Hur valet av stommaterial påverkar en enplans hallbyggnad med
lagerverksamhet
- En parameterstudie avseende en stål- och en träkonstruktion
__________________________________________________
- How the choice of backing material affects a single-storey hall building with warehouse operations
- A parameter study regarding a steel- and a woodconstruction
__________________________________________________
Andreas Sandin Landberg
Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Högskoleingenjörsprogrammet i Byggteknik 22,5 hp
Carina Rehnström & Malin Olin Examinator: Asaad Almssad Vt-19
Förord
Det här examensarbetet omfattar 22,5 högskolepoäng och utfördes som ett examinerande moment i den treåriga byggingenjörsutbildningen vid Karlstads universitet och är resultatet av ett samarbete med Sweco Structures AB i Karlstad.
Intresset för träkonstruktion och träbyggandets utveckling under senare år låg till grund för idén som inspirerades av en studieresa till Norge tillsammans med universitetet och
föreningen Hållbart byggande i Värmland där beställare, förvaltare och entreprenörer visade upp olika byggnader i trä som befann sig i både bruks- som produktionsskedet. I dessa byggnader hade trä som stommaterial visat sig vara ett fördelaktigt alternativ utifrån både ekonomi, klimatpåverkan och utförandetid mm. och byggnaderna presenterade nytänkande konstruktionstekniska lösningar för att uppnå de funktionskrav som byggnaderna omfattades av.
Det här arbetet är inte representativt för branschen eller alla typer av hallbyggnader för den delen. Andra förutsättningar såsom markförhållanden, spännvidder, leverantörer, geografisk placering och mycket annat kan spela stor roll för resultatet och en jämförelseanalys av stommaterialet måste utföras i varje enskilt fall utifrån projektspecifika parametrar.
Alla figurer är godkända att använda enligt upphovsrättsinnehavaren.
Sammanfattning
De senaste siffrorna från Boverkets klimatindikatorer visade att byggbranschen, år 2016, stod för ett utsläpp av 21 Mton CO2e (koldioxidekvivalenter). Det motsvarade 18 % av de totala nationella utsläppen. I mätningar ett par år tidigare (2012) framgick att privata lokaler utgjorde 20 % av Sveriges totala bygginvesteringar vilket var i samma storleksordning som investeringarna i flerbostadshus. Ett stort fokus har de senaste åren legat på att effektivisera flerbostadshusens produktions- och bruksskede medan marknaden för hallbyggnader fortfarande domineras (ca 80 % marknadsandel) av klimatbelastande stålstommar och stora mängder mineralull utan att få ett liknande fokus.
I en förstudie som baserades på intervjuer och en enkät riktade till branschkontakter med erfarenheter av uppförda hallbyggnader framgick att beställare och entreprenörer upplevde svårigheter att dels uppfylla BBR:s krav på ljud, brand och fukt mm. med en träkonstruktion men även svårigheter att motivera trä som stommaterial ekonomiskt. Förstudien visade även på att beställare och entreprenörer viktar kostnadsrelaterade parametrar primärt och
klimatrelaterade parametrar sekundärt.
Med utgångspunkt i att använda mindre klimatbelastande material i byggprocessen syftar studien dels till att utreda om och hur trä kan konkurrera med stål som stommaterial vid nyproduktion av en enplans hallbyggnad med lagerverksamhet samt att ge en helhetsbild av hur ett byte från en stålstomme till en trästomme kan påverka byggnaden med
systemgränserna satta på utsidan av klimatskalet inkl. grundkonstruktionen. Till följd det ökande intresset av KL-trä (korslaminerat trä) som stommaterial syftar studien även till att utreda vilka effekter ett inslag av KL-trä i stomkonstruktionen kan ha och hur materialet lämpligast kan implementeras.
Med utgångspunkt i ett reellt referensobjekt, som utgjordes av en enplans hallbyggnad om 1008 m2 med lagerverksamhet och en lätt stomme av stål, utfördes i studien en jämförelse mot en fiktiv byggnad med trästomme som hade samma konstruktionsförutsättningar men där referensobjektets fribärande högprofilsplåt i takkonstruktionen ersattes med element av KL- trä i jämförelseobjektet. Jämförelseobjektet modellerades, dimensionerades och ritningar projekterades enligt rådande normer. Byggnadernas ingående material mängdades och offerter erhölls från olika leverantörer. Byggnaderna bröts ner i sina beståndsdelar där varje enskilt materials klimatpåverkan analyserades med leverantörsspecifika EPD:er (environmental product declaration).
De parametrar som jämfördes var fukt, stadga, beständighet, bärighet, egentyngd, utförandetid, klimatpåverkan, tidskonstant, brand, försäkringsbolagens inställning, projekterbarhet, transporter & fria spännvidder samt olika kostnadsposter.
De två byggnaderna jämfördes under en kalkylperiod om 50 år och hänsyn togs till produktionsskedet, bruksskedet och återvinningsskedet men där energianvändning i bruksskedet avgränsades bort.
Resultatet visade att trä som stommaterial minskade klimatpåverkan från stommen med 40 432 kgCO2e (85 %) vilket motsvarade 27 % av hela byggnadens utsläpp. Resultatet visade
även på att jämförelseobjektet kunde uppföras 15 dagar (36 %) snabbare än referensobjektet samt att arbetstiden kunde minskas med 725 timmar. Trästommen var även att föredra avseende beständighet, brand, energihushållning och totala kostnader.
Resultatet visade att ett byte från högprofilsplåt till KL-trä i takkonstruktionen ökade byggnadens egentyngd och kostnader avsevärt men också att träets massa förbättrade byggnadens energihushållning och minskade dess klimatpåverkan.
Resultatet visade att stål som stommaterial medförde en lägre egenvikt för referensobjektet med 22,4 ton (34 %) exkl. grundkonstruktionen och var mycket enklare att projektera.
Stålstommen renderade även avsevärt lägre kostnader för försäkring 161 850 kr (21 %) och projektering 235 000 kr (65 %).
Analysen visade att grundkonstruktionen medförde en så pass stor klimatbelastning för bägge byggnaderna att klimatbelastningen från stommaterialet blev sekundärt. Analysen visade även att mängden klimatbelastande mineralull kunde minskas med 10 % i takkonstruktionen till följd av KL-träts låga värmeledningsförmåga. Vidare visade analysen att stålstommens klimatbelastning främst skedde i byggnadens produktionsskede medan trästommens klimatbelastning främst skedde i byggnadens slutskede.
Analysen visade slutligen att jämförelseobjektet, under sin livscykel, medförde såväl en minskad klimatpåverkan per investerad krona om 9 kgCO2e/Tkr (24,9 %) relativt
referensobjektet som en minskad klimatpåverkan per kvadratmeter om 40,2 kgCO2e/m2 (27,3
%) och lägre kostnader om 0,09 Tkr/m2 (2,2 %).
Studiens slutsatser är att det varken är svårare att uppnå kraven i BBR som ställs på en enplans hallbyggnad med lagerverksamhet med en trästomme eller att det medför högre kostnader. Slutligen så hade trä som stommaterial varit att föredra för det studerade objektet.
Nyckelord: KL-trä, trästomme, hallbyggnad, klimatpåverkan, livscykelkostnad
Abstract
The latest figures from Boverket's climate indicators showed that the construction industry, in 2016, accounted for 21 Mton CO2e (carbon dioxide equivalents). This represented 18% of the total national emissions. In measurements a few years earlier (2012), it appeared that private premises accounted for 20% of Sweden's total construction investments, which was in the same order of magnitude as the investments in multi-dwelling buildings. In recent years, a major focus has been on streamlining the production and use phase of multi-dwelling
buildings, while the market for hall buildings is still dominated (about 80% market share) of climate-impacting steel frames and large amounts of mineral wool.
In a preliminary study based on interviews and a questionnaire aimed at industry contacts with experience of erected hall buildings, it appeared that clients and entrepreneurs
experienced difficulties partly fulfilling BBR's demands for sound, fire and moisture with a wooden construction, but also difficulties in justifying wood as frame material economically.
The preliminary study also showed that clients and contractors weighted cost-related parameters primarily and climate-related parameters secondary.
Based on the use of less climate-impacting materials in the construction process, the study aimed at investigating whether and how wood could compete with steel as frame material in the new production of a single-storey hall building with warehouse operations and to provide an overall picture of how a change from a steel frame to a wooden frame could affect the building with the system boundaries set on the outside of the climate shell incl. the buildings foundation. As a result of the increasing interest in KL-wood (cross-laminated wood) as backing material, the study also aimed to investigate what effects an element of KL-wood could have in the frame construction and how the material could be implemented most appropriately.
Based on a real reference object, which consisted of a single-storey hall building of 1008 m2 with warehouse operations and a lightweight steel frame, a comparison was made in the study with a fictitious building with wooden frames which had the same design conditions but where the reference object's cantilevered high-profile plate in the roof construction was replaced by elements of KL wood in the comparison object. The comparison building was modeled, designed and laid out in drawing according to prevailing standards. The building materials priceoffers were obtained from various suppliers. The buildings were broken down into their constituents, where the climate impact of each individual material was analyzed with supplier-specific EPDs (environmental product declaration).
The parameters that were compared were humidity, stability, durability, bearing capacity, self-weight, building- and performancetime, climate impact, time constant, fire, insurance companies' attitude, projectability, transport & free ranges and costs.
The two buildings were compared during a calculation period of 50 years and took into
account the production stage, the use stage and the recovery stage of limited energy use in the use stage.
The result showed that wood as backing material reduced the climate impact from the body
with 40 432 kgCO2e (85%), which corresponded to 27% of the entire building's emissions.
The result also showed that the comparison object could be built 15 days (36%) faster than the reference object and that the performance time could be reduced by 725 hours. The wooden frame was also preferable for durability, fire, energy conservation and total costs.
The result showed that a change from high-profile steelplate to KL-wood in the roof construction increased the building's self-weight and costs considerably, but also that the wood's mass improved the building's energy conservation and reduced its climate impact.
The result showed that steel as backing material resulted in a lower self-weight for the reference object with 22.4 tonnes (34%) excluding the foundation and was much easier to project planning. The steel frame also rendered significantly lower costs for insurance SEK 161,850 (21%) and planning SEK 235,000 (65%).
The analysis showed that the foundation resulted in such a large climate impact for both buildings that the climate impact from the body material became secondary. The analysis also showed that the amount of climate-impacting mineral wool could be reduced by 10% in the roof construction as a result of the low heat conductivity of KL-wood. Furthermore, the analysis showed that the climate impact of the steel frame mainly took place in the building's production stage, while the climate impact of the wooden frame occurred mainly in the final stage of the buildings lifecycle.
Finally, the analysis showed that the comparison object, during its life cycle, resulted in both a climate saving per invested krona of 9 kgCO2e / Tkr (24.9%) relative to the reference object as well as a climate saving per square meter of 40.2 kgCO2e / m2 (27.3%) and cost savings of 0.09 Tkr / m2 (2.2%).
The study's conclusion is that it is neither more difficult to achieve the requirements of BBR that are set on a single-storey hall building with warehouse operations with a wooden frame or that it entails higher costs.
Finally, wood as a frame material had been preferred for the studied object.
Keywords: KL-wood, wooden frame, hall building, climate impact, life cycle cost
Innehåll
Förord... i
Sammanfattning ... ii
Abstract ... iv
1. Inledning ... 1
1.1. Introduktion ...1
1.2. Syfte ...4
1.3. Mål ...4
1.4. Frågeställningar ...5
1.5. Disposition ...5
1.6. Metod ...5
1.6.1. Teoridel ...5
1.6.2. Enkät ...5
1.6.3. Beskrivning av studien ...5
1.6.4. Beskrivning av referensobjektet ...7
1.6.5. Avgränsningar ...9
1.6.6. Konstruktionsdokumentation... 12
1.6.7. Kostnads- och tidskalkyl ... 13
1.6.8. Klimatpåverkansanalys... 14
1.6.9. Jämförelse av byggnadernas tidskonstant ... 14
2. Teori ... 16
2.1. Hallbyggnader ... 16
2.2. Materialval ... 17
2.3. Klimatpåverkan ... 18
2.4. Översiktliga krav på en lagerlokal i ett plan ... 20
2.4.1. Brand ... 20
2.4.2. Fukt & lufttäthet ... 22
2.4.3. Bärförmåga ... 22
2.4.4. Stadga och beständighet ... 22
2.4.5. Ljud... 22
2.4.6. Energihushållning ... 23
2.5. Exempel på hur kraven uppnås ... 23
2.5.1. Ökad tvärsnittsdimension skyddar träet mot brand... 23
2.5.2. Sprinkler ... 24
2.5.3. Exempel på hur fuktproblem kan undvikas ... 25
2.5.4. Bärighet i konstruktionen ... 28
2.5.5. Stadga och beständighet i konstruktioner ... 30
2.5.6. Energihushållning ... 31
2.6. Fria spännvidder och transporter ... 34
2.7. Projekterbarhet ... 36
2.8. Inblick från försäkringsbolagen och räddningstjänsten ... 37
2.9. Materialegenskaper ... 41
2.9.1. Brandegenskaper ... 41
2.9.2. Fuktegenskaper ... 42
2.9.3. Hållfasthetsegenskaper ... 44
2.9.4. Beständighet ... 45
2.10. Exempel på rationella typlösningar för byggnaden i studien ... 46
2.10.1. Stomme ... 46
2.10.2. Yttertak... 46
2.10.3. Ytterväggar ... 47
2.10.4. Anslutningar ... 49
3. Metod klimatpåverkansanalys... 51
3.1. Produktionsskede A1-A3 ... 51
3.2. Transport till byggarbetsplats från fabrik eller lager A4 ... 51
3.3. Återvinning D ... 52
3.4. Total klimatpåverkan bortsett ifrån bruksskedet ... 52
4. Metod dimensioneringsstrategi för hållfasthetsberäkningar ... 53
4.1. Laster ... 53
4.2. Lastkombinationer... 53
4.3. Sekundärt bärverk i tak (KL-trä) ... 54
4.4. Primärt bärverk tak ... 55
4.5. Gavelbalkar ... 56
4.6. Nockbalk ... 57
4.7. Pelare ... 57
4.7.1. Pelare i långsidor och gavlar ... 57
4.7.2. Pelare intill stabiliserande väggskiva ... 58
4.8. Stomstabiliserande väggskiva ... 59
4.9. Horisontell stomstabilisering i gavlar ... 60
4.10. Balkavväxlingar över portar ... 60
4.11. Pelaravväxlingar bredvid portar ... 61
4.12. Branddimensionering ... 62
4.13. Grund ... 63
5. Metod kostnads- och utförandetidsjämförelse ... 66
5.1. Referensobjekt ... 66
5.2. Jämförelseobjekt ... 67
5.3. Utförandetid... 68
6. Resultat och analys ... 70
6.1. Enkät ... 70
6.2. BBR-krav ... 72
6.2.1. ukt, stadga och beständighet ... 72
6.2.2. Brandkrav ... 72
6.2.3. Bärighet ... 72
6.3. Konstruktionsförslag i grundutförande (utan brandkrav) ... 73
6.3.1. Illustration av de jämförda byggnaderna ... 73
6.3.2. Sekundärt bärverk i takkonstruktionen ... 74
6.3.3. Primärt horisontellt bärverk (sadelbalkar) ... 74
6.3.4. Primärt horisontellt bärverk (gavelbalkar) ... 75
6.3.5. Nockbalk ... 75
6.3.6. Balkavväxlingar över portar... 75
6.3.7. Primärt vertikalt bärverk (Pelare långsidor) ... 76
6.3.8. Primärt vertikalt bärverk (gavelpelare) ... 76
6.3.9. Pelare intill horisontalstabiliserande väggskiva ... 77
6.3.10. Pelare intill portar ... 77
6.3.11. Längsgående global stomstabilisering (KL-träskiva) ... 78
6.3.12. Tvärgående global stomstabilisering (limträdiagonaler) ... 78
6.3.13. Branddimensionering ... 78
6.3.14. Grund ... 79
6.4. Egentyngd ... 79
6.5. Kostnader & utförandetid ... 81
6.6. Klimatpåverkan ... 87
6.7. Jämförelse av tidskonstant ... 89
6.8 Nyckeltal ... 90
7. Diskussion ... 91
7.1. Hur resultatet kopplar till syften, mål och frågeställningar ... 91
7.2. Enkät och intervjuer ... 92
7.3. BBR-krav ... 92
7.3.1. Fukt, stadga och beständighet ... 92
7.3.2. Brand ... 93
7.3.3. Bärighet ... 94
7.4. Konstruktionsförslag ... 95
7.4.1. Grund ... 95
7.4.2. Stomme ... 95
7.4.3. Överbyggnad ... 96
7.5. Egentyngd ... 97
7.6. Kostnader och utförandetid ... 97
7.7. Projekterbarhet ... 100
7.8. Klimatpåverkan ... 100
7.9. Jämförelse av tidskonstant ... 101
7.10. Transporter och fria spännvidder ... 102
7.11. Försäkringsbolagens inställning ... 103
7.12. Hur arbetet bidrar till hållbar utveckling ... 103
8. Slutsatser ... 105
8.1. Enkät och intervjuer ... 105
8.2. BBR-krav ... 105
8.2.1. Fukt, stadga och beständighet ... 105
8.2.2. Brandkrav ... 106
8.2.3. Bärighet ... 106
8.3. Konstruktionsförslag ... 107
8.4. Egentyngd ... 107
8.5. Kostnader och utförandetid ... 108
8.6. Projekterbarhet ... 109
8.7. Klimatpåverkan ... 109
8.8. Jämförelse av tidskonstant ... 111
8.9. Transporter och fria spännvidder ... 111
8.10. Försäkringsbolagens inställning ... 112
8.11. Sammanställning av jämförda parametrar ... 113
9. Slutord ... 114
Referenser ... 115 1 Ritningar vikportar ... A-1 Bilaga A. 2 Ritningar portplan referensobjekt ... A-2 3 Ritningar huvudsektion referensobjekt... A-3 4 Ritning 3D-illustration referensobjekt ... A-4 5 Ritningar fundamentplan referensobjekt ... A-5 6 3D-illustration jämförelseobjekt ... A-6 7 Ritningar armeringsplan golvplatta med liknande konstruktionsförutsättningar .... A-7 8 Ritningar jämförelseobjekt: Stomplan ... A-8 9 Ritningar jämförelseobjekt: Huvudsektion ... A-9 10 Ritningar jämförelseobjekt: Elevation långsida norr ... A-10 11 Ritningar jämförelseobjekt: Elevation långsida söder ... A-11 12 Ritningar jämförelseobjekt: Elevation gavlar... A-12 13 Ritningar jämförelseobjekt: Typdetaljer... A-13 1 Dimensioneringsstrategi ... B.1 2 Dimensionering sekundärt bärverk tak ... B.2 3 Dimensionering primärt bärverk tak ... B.9 4 Dimensionering gavelbalkar ...B.16 5 Dimensionering nockbalk ...B.20 6 Dimensionering pelare långsidor ...B.23 7 Dimensionering pelare gavel ...B.26 8 Dimensionering pelare vid stabiliserande väggskiva ...B.29 9 Dimensionering stomstabiliserande väggskiva ...B.31 10 Dimensionering stomstabilisering i gavlar ...B.34 11 Dimensionering balkavväxling för portar: ...B.37 12 Dimensionering pelaravväxling för portar: ...B.39 13 Dimensionering fundament 1 ...B.41 14 Dimensionering fundament 2 ...B.46 15 Branddimensionering för brandklass R30 ...B.48 16 Branddimensionering KL-träskiva i taket (30,20,30) ...B.49 17 Branddimensionering sadelbalk ...B.53 18 Branddimensionering gavelbalkar ...B.57 19 Branddimensionering pelare långsidor ...B.59 20 Branddimensionering pelare vid stabiliserande vägg: ...B.61
1 Enkät till entreprenör ...C.1 2 Enkät till beställare...C.7 1 Mängd- och egentyngdsberäkningar referensobjekt... D.1 2 Mängd- och egentyngdsberäkningar jämförelseobjekt ... D.3 1 Klimatpåverkansberäkningar referensobjekt ... E.1 2 Klimatpåverkansberäkningar jämförelseobjekt ... E.4 Lastnedräkning referensobjekt ... F.1 1 Kostnads- och utförandetidsberäkningar referensobjekt ... G.1 2 Kostnads- och utförandetidsberäkningar jämförelseobjekt... G.3 1Anbud till referensobjekt ... H.1 2 Anbud till jämförelseobjekt ... H.4
1. Inledning
1.1. Introduktion
Att uppföra byggnader med trästomme kan tyckas vara en ide som hör hemma på medeltiden men i dagens samhälle finns en mycket modern fråga som driver städer och beslutsfattare att vända sig till förädlade trävaror: Hur tacklar vi de globala klimatförändringarna?
De senaste mätningarna 2016 visade på att klimatpåverkan från bygg- och fastighetssektorn, medräknat importerat material, uppgick till ca 21 Mton CO2e (koldioxidekvivalenter) vilket motsvarade 18 % av Sveriges totala utsläpp. Vidare så stod sektorn bl.a. för 31 % av Sveriges totala energianvändning, 14 % av hälsofarliga kemikalier, 31 % av det genererade avfallet samt 16 % av allt farligt avfall (Boverket, 2019).
I en studie som utfördes av Sveriges byggindustrier i samråd med IVA (kungliga ingenjörsvetenskapliga akademien) 2014 var motsvarande klimatpåverkan från
byggprocesserna i Sverige 17 % av Sveriges totala klimatpåverkan, se Figur 1, och bedömdes uppgå till 10 Mton CO2e/år vilket var i samma storleksordning som utsläppen från alla
Sveriges personbilar under samma tidsperiod. Utsläppen från byggprocesserna var då
fördelade med 60% från anläggningsprojekt och 40 % från husprojekt, se Figur 1. I husprojekt ingick offentliga lokaler t.ex. skolor, idrottshallar och sjukhus; privata lokaler t.ex.
hallbyggnader med lager- och kontorsverksamhet, lantbrukshallar och industrihallar; småhus t.ex. villor och fritidshus samt flerbostadshus. Avseende lokaler bedömdes klimatpåverkan uppgå till 2 - 3 Mton CO2/år vilket motsvarade 20 – 30 % av de totala utsläppen från byggprocessen och 50 – 75 % av utsläppen härrörande husprojekt (IVA, 2014), se Figur 1.
Figur 1: Utsläppsfördelning av växthusgaser i olika perspektiv av byggprocessen inspirerad av (IVA, 2014).
Sverigestotalautsläppav växthusgaser2012 Utsläppfrån byggprocessen2012 Utsläppfrån husbyggnadssegmentet avbyggprocessen
Byggprocessen 17 %
Annat83% Husbyggnad40%Anläggning60% Lokaler75%
Andra
husbyggnader 25 %
10 Mton
4 Mton
3 Mton
I senaste tidens debatt avseende klimatpåverkan från byggprocessen och hållbart byggande i allmänhet så har det lagts ett stort fokus på flerbostadshus och offentliga lokaler. Dock visade ovan nämnda studie från Sveriges byggindustrier att ca 20 % av de sammanlagda
bygginvesteringarna 2012, se Figur 2, representerades av segmentet privata lokaler, där enkla lager- och kontorshallar med lätt stomme medräknats. Det är lika stora investeringar som gjordes i flerbostadshus och ca 10 % mer än vad som investerades i offentliga lokaler under samma period.
Figur 2: Fördelning av Sveriges totala bygginvesteringar 2012 inspirerad av (IVA, 2014).
Systemgränserna sattes i studien på utsidan av klimatskalet inklusive grundplattan och
resultatet visade att den sammanlagda klimatpåverkan från produktionsfasen vid nyproduktion av ett flerbostadshus av betong uppgick till 350 kgCO2e/m2Atemp.84 % av klimatpåverkan härrörde materialet och 16 % transporter och processer på själva arbetsplatsen (IVA, 2014), se Figur 4 och Figur 3. Det kan jämföras med ett flerbostadshus där ytterväggar och stomme utförts i KL-trä vilket renderade i en 57 % lägre klimatpåverkan från produktionsfasen där materialets andel stod för 78 % och resterande för 22 % (IVL, 2016).
20%
20%
20%
12%
9%
9%
3%3%2%1%1%
Privata lokaler flerbostadshus småhus
offentliga lokaler vägar och gator el och värme
underhåll och anläggningar järnvägar
post och tele vatten transport
Figur 3 till vänster: Fördelning av klimatpåverkan vid produktionsfasen av ett flerbostadshus med trästomme. Inspirerad av (IVL, 2016).
Figur 4 till höger: Fördelning av klimatpåverkan vid produktionsfasen av ett flerbostadshus med betongstomme. Inspirerad av (IVA, 2014).
Någon liknande studie på privata lokaler och mer specifikt enkla hallbyggnader med lätt stomme hade inte utförts även om komparativa studier avseende en hallbyggnads
stommaterial återfanns bl.a. i en kostnads- och klimatpåverkansjämförelse från 2016 där en hallbyggnads stomme jämfördes med fokus på en stomme med trä och en stomme med stål utifrån ett livscykelperspektiv. Resultatet visade på att stålstommen, i det enskilda fallet, belastade klimatet med ett 63 % större utsläpp i kg CO2e än vad trästommen gjorde. De jämförda stommarna var av pelare/balk-system med sadelfackverk om 25 m spännvidd i taket och det var endast stommen som jämfördes dvs. att grundkonstruktion, stomkomplettering och överbyggnad avgränsades bort. I klimatpåverkansanalysen avgränsades även bruksskedet bort och resultatet baserades således på klimatbelastningen från produktion, transporter och återvinning av stommen. Byggnaden var ett industrihotell i ett plan och innehöll flera lager- och kontorsutrymmen (Högberg & Holtug, 2016). Flertalet liknande studier återfanns där klimatpåverkan från en stål- och en trästomme jämfördes men samtliga hade avgränsat bort såväl grunden som överbyggnaden och saknade även inslag av KL-trä (korslaminerat trä) i konstruktionerna.
Det saknades således en samlad bild av hur den totala klimatpåverkan av en lätt hallbyggnad såg ut och vilken effekt ett inslag av KL-trä skulle kunna ha på klimatpåverkans storlek.
Klimatpåverkan från varmvalsat stål uppgår enligt Jernkontoret (2013) till 1,6 kgCO2e/kg under tillverkningsprocessen av konstruktionsprofiler. Från en artikel utgiven av Jernkontoret 2001 ”Stålet och miljön” framgick att ungefär 0,7 Mton ton stål användes i byggbranschen per år i Sverige varav det mesta gick till broar och hallbyggnader (Jernkontoret, 2001).
Enligt Fröbel1 finns det svårigheter i att föra kvantitativ statistik över privata lokaler och mer specifikt hallbyggnader vare sig det gäller antal eller typ av stom- och överbyggnadsmaterial, då många uppförs utanför detaljplanelagt område. Den statistik som finns att tillgå är
bygglovsstatistik hos SCB och de olika kommunerna men den avser endast lokaler och finns inte i mer nedbruten form än så enligt Penttinen2.
I brist på information påbörjades en förstudie i form av intervjuer som riktade sig till respondenter i byggbranschen från leverantör-, beställare- och entreprenadsidan. Under intervjuerna gjorde Åstedt3 en grov uppskattning av att nyproducerade hallbyggnader i Sverige idag uppförs med 80 % stålstommar varav resterande 20 % utgörs av andra material.
Även Wilded4 bidrog med en uppskattning att trästommar står för 10 - 15% av marknaden för lätta hallbyggnader i dagsläget. Bägge två menade att sandwichelement av tunnplåt och en kärna av stenull är representativt för överbyggnaden av en lätt hallbyggnad. Att
marknadsandelen var liten bekräftades av att sökningar på internet knappt ledde till några träffar alls på mindre hallbyggnader med lätta trästommar. På entreprenörernas hemsidor lös denna typ av referensobjekt av trä med sin frånvaro medan referensobjekt i stål var vanligt förekommande och det upplevdes allmänt svårt att komma i kontakt med en beställare av nämnda byggnadstyp i trä. I syfte att reda ut beställarens och entreprenörens perspektiv av vad som motiverade valet av material vid uppförandet av en lätt hallbyggnad så kompletterades förstudien med en enkätundersökning där respondenterna utgjordes av beställare av trä- och stålhallar samt entreprenörer som har uppfört lätta hallbyggnader. Resultaten pekade på att de kostnadsstyrda parametrarna var överordnade alla andra parametrar, att respondenterna förknippade trä generellt med stor risk och att det rent allmänt upplevdes svårigheter med att uppnå kraven, främst avseende brand, ljud och fukt, i BBR (BFS 2011:6).
1.2. Syfte
Syftet är att utreda om trä kan konkurrera med stål som stommaterial vid nyproduktion av en lätt lagerbyggnad men också att ge en helhetsbild av hur ett byte från en stålstomme till en trästomme kan påverka byggnaden med systemgränserna satta på utsidan av klimatskalet.
Slutligen syftar studien till att utreda vilken effekt ett inslag av KL-trä kan ha på en sådan byggnad.
1.3. Mål
1. Att, utifrån ett referensobjekt med stålstomme, utreda om och hur en trästomme kan uppfylla kraven i BBR och bli konkurrenskraftig gentemot motsvarande stomme i stål vid uppförandet av en lätt lagerhall.
2. Att ge en helhetsbild av hur ett byte från en stålstomme till en trästomme kan påverka en sådan byggnad med systemgränserna satta på utsidan av klimatskalet.
3. Att utreda på vilket sätt det är lämpligast att implementera KL-trä i byggnaden och visa på vilka positiva eller negativa effekter det kan föra med sig.
1 Johan Fröbel, chef distribution & teknik, Svenskt trä, 2019-01-14.
2 Mats Penttinen, administratör bygglovsenheten stadsbyggnadsförvaltningen, Karlstadskommun, 2019-01-24.
3 Björn Åstedt, VD, SBI (stålbyggnadsinstitutet), 2019-01-14.
4 Daniel Wilded, produktionschef Martinsons byggsystem ab, intervju 2019-01-29
1.4. Frågeställningar
v Kan en limträstomme uppfylla de krav som BBR ställer på en lätt hallbyggnad i ett plan med lagerverksamhet?
v Kan en limträstomme med inslag av KL-trä bli konkurrenskraftig gentemot motsvarande stålstomme vid uppförandet av en sådan hallbyggnad?
v Hur kan KL-trä lämpligast implementeras som konstruktionsmaterial i en sådan byggnad?
v Vilka effekter får ett byte från en stålstomme till en limträstomme med ett inslag av KL-trä i en lätt hallbyggnad på konstruktionen, egentyngden, klimatpåverkan, kostnader, projekteringen, transporter och effektbehovet?
1.5. Disposition
Studien byggdes upp i fem faser.
· Teori
· Modellering och dimensionering
· Klimatpåverkansanalys
· Kostnads- och utförandetidskalkyl
· Jämförelse av byggnadens tidskonstant
1.6. Metod
1.6.1. Teoridel
Teoridelens material inhämtades från en litteraturstudie baserad på böcker,
leverantörsdokument, normer, akademiska studier, forskningsrapporter och tidsskriftsartiklar.
Indata erhölls även från samtal och intervjuer med branschkontakter.
1.6.2. Enkät
Med hjälp av universitetets programvara Survey & report utformades fyra standardiserade enkäter. Den första enkäten användes som en pilotenkät som skickades till ett fåtal personer med kompetens inom området i syfte att se hur resultatet registrerades, layouten såg ut och för att få opartisk feedback på frågeställningarna. Efter godkänd återkoppling av pilotenkäten sändes en kopia av enkäten ut till fem beställare som uppfört en trähall, fem beställare som uppfört en stålhall och en fjärde enkät skapades med frågor riktade mot entreprenadsidan till fem totalentreprenörer. I enkäterna fick respondenterna vikta ett antal parametrar, se Bilaga C.1 och Bilaga C.2, från ett till fem där ett var lägst och fem var högst. Resultatet
sammanställdes i Survey & reports rapportmodul varifrån datan kunde sammanställas och analyseras. Svaren gavs 1 poäng för varje viktad poäng; med andra ord viktade respondenten parametern med en femma så fick parametern fem poäng. De parametrarna med högst summerad poäng ansågs viktigast, se avsnitt 6.1.
1.6.3. Beskrivning av studien
Med utgångspunkt i ett reellt referensobjekt, som utgjordes av en enplans hallbyggnad med lagerverksamhet och en lätt stomme av stål, utfördes i studien en jämförelse mot en fiktiv byggnad med trästomme som hade samma konstruktionsförutsättningar.
I studien avsågs att jämföra byggnaderna utifrån ett antal parametrar i och med att stommen byttes ut från stål till trä. Vidare undersöktes vilka konstruktiva effekter som ett skifte av stommaterial kunde ha på byggnaden som helhet. I studien skulle även utredas vilken effekt ett inslag av KL-trä i jämförelseobjektet skulle ha på de jämförda parametrarna. Parametrar som undersöktes var:
· Projekterbarhet
· Försäkringsbolagens inställning
· Klimatpåverkan avseende produktions- och slutskede o Grund
o Stomme o Överbyggnad o Transporter
o Återvinning och –användning
· BBR-krav o Brand o Bärighet o Beständighet o Stadga o Fukt
· Egentyngd
· Kostnader
o materialkostnader o transportkostnader o försäkringskostnader o kostnader för rivning o utförandekostnader
o kostnader för maskinhyra och ställning o projekteringskostnader
· Fria spännvidder och transporter
· Konstruktion o stomme o överbyggnad
· Tidskonstant utifrån stommens värmetröghet
Parametrarna jämfördes i ett livscykelperspektiv avgränsat energianvändningen i bruksskedet med systemgränserna satta till utsidan av klimatskalet.
Indata till studien erhölls genom litteraturstudier, intervjuer med representanter från branschen, en enkät riktad till beställare och entreprenörer med erfarenheter av
hallbyggnationer och slutligen av egna erfarenheter från modellering och dimensionering av jämförelseobjektet.
1.6.4. Beskrivning av referensobjektet
Referensobjektet var en envånings lagerbyggnad om 1008 m2 som uppfördes i Halmstad 2018. Byggnaden uppfördes med totalentreprenad där Sweco Structures AB hade ett konsultuppdrag från entreprenören att dimensionera stommen och projektera erforderliga stom- och tillverkningsritningar.
Enligt brandskyddsbeskrivningen som togs fram i samband med det tekniska samrådet sågs hela byggnaden som en egen brandcell och omfattades där av varken av brandkrav avseende bärighet eller avskiljande. Krav ställdes däremot på att ytskikt skulle ha lägst D-s2,d0 enligt BBR.
1.6.4.1. Grundkonstruktion
Grundkonstruktionen i referensobjektet var primärt en platta på mark med grundsulor under stompelare. En förutsättning enligt Settergren5 var att golvet skulle vara körbart med truck.
Settergren uppgav att grundkonstruktionen var uppbyggd enligt Figur 5.
Figur 5: Grundkonstruktion baserat på intervju med Settergren.
Grunden antogs ha ett U-värde om 0,175 [w/m2].
5 Krister Settergren, beställare av referensobjektet, intervju 2019-02-07.
1.6.4.2. Stomme
Figur 6: 3D illustration av referensobjektets stålstomme. Tillhandahållen av Sweco structures AB.
Baserat på konstruktionsritningar från Sweco structures AB så var stommen ett pelare/balk- system av stål, se Figur 6.
Pelarna bestod av HEA-140 profiler med centrumavstånd 6m och topp- och fotplåt för infästning i grund och takbalk.
Diagonalstag för horisontell stabilisering i byggnadens längs- och tvärriktning utgjordes av KKR-140 profiler.
Avväxlingar kring portarna utgjordes av KKR-120 profiler.
Yttertaket bars primärt upp av SWL-fackverk med LL 110x110x10 profiler i över- och underramen, KKR 80x80x5 profiler som diagonaler och över gavlarna var gavelbalkar av HEA-160 profiler monterade i vinkel med taket.
1.6.4.3. Stomöverbyggnad & stomkomplettering
Ytterväggskonstruktionen kläddes in av Paroc sandwichelement med in- och utvändigt ytskikt av tunnplåt och en mellanliggande kärna av stenull, se Figur 7. Elementen var 200mm tjocka och hade ett U-värde som uppgick till 0,18 [W/m2K] (Paroc, U.Å.2).
Figur 7: Vertikalsnitt genom ytterväggen. Inspirerad av (Paroc, U.Å)
Öppningar i ytterväggskonstruktionen utgjordes dels av
7st 3x3m isolerade vikportar. U-värde: 1,1 [W/m2K] (Assa abloy, U.Å) 7st 4x4,5m isolerade vikportar. U-värde 1,1 [W/m2K] (Assa abloy, U.Å) och dels av
24 st 2100x600 mm fönster. U-värde: 0,8 [W/m2K] (Doorly, U.Å).
Taket var ett låglutande (1:10) varmtak som antogs vara uppbyggt enligt ISOVERS system LI:72 med ett U-värde: 0,18 [W/m2K] (Isover, 2019b), se Figur 8.
Figur 8: Vertikalsnitt genom yttertaket. Inspirerad av (Isover, 2019b)
1.6.5. Avgränsningar 1.6.5.1. Grunden
Grunden optimerades inte för byggnaderna utan bestämdes likvärdig i bägge fallen p.g.a.
tidsbrist och användes inte i jämförelsen utan mer för att få en rättvisare helhetsbild av byggnadens totala klimatpåverkan.
1.6.5.2. Referensobjektets byggnad
Då beställaren av olika skäl inte hade möjlighet att vara behjälplig med indata i önskvärd utsträckning så gjordes ett antal antaganden som kunde anses vara rimliga för det studerade objektet.
Ø Byggnaden uppfördes utan ambitionen att överstiga minimikrav i senaste BBR.
Ø Bygghandlingar tillhandahållna av Sweco structures AB och bygglovshandlingar från Halmstads kommun fick agera underlag även fast beställaren uppgav att vissa
ändringar gjorts från det underlag av bygghandlingar som kommit mig till handa.
Ø Takkonstruktionen ovan det sekundära bärverket var okänd och antogs enligt principlösning för låglutande tak från leverantör: ”Isover LI:72”.
1.6.5.3. Jämförelseobjektets byggnad
Avseende jämförelseobjektets byggnad gjordes följande avgränsningar.
Ø En likvärdig klimatskärm användes i jämförelseobjektet som i referensobjektet för att se vilken effekt som trästommen hade på byggnadens jämförda parametrar.
Ø Jämförelseobjektet modellerades med befintliga typlösningar tillgängliga hos leverantörerna.
1.6.5.4. Klimatpåverkan
Avseende byggnadernas klimatpåverkan gjordes följande avgränsningar.
Ø Då många av de leverantörsspecifika EPD:erna saknade posterna A4 (transport) och D (återvinning) och det var svårt att säga vilken leverantör som hade använts vid
införskaffningen av materialet så användes generiska indata för transportskedet A4.
Ø Även B1-C4 (bruks- och slutskedet av byggnadens livscykel) avgränsades bort.
1.6.5.5. Ekonomi och utförandetid
Avseende byggnadernas ekonomi och utförandetider gjordes följande avgränsningar.
Ø Beräknades från färdig grund
Ø Byggnaderna uppfördes utan väderskydd Ø Bägge stommarna sågs som underhållsfria Ø Kalkylen beräknades på 50 år
Ø Försäkringspremien var den enda tidsberoende variabeln i kostnadsanalysen 1.6.5.6. Dimensionering
Avseende dimensioneringen av jämförelseobjektet gjordes följande avgränsningar.
Ø Vid dimensioneringen av byggnaden användes i så stor utsträckning som möjligt samma lastvärden och lastkombinationer som användes vid dimensioneringen av referensobjektet.
Ø Vid dimensioneringen av jämförelseobjektet togs inte hänsyn till olyckslast även fastän detta hade varit lämpligt utifrån pelarnas placering invid vikportarna.
Ø Inga förband eller förbindare dimensionerades.
Ø I lastnedräkningen för referensobjektet gjordes följande förenklingar för vindlasten:
· De vertikala vindlasterna på taket bestod av sugande krafter vilka var gynnsamma vid dimensioneringen och sattes således till 0. En strimma över bakre långsidan hade förvisso en liten tryckkraft men den försummades.
· De horisontella lasterna beräknades endast i zon D och E dvs. samma karakteristiska vindtryck på gavlar som på långsidor antogs i enighet med referensobjektets konstruktionsdokumentation.
· Endast globala formfaktorer användes.
Ø KL-träelementen som utgör det sekundära bärverket i taket antas, i enighet med teorin, kunna överföra laster via skivverkan. Något som inte verifierats med beräkningar.
Ø Vridmoment till följd av skivverkan beaktas inte i konstruktionen.
Ø Byggnaden antogs uppfylla BBR:s energikrav med antagen takkonstruktion
1.6.6. Konstruktionsdokumentation 1.6.6.1. Allmänt
Figur 9: 3D illustration över modellerat jämförelseobjekt.
Dimensioneringsstrategin avsåg ett jämförelseobjekt med ett primärt bärverk av limträstomme och sekundärt bärverk av KL-trä i taket baserat på referensobjektet beskrivet under avsnitt 1.6.4.
1.6.6.2. Gällande regelverk
Vid konstruktionsberäkningarna tillämpades rådande Eurokoder: SS-EN 1990 - SS-EN 1999, EKS 10, leverantörernas ETA:er (tekniska produktspecifikationer) och olika kompendium och tabellsamlingar som baserats på dessa.
1.6.6.3. Dimensioneringsförutsättningar
Dimensioneringen baserades på indata från konstruktionsdokumentationen från det tekniska samrådet som utfördes i samband med bygglovsansökan och startbesked för referensobjektet.
Säkerhetsklass: 3 avseende alla bärande delar
Lastvarighetsklass: medellång för snölast, kort för vindlast Klimatklass: 1
Snözon: 1,5 Vindzon: 2,5 Terrängtyp: 2
1.6.6.4. Lastfall och lastkombinationer
Dimensionerande lastkombinationer beräknades enligt partialkoefficientmetoden i brottgränstillstånd och i bruksgränstillstånd. Ingående karakteristiska laster erhölls från konstruktionsdokumentationen från det tekniska samrådet.
Hänsyn togs till
· Egentyngder (balkar, skivor, pelare och överbyggnad)
· Snölast
· Vindlast tryck och sug (horisontell) För laster se Bilaga F.
1.6.6.5. Lasteffekter & kapaciteter
Lasteffekter och motsvarande kapaciteter identifierades och kvantifierades med hjälp av ekvationer hämtade från böckerna KL-trähandboken (Gustafsson et al., 2017), Bygg formler och tabeller (Johannesson & Vretblad, 2011) samt Martinsons produktdatablad (Martinsons, U.Å.4).
1.6.6.6. Branddimensionering
Det primära och sekundära bärverket verifierades mot brandkrav R30. Limträelementen verifierades med förenklad metod med effektivt tvärsnitt enligt SS-EN 1995-1-2 och KL- träelementen verifierades enligt KL-trähandboken vars metod baserades på boken ”firesafety in timberbuilings” tillsammans med SS-EN 1995-1-2.
1.6.6.7. Grund
Plattans armering inhämtades från ett objekt med liknande konstruktionsförutsättningar.
Konstruktionsförutsättningarna för fundamenten bestämdes i samråd med handledare på Sweco structures AB enligt nedan.
Betongkvalitet: C30/37 Exponeringsklass: XC4+XF3 Livslängdsklass: L100 Fcd: 20 MPa
Armering: K500C Fyd: 435 MPa Max vct: 0,5 Täckskikt: 30 mm
Sprickbegränsning 0,3 mm
Då geoteknisk undersökning utelämnat rekommendation av dimensionerande marktryckskapacitet så antogs ett rimligt värde om 320 kPa utifrån den befintliga kontruktionsdokumentationens dimensionering av fundamenten.
1.6.7. Kostnads- och tidskalkyl
Utifrån ritningsunderlaget mängdades såväl jämförelse- som referensobjektets ingående material som offertunderlag. Detta underlag lämnades, tillsammans med erforderligt ritningsunderlag, vid offertförfrågan. Offerter begärdes ut från:
· Martinsons byggsystem AB för totalentreprenad av trästommen.
· Filipstads specialmaskiner AB för rivning av hallarna.
· JS smide AB för totalentreprenad av referensobjektet.
· Hylte svets AB för totalentreprenad av referensobjektet.
· Svealands tak AB för takläggning på trähallen.
· IF skadeförsäkring AB för fastighetsförsäkring för bägge hallbyggnaderna.
· Länsförsäkringar Värmland för fastighetsförsäkring för bägge hallbyggnaderna.
· Paroc panels AB för enhetspris på väggelementen till trähallen.
Offerterna ombads innehålla de nedbrutna kalkylposterna ü Materialkostnad stomme
ü Materialkostnad överbyggnad ü Utförandetid
ü Montagekostnad ü Transportkostnad
ü Kostnad för rostskyddsbehandling för korrosivitetsklass C1 ü Kostnad för brandskyddsmålning till R30
Med bakgrund i offerterna utfördes en kostnads- och utförandetidsjämförelse.
1.6.8. Klimatpåverkansanalys
Klimatpåverkansanalysen utfördes genom att byggnaderna bröts ner i sina beståndsdelar varefter klimatpåverkan från de enskilda materialen analyserades och summerades. Hänsyn togs till skedena A1-A3 (produktionsskede), A4 (transport till byggarbetsplats från fabrik eller lager samt D (återvinning).
I de fall posten A4 saknades i EPD:n antogs enbart biltransport och miljövärdet 0,05[
× ] enligt Figur 20. Uppgifter avseende avstånd mellan Halmstad, där
referensobjektet uppförts, och leverantörer av betraktade material hämtades från internet.
1.6.9. Jämförelse av byggnadernas tidskonstant
I BBR ställs krav på en byggnads energihushållning utifrån installerad effekt, U-värde, luftläckage och primärenergital. Det krav som kunde skilja byggnaderna åt i studien var den installerade effekten vilken kunde variera till följd av att stommaterialens termiska tröghet skiljde sig åt. Den termiska trögheten medför en högre tidskonstant för jämförelseobjektet vilket innebär att uppvärmningssystemet skulle kunna dimensioneras mot en högre DVUT (dimensionerande vinter ute temperatur) vilket skulle kunna resultera i en lägre installerad effekt än om DVUT var lägre.
Två modeller av byggnaden, med samma areor, uppfördes i energiberäkningsprogrammet VIP-Energy i syfte att visa på hur tidskonstanten förändrades vid byte av stomme på det sätt som den här studien avhandlar.
Klimatskalet i den första modellen uppfördes på samma sätt som referensobjektet, se avsnitt 1.6.4, och i den andra modellen på samma sätt som i jämförelseobjektet, se avsnitt 6.3.1.
Hänsyn togs till portar och fönster avseende areor och U-värden, se avsnitt 1.6.4.3.
Eftersom det reella resultatet inte hade någon betydelse utan enbart skulle jämföras byggnaderna emellan så togs inte hänsyn till köldbryggor och drifttidsschemat och andra parametrar modifierades lika i bägge fallen.
För att representera stålstommen modellerades en innervägg av solitt stål med samma volym som referensobjektets stomme, se Bilaga D.1. På samma sätt modellerades en innervägg av solitt trä som representerade trästommen, se Bilaga D.2.
Materialen gavs egenskaper enligt Tabell 1:
Tabell 1: Materialegenskaper för tidskonstantsmodell i Vip-energy.
MATERIAL STÅL TRÄ
VÄRMELEDNINGSTAL / 60 0,14
DENSITET / 7 800 430
SPECIFIK VÄRMEKAPACITET / 460 1 600
2. Teori
2.1. Hallbyggnader
Det finns en uppsjö av olika typer av hallbyggnader med varierande storlekar och ett brett spektrum av verksamheter. De kan delas upp i lätta stommar för verksamheter som t.ex. lager eller lantbruk och tunga stommar för t.ex. processindustrin med ingående bjälklag och
traverser mm. Vanligtvis är de uppförda med en stomme i ett pelare/balk-system som monteras med olika stomkompletterande system beroende på de krav som ställs på
byggnaden, kostnader, utförandetid och andra parametrar. De skiljer sig dock också åt med typ av ingående material såväl i stommar som stomkompletterande material. Avseende lätta stommar så är många företag specialiserade på området med färdiga byggsystem. Exempel på sådana företag som inriktat sig mot stålkonstruktioner är Llentab och Lindab och för
träkonstruktioner Martinsons byggsystem AB och Moelven Töreboda AB. Vanligtvis agerar inte de här företagen enbart leverantörer av stommen utan utför även montage av såväl
stomme som överbyggnad i totalentreprenad. Hallbyggnader kan utformas efter verksamheten och omfatta ett eller flera skepp med få pelare och det är den utformningen av byggnaden som avgör hur resterande konstruktion ser ut. I övriga Europa förekommer vanligtvis stommar av tvåledsram-system och branta taklutningar medan det i Sverige, sedan 60-talet, dominerande stomsystemet är pendelpelare (dubbelledade pelare) med låg taklutning och horisontell stabilisering i både tak och väggar. Dock förekommer ramsystem med momentstyva hörn och andra system i viss utsträckning. För mindre lagerhallar, som de som omfattas av den här studien, utförs hallarna vanligen i ett plan med låglutande sadeltak i ett pelare/balk-system (Stålbyggnadsinstitutet, 2008).
Någon statistik förs inte över antal nyproducerade hallbyggnader och således inte heller i vilken utsträckning de är uppförda med trä-, stål- eller andra typer av stommar. Staffan Brege, Tomas Nord6 och Lars Stehn gjorde ett starkt försök att visa nedbruten statistik över
utvecklingen av träbyggandet i sin prognosrapport ”Industriellt byggande i trä - nuläge och prognos mot 2025” men uppgav att dom, liksom jag, stötte på svårigheter att finna relevant statistik. SCB och andra organisationer presenterar bygglovsstatistik för ”lokaler” av vilka hallbyggnader dock bara utgör en bråkdel. Bygglovsstatistiken hos Karlstads kommun återfinns, enligt Penttinen7, inte heller i nedbruten form utan omfattar, liksom framgår av SCB:s statistik, endast ”lokaler”. För att ge ett hum om fördelningen så gör Åstedt8 en grov uppskattning av att nyproducerade hallbyggnader i Sverige idag uppförs med 80 %
stålstommar varav resterande 20 % utgörs av andra material. Även Wilded9 bidrar med en uppskattning att trästommar står för 10 - 15% av marknaden för aktuell byggnadstyp i dagsläget. Att representanter från stål- och träindustrins uppskattningar, oberoende av
varandra, befinner sig i samma snäva intervall medför en viss sannolikhet att verkligheten ser ut på det sättet.
6 Tomas Nord, universitetslektor för institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, Linköpings universitet, 2019-01-22.
7 Mats Penttinen, administratör bygglovsenheten stadsbyggnadsförvaltningen, Karlstadskommun, 2019-01-24.
8 Björn Åstedt, VD, SBI (stålbyggnadsinstitutet), 2019-01-14.
9 Daniel Wilded, produktionschef Martinsons byggsystem ab, intervju 2019-01-29
2.2. Materialval
Vid nyproduktion av en hallbyggnad är det vanligt att beställaren styr valet av material men det är inte alltid fallet då entreprenören likaväl kan vara den som väljer material vid en totalentreprenad. Av utförd enkät, se avsnitt 1.6.2, framgår tydligt att kostnaden är en
överordnad parameter, bland de jämförda, som motiverar valet av material för såväl beställare som entreprenörer. Lundberg10 verifierar enkätresultatet och uppger att det är priset som driver efterfrågan. Bilden hos beställarna och entreprenörerna, uppger han, är att det är mer kostnadseffektivt att uppföra hallbyggnader, likt den som omfattas av den här studien, i stål.
Anledningen är, enligt Lundberg, bl.a. att det är en bransch med inarbetade vanor som är allmänt trög att ställa om och att importerat stål sänker materialkostnaderna. I den aktuella typen av byggnader råder sällan några brand- eller ljudkrav men i de fall brandkraven ökar eller att det ställs andra krav p.g.a. t.ex. en korrosiv miljö eller liknande så blir plötsligt trä konkurrenskraftigt ekonomiskt mot stålet då man med enkla medel kan uppnå dessa krav med trä men att det kräver ganska dyra lösningar för stålet, ett påstående som styrks i studien
”Skog eller gruva: En kostnads- och miljöjämförelse mellan limträ och stål som bärande stomme i en”. I studien visade resultatet på att materialkostnaden för stålet blev ca 19% högre varav brandskyddsmålning utgjorde 35% av kostnaden (Högberg & Holtug, 2016).
Utöver BBR:s funktionskrav ställer fler intressenter krav på stommaterial, utformning och produktionsmetod. En prefabproducent vill ha en så enkel och billig tillverkning som möjligt.
En entreprenör eftersträvar en resurseffektiv produktion med låga kostnader, korta
enhetstider, låg arbetskraft, god arbetsmiljö och låg materialanvändning. En beställare vill uppfylla myndigheters och egna funktionskrav så billigt och snabbt som möjligt. En brukare vill ha god komfort, säkerhet och god akustisk miljö samt slippa obehagliga nedböjningar, gungningar och sviktningar. Av de ställda kraven är det flera som är motstridiga och kan leda till kompromisser konstruktivt men det ger en god överblick över svårigheterna att bestämma ett stommaterial (Samela, 2003). Tilläggas bör att större krav ställs på hållbart byggande och klimatpåverkan idag än för perioden då rapporten skrevs, 2003.
När det kommer till valet av stomsystem inför uppförandet av en byggnad så är det en komplex process med många parametrar att ta ställning till innan beslutet fattas. Det handlar om parametrar som byggtid, vikt, klimatpåverkan, energiförbrukning, våningshöjd,
klimatkomfort, transportmöjligheter, leveranstid, årskostnad, ljud- och brandklassificering, installationsutrymme, flexibilitet i planlösningen och tillgång till arbetskraft mm. (Simmons, 2003).
KL-trätekniken infördes i Sverige av Martinsons 2003 men redan 1965 - 1970 utvecklade man sin limträfabrik (Martinsons, u.d.), Setra group startade sin limträverksamhet i Långshyttan 1965 (Setra-group, Långshyttan, u.d.) och Moelven köpte 1982 upp Töreboda limträ ab som varit verksamma i Sverige sedan tidigare (Moelven, u.d.). Dessa tre limträleverantörer har sedan dess erbjudit marknaden komponenter för hallbyggnader. I stort sett samtliga typer av hallbyggnader finns representerade i dessa leverantörers sortiment av standardiserade
stomtyper, specialtillverkade element och referenslistor vilket innebär att tekniken har funnits i över 50 år i Sverige. År 2015 var Martinssons i norrländska Bygdsiljum enda inhemska
10 Lars Lundberg, key account manager, Martinsons, 2019-01-24
producenten av KL-träelement för den svenska marknaden med en kapacitet om 7500m3 per år (Brandt, 2015). Enligt internet så är det från Martinssons fabrik i Bygdsilijum ca 704 km till Stockholm, ca 1048 km till Göteborg och ca 1313 km till Malmö. Där av uppkom relativt stora transportkostnader för byggnader med KL-trä. Dock var efterfrågan större än Martinsons utbud och då importerades KL-träelement bl.a. från Stora Ensos fabriker i Österrike. I
dagsläget har eller ska flera träkomponentsleverantörer bredda sitt sortiment med
egenproducerat KL-trä för att möta den ökade efterfrågan. Martinssons invigde sin nya linje i mars 2017 vilken ökade deras kapacitet med 14 500 till 22 000m3 per år. I ett
pressmeddelande tillkännagav Setra-group, som tidigare förmedlat andra aktörers KL-trä, att de börjar bygga en egen fabrik i Långshyttan, Dalarna, 2020 med en kapacitet på 55 000 m3 per år (Setra-group, 2018). Även Södra presenterade att de 2019 bygger en fabrik på Värö, några mil söder om Göteborg med en kapacitet av 15 000 m3 per år (Södra, 2018) och
slutligen har Stora Enso, utanför Karlstad, uppfört en anläggning med kapacitet att producera hela 100 000 m3 per år (Stora Enso, 2017a). Samtliga av de nämnda KL-träproducenterna tillverkar även längdformvaror av trä i form av limträ. Enligt författaren så är Sveriges inhemska produktionskapacitet av KL-trä, sammantaget, på väg att gå från 7 500 till 192 000 m3 per år. Även hur producenterna placerat sina fabriker geografiskt är fördelaktigt då kortare transportsträckor och lägre leveranstider borgar för ett mer hållbart och rationellt byggande samt drastiskt lägre kostnader för beställaren.
Figur 10: Illustration av KL-träproducenternas kapacitet och geografiska läge. Karta från Wikimedia, (2015).
2.3. Klimatpåverkan
”Det verkar alltid omöjligt tills det är gjort”
-Nelson Mandela
Enligt Sveriges byggindustrier så finns det en etablerad uppfattning om att 15 % av en byggnads energianvändning kan härröras från produktionsskedet och 85 % från bruksskedet.
Sannolikt är det av den anledningen som utvecklingen snabbt går framåt för att minska energianvändningen i bruksskedet genom att använda mindre fossil primärenergi, effektivare uppvärmningssystem och tätare konstruktioner med mer isolering mm. Dock har inte
utvecklingen skett i samma takt eller omfattning i produktionsskedet där pris- och Södra
Stora Enso Setra Martinsons
kostnadspressade projekt leder till rationella lösningar för parametrar som ekonomi och utförandetid; lösningar som sällan är lika rationella för klimatpåverkan. Utvecklingen i bruksskedet har lett till att glappet i energianvändningen mellan bruks- och produktionsskedet har minskat radikalt och de är nu minst lika stora sett till en byggnads kalkylperiod om 50 år (IVA, 2014).
Producenter och leverantörer av byggmaterial redovisar, trots avsaknaden av krav, i allt större utsträckning EPD:er (miljövarudeklarationer) i sin produktdokumentation för att möta olika intressenters informationskrav bl.a. när det kommer till hållbar upphandling. En EPD har till syfte att presentera jämförbar, kvalitetssäkrad och relevant indata om hur olika material och tjänster påverkar miljön (IVL, 2017). Enligt Liljenström et.al (2015) så finns direktiv för hur en EPD ska utformas i standarden ISO-EN 15978. Där definieras bl.a. byggnadens
systemgränser, se Figur 11, som skall beaktas vid bedömningen av ett materials klimatpåverkan i kg CO2-ekv/enhet.
Figur 11: Schematisk redovisning över en byggnads systemgränser i ett livscykelperspektiv baserad på SS-EN 15978 som skall beaktas bl.a. vid bedömningen av ett materials klimatpåverkan i kg CO2e./enhet.
En EPD för ett material utformas utifrån en LCA (livscykelanalys) som vanligtvis utförts av en extern konsult. För att dokumentet ska godkännas och publiceras i det internationella EPD- systemets databas så krävs att en granskning och verifiering utförs av en oberoende part (Environdec, U.Å.).
Det är långt ifrån alla som motiverar sina materialval utifrån materialens
klimatvarudeklarationer. Staten har dock börjat se sig om efter lämpliga styrmedel för att få bukt med problemet. Boverket utförde, på uppdrag av regeringen, utredningen
”Klimatdeklarationer av byggnader” 2018 där syftet var att se över hur en lagstiftning om klimatdeklarationer av byggnader vid nyproduktion och renovering skulle kunna se ut. I lagförslaget framgick bl.a. att klimatdeklarationen ska utformas enligt Figur 11 med bakgrund i LCA:er. Vidare föreslogs att posterna A1‐A3, se Figur 11, blir obligatoriska och att A4‐D blir frivilliga. Slutligen så föreslogs att lagen i ett första skede skulle omfatta lokaler och flerbostadshus för att sedermera även omfatta småhus. De delar av byggnaden som föreslogs bli obligatoriska var klimatskärm, stomme, samt garage och källare (Boverket, 2018).
Den nybildade regeringen kom i januari 2019 överens om ett gemensamt dokument kallat
”Januariöverenskommelsen” där punkt 48 löd ”Ställ minimikrav vid byggande utifrån ett livscykelperspektiv. Öka byggande i trä. Inför krav på klimatdeklarationer för klimatbra byggande” (Socialdemokraterna, 2019).
Ett antagande av lagförslaget skulle enligt författarens mening vara ett starkt incitament för beställare och entreprenörer att välja trä som byggnadsmaterial.
En kontroversiell del av klimatvarudeklarationerna är biogent kol. Under sin livstid
absorberar träden luftburet kol ur atmosfären i form av koldioxid. Genom fotosyntesen binds kolet i trädets masstruktur och syret emitteras tillbaka till atmosfären igen. Varken vid råvaruanskaffningen eller förädlingen av trämassan frigörs detta kol utan det byggs in och lagras i byggnaden till dess att byggnadens livslängd passerat. En träråvarubaserad produkt ses därför som ett lager av kol under hela sin livslängd. Trävaruprodukten kan därefter
återanvändas eller energiåtervinnas vilket är en mindre klimatbelastande energikälla än fossilt kol (DS M2016/00703/Kl). Det kontroversiella är att det i dagsläget är tillåtet att subtrahera den biogena kollagringen från klimatpåverkan vilket medför att trävaror kan erhålla negativa värden. Detta föreslår Boverket i sitt lagförslag att man inte ska tillåta utan det biogena kolet ska endast få presenteras som en parentes till det ”verkliga” resultatet (Boverket, 2018).
Ett sätt att minska klimatpåverkan från byggprocessen är att använda trä i större utsträckning och, i den mån det är möjligt, ersätta klimatbelastande och energikrävande produkter som stål och betong. Studier visar på att det är mer effektivt att förädla skogen till byggmaterial, återplantera och använda spill och rester till biobränsle än att låta skogen stå orörd som ett passivt kollager (Bergquist, 2008).
2.4. Översiktliga krav på en lagerlokal i ett plan
BBR (Boverkets byggregler) och BKR (Boverkets konstruktionsregler) trädde i kraft den första januari 1994 och ersatte tidigare NR (Boverkets nybyggnadsregler). Syftet var att, genom byte från materialbaserade till funktionsbaserade krav, främja teknikutveckling och sänka priserna på byggnader (Boverket, 2018a). BBR:s funktionskrav, såväl de allmänna som de specifika, kan uppfyllas med flera olika metoder för, de i studien, jämförda materialen och konstruktionerna. Val av metod beror av flera faktorer, såväl kvantitativa t.ex. kostnad och specifika krav, som kvalitativa t.ex. estetik och arkitektoniska förutsättningar. Därför finns inga generella riktlinjer över vilken metod som är bäst eller sämst utan ett ställningstagande måste göras av beställaren i varje enskilt fall. I detta avsnitt redovisas funktionskraven i BBR för en hallbyggnad i ett plan med lagerverksamhet och under avsnitt 2.5 presenteras några vanligt förekommande metoder för att uppfylla dom.
2.4.1. Brand
Enligt Boverkets författningssamling (BFS 2011:6 kap 5 §1) ska byggnader allmänt “utformas med sådant brandskydd att brandsäkerheten blir tillfredsställande. Utformningen av
brandskyddet ska förutsätta att brand kan uppkomma. Brandskyddet ska utformas med betryggande robusthet så att hela eller delar av skyddet inte slås ut av enskilda händelser eller påfrestningar.”
Enligt BFS 2011:6 kap. 5:2 delas byggnader in i olika verksamhets- och byggnadsklasser beroende på hur byggnadens utformning och verksamhet kan tänkas påverka personskyddet.
Verksamhetsklasserna delas in i 1 - 6 med vissa undergrupper där 1 är lägst och 6 är högst
avseende risk, t.ex. har ett litet kontor verksamhetsklass 1 medan en vårdlokal har
verksamhetsklass 5. På liknande sätt delas byggnadsklasserna in i 1 – 3 där 1 motsvarar högst risk och 3 lägst risk.
En byggnad med lagerverksamhet faller in under verksamhetsklass 1. Har den därtill endast en våning så uppfyller den byggnadsklass Br3. Den får även ha ett entresolplan med en area av max 500m2 eller för att uppfylla Br3 (BFS 2011:6 kap 5 §211
& §22).
Boverkets regelsamling avseende brand baseras på Eurokod EN-13 501 som beskriver fyra huvudområden som ska beaktas vid branddimensionering (B Östman 2012, s13):
1. Brandklass för ytskikt
Enligt BFS 2011:6 kap 5 § 521 & ar ska ”material i tak, väggar, golv och fast inredning ska ha sådana egenskaper eller ingå i byggnadsdelar på ett sådant sätt att de – är svåra att antända, – inte medverkar till snabb brandspridning, – inte snabbt utvecklar stora mängder värme eller brandgas, – inte deformeras vid ringa brandpåverkan så att fara kan uppstå, – inte faller ned eller på annat sätt förändras så att risken för personskador ökar, – inte smälter och droppar utanför brandhärdens omedelbara närhet. Kravnivån på material beror på den mängd värme och brandgas som kan tillåtas utvecklas i byggnaden”.
Materialen delas in i huvudklasserna A-F (där A1 och A2 är obrännbara material),
rökklasserna s1-s3 och droppklasserna d0-d2. En byggnad som utformas i Br3 bör uppfylla brandteknisk klass D-s2,d0 i väggarnas och innertakets ytskikt. För fasadbeklädnader bör lägsta ytskiktsklass D-s2,d0 uppfyllas för att förhindra utvändig brandspridning (BFS 2011:6 kap 5 § 552 & ar).
2. Brandmotstånd hos konstruktioner.
Enligt BFS 2011:6 kap 5 § 231 delas byggnadsdelar in i olika klasser beroende på de olika funktionerna bärighet, täthet och isoleringsförmåga. Funktionerna kombineras med en siffra t.ex. 30, 60 eller 90 etc. motsvarande den tid byggnadsdelen förväntas motstå en
standardbrand men kan även kombineras med andra parametrar för strålning, mekanisk påverkan mm för det enskilda elementet.
Enligt EKS-10 dvs. Boverkets föreskrifter om tillämpningen av europeiska
konstruktionsregler, uppfyller en byggnad i Br3 brandsäkerhets klass 1. Det betyder att risk för personskada vid kollaps av byggnadsdelen är ringa och att brandskyddskravet på byggnadens bärverk är ”R0”, enligt punkt 2 ovan, (BFS 2015:6 kap. 1.1.2 §2). I
byggnadsklass Br3 finns krav på avskiljande delar i brandceller motsvarande EI-30. Detta krav infördes för att säkerställa en viss kvalitet på den brandavskiljande konstruktionen (Thor, 2012). Saknar byggnaden brandcellsindelning så faller det kravet bort.
3. Brandskyddande förmåga hos beklädnader
Med beklädnad menas i brandteknisk mening ”skikt som är fäst på material och som bedöms med hänsyn till sin förmåga att vid brand fördröja eller hindra det brännbara materialets antändning” (Winberg, 2014).
