöjder ansågs detta antagande vara rimligt. För att få ett mer exakt resultat bör detaljerade beräkningar genomföras specifikt för det fiktiva huset.
7.2 Utvärdering av tidseffektivitet för förborring
Experimentet som genomfördes vid Linnéuniversitetet gjordes för att efterlikna en möjlig förborrning i fabrik. Experimentet visade tydliga tider skillnader mellan infästning av förborrade och icke förborrade KL-träbjälklag. Innan experiment genomfördes hade antaganden gjorts att förborrning skulle reducera den effektiva skruvtiden. Detta bekräftades under testerna, då tidsförbättringen uppgick till 30–50% för förborrning.
Testet visade att den effektiva skruvtiden är en av anledningarna till tidsförbättringen.
Något annat som kan ses som en stor förbättring är att med förborring hade exakta hål och utmätningar gjorts redan innan montage, vilket hade reducerat tiden det tar att mäta ut och sikta in all skruv ute på arbetsplats. Detta innebär att ett antal moment för montören i monteringsskedet hade kunnat elimineras.
Förborrningen gjordes med en pelarborrmaskin där KL-skivan lades upp och försöktes hållas i 90° vinkel mot borret, men ett hundraprocentigt resultat blir det förmodligen inte då viss vridning av plattan uppkom vid borrningstillfället. Borrning som sker i fabrik kommer sannolikt ge ett bättre resultat och större säkerställning av att borr går 90° in i skivan. Detta medför att skruven som fästs i borrhål med exakt 90° sannolikt kommer att hålla en högre träffsäkerhet och kvalitét, som Dietsch & Brandner tar upp i sin rapport (Dietsch & Brandner 2015). Infästning av skruv som gjordes genomfördes så snabbt som möjligt, vilket kan ha lett till en viss uttröttning hos testperson, vilket i sin tur kan ha påverkat resultatet.
Som Hossain et al. (2018) skriver har skruvarnas inträngningsvinkel stor inverkan på dess prestanda. Inträngningsvinkeln hade enklare kunnat säkerställas om elementen var förborrade. Experimentet visade tydligt att förborrning gav en bättre kvalité och säkerställde inträngningsvinkeln på skruven. Detta stämmer även överens med vad Dietsch & Brandner (2015) säger. I ett montage av en KL-trästomme förekommer i många fall skråskruvning, dvs. skruvning i vinkel, och i dessa fallen är det extra svårt för montören att säkerställa att skruven skruvas i exakt rätt vinkel.
Sammanfattningsvis kan resultatet från experimentet påvisa att förborrning hade kunnat resultera i att skruvtiden minskas och att kvalitén förbättras.
8 Förslag
Förslaget som tagits fram är att förborra KL-element i fabrik och motiveras enligt följande:
• Tidsbesparande vid montage
• Mindre mätning av varje skruv ute på arbetsplats
• Exakta positioner på skruv som garanterar rätt montagevinkel
• Kvalitetsförsäkran att montage görs mot exakta beräkningar och ritningar.
Fler fördelar kan möjligtvis finnas med förslaget, vilka kan till exempel vara att
maskinslitage minskar, sprickor i träet kan undvikas och minskad fysisk ansträngning för montör som fäster skruv. Men, förlaget av KL-träskivor som beställs med förborrning kan kräva mer bearbetning vilket kan leda till längre leveranstider och dyrare
inköpskostnader. Dessa har inte undersökts i denna rapport och skulle kunna undersökas vidare för att bekräftas.
