Global stabilisering av volymbyggda trähus

2007:210 CIV

E X A M E N S A R B E T E

Global stabilisering av volymbyggda trähus

Linda Ytterberg

Luleå tekniska universitet

Civilingenjörsprogrammet

Väg- och vattenbyggnadsteknik

Global stabilisering av volymbyggda trähus

Linda Ytterberg

Luleå tekniska universitet Institutionen för samhällsbyggnad

Civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnadsteknik Avdelningen för byggkonstruktion

Luleå, Mars 2007

Förord

Förord

Detta examensarbete på 20 poäng ingår som avslutande del i utbildningen civilingenjör i Väg- och vattenbyggnadsteknik med inriktning mot konstruktion vid Luleå tekniska universitet.

Arbetet initierades tillsammans med Helena Johnsson och Lars Stehn vid Luleå tekniska universitet, efter en allmän efterfrågan hos verksamma entreprenörer i branschen. Studierna påbörjades vid årsskiftet 2006/2007 och är tänkt att utgöra en grund för fortsatt forskningsarbete för volymbyggda trähus.

Examensarbetet är en del av tre. Denna del handlar om global stabilisering av volymbyggda trähus, de andra två handlar om skivverkan i volymbyggda trähus samt brandskydd av väggar i volymbyggda trähus. Denna del riktar sig åt företaget Lindbäcks Bygg AB och deras typhus Duo.

Jag vill härmed tacka de personer som har hjälp mig med detta arbete,

Ett stort tack riktas till Helena Johnsson, handledare och examinator, för all rådgivning och hjälp. Ett tack riktas även till Lars Stehn, Anders Björnfot och Mikael Forsell för att ni ställt upp och avsatt tid till att hjälpa till med det här arbetet.

Ett tack riktas även till Carl Juhlin och Markus Lind för deras hjälp och trevliga sällskap.

Deras examensarbeten är utmärkta komplement till detta arbete.

Ett slutligt tack riktas till min familj och mina vänner.

Luleå, Mars 2007

Linda Ytterberg

Sammanfattning

Sammanfattning

År 1994 fick Sverige en ny byggnorm som tillåter obegränsad användning av trä i bärande stommar om funktionskraven uppfylls (Östman et al., 1999). Innan dess hade trä som bärande system tillåtits i upp till två våningar, vilket var en följd av att bränder orsakat stora problem i flera svenska städer.

Dagens byggande strävar mer och mer mot att bygga så effektivt som möjligt med så kort byggtid som möjligt. Ett sätt att bygga effektivt och få kort tid på byggarbetsplatsen är att använda sig av prefabricerade volymer som monteras ihop till flervåningshus på byggarbetsplatsen. Idag finns en efterfrågan på flervåningshus i trä högre än fyra våningar och branschen anpassar sig snabbt till kundens önskemål. (Johnsson et al, 2004)

Vid volymbyggnad kan det stabiliserande systemet delas in i ett lokalt- och ett globalt stabiliserande system. Det lokala systemet är varje volyms stabilitet. Det globala systemet är en hel byggnads stabilitet. Det lokala systemet måste vara stabilt för att det globala systemet ska kunna föra krafter vidare mellan volymerna.

Syftet med arbetet är att studera stabiliseringen av volymbyggda flervåningshus i trä. Den globala stabiliseringen studeras med syftet att kontrollera dagens lösning på den globala stabiliteten på referensprojektet Kv. Dobben 1 i Haparanda samt att utveckla en beräkningsmodell för LBABs nya typhus Dou5.

Arbetet har bedrivits som en litteraturstudie, därutöver har också studiebesök, beräkningar och muntliga frågor använts.

Beräkningar på referensprojektet Dobben 1 i Haparanda visar att den globala stabiliteten för en hel byggnad måste kontrolleras eftersom ett volymtorn inte klara av att stabilisera sig själv.

Det är inte än utrett hur överföringen av krafterna mellan olika volymtorn sker därför är beräkningsmodellen för duokonceptet idag uppbyggt på att varje volymtorns stabilitet kontrolleras, vilket leder till att programmet ger utslag, EJ OK!

Beräkningsprogrammet är uppbyggt med hjälp av ritningar från Kv. Dobben 1 i Haparanda,

men är tillämpbart på typhusen Duo4, Duo5 och Duo6. Beräkningsmodellen är inte ännu

komplett och en vidare utveckling med införande av antalet volymer i bredd och längd behövs

för att få en slutgiltig beräkningsmodell.

Abstract

Abstract

In year 1994 Sweden got a new law change that allows houses with timber frame to be built higher than two storeys if certain function based fire safety requirements are fulfilled according to Boverkets konstruktionsregler (1994) (Swedish construction code). Before 1994 it was not allowed to build houses with timber frame higher than two storeys, because of large scale fires which caused a lot of destruction in many Swedish cities during the 19

century.

Today construction firms have the ambition to build more and more efficient with as short time at the construction site as possible. One way to do this is by using prefabricated modules which assembles to multistorey buildings at the construction site. Today most of the market demands can be covered with houses between one and five storeys.

In modular buildings the stability can be divided into global and local stabilisation. The local stability is every modules own stability. The global stability are a hole buildings stability. The local stabilisation must be stable to be able to transfer forces between the modules.

The purpose with this master thesis is to study the stabilisation of modular timber frame houses five storeys high. The global stability is studied with the purpose to check the solution of the global stability in the reference project Kv. Dobben 1 in Haparanda, Sweden and also develop a calculation program for LBAB:s new type house called Duo5.

The research has been pursued as a literature study, completed with study visits, calculations and oral questions.

The calculations done on the reference project Dobben 1 in Haparanda shows that the global stability of the entire building has to be checked because one tower of volumes can not stabilise itself. It is not investigated how the transfer of forces from one tower of volumes to another is done, therefore the calculation program is today made so that every tower of volumes is checked separately, which is not sufficient.

The calculation program is made from blueprints from the reference project Kv. Dobben 1,

but is also applicable to the type houses Duo4, Duo5 and Duo6. The calculation program is

not yet complete and a further development with the introduction of numbers of volumes in

width and length is needed to make a final version of the calculation program.

Innehållsförteckning

Innehållsförteckning

1. Inledning ...1

1.1 Bakgrund ...1

1.2 Syfte ...1

1.3 Mål ...2

1.4 Avgränsningar...2

1.5 Metod ...2

2. Trävolymbyggnad...3

2.1 Produktionsmetoder ...3

2.2 Lindbäcks Bygg AB ...6

2.3 Konstruktionssystem för trävolymbyggnad ...8

2.4 Systembeskrivning trävolymbyggnad ...8

3. Horisontalstabiliserande system...11

3.1 Skivverkan ...13

3.1.1 Väggar ...13

3.1.2 Kraftfördelning...15

3.1.3 Skivverkan i flervåningshus...16

3.2 Beräkningsmodell för skivverkan ...18

4. Horisontalstabilisering av volymbyggda höga trähus ...19

4.1 Global stabilisering ...19

4.2 Lokal stabilisering...19

5. Stabilisering och bärning av volymbyggda höga trähus ...21

5.1 Stjälpning och friktion...21

5.2 Fördelning av last till olika skivlager...22

5.3 Väggreglar ...22

5.3.1 Bärförmåga i böjning...22

5.3.2 Bärförmåga vid knäckning...22

5.4 Golvbjälkar ...23

5.4.1 Dimensionering i brottgränstillstånd ...23

5.4.2 Dimensionering i bruksgränstillstånd...23

6. Kv. Dobben 1 Haparanda...25

6.1 Konstruktionssystemet för Dobben 1...26

6.1.1 Vertikal lastupptagning...26

6.1.2 Horisontell lastupptagning ...26

7. Skivor ...27

7.1 Gipsskivor...27

7.2 Plywood...27

7.3 Spån- och träfiberskivor ...28

7.4 OSB (Oriented Strand Board)...28

8. Korridormodellen ...31

9. Resultat och analys ...35

9.1 Skillnader mellan de olika modellerna...35

9.2 Hur utarbetades beräkningsmodellen för duokonceptet? ...36

9.2.1 Antal våningar...36

9.2.2 Vertikala laster ...36

9.2.3 Horisontella laster ...39

9.2.4 Väggreglar ...40

9.3 Kv. Dobben 1 i Haparanda ...41

Innehållsförteckning

11. Referenser ...45

11.1 Tryckta källor...45

11.2 Elektroniska källor ...45

11.3 Muntliga källor ...46

Bilagor ...45

Bilaga A - Beräkningsmodell för Duomodellen ... 17 sidor

Bilaga B - Rapportering till Duomodellen ... 2 sidor

Inledning

1. Inledning

1.1 Bakgrund

År 1994 fick Sverige en ny byggnorm som tillåter obegränsad användning av trä i bärande stommar om funktionskraven uppfylls (Östman et al., 1999). Innan dess hade trä som bärande system tillåtits i upp till två våningar, vilket var en följd av att bränder orsakat stora problem i flera svenska städer.

Dagens byggande strävar mer och mer mot att bygga så effektivt som möjligt med så kort byggtid som möjligt. Ett sätt att bygga effektivt och få kort tid på byggarbetsplatsen är att använda sig av prefabricerade volymer som monteras ihop till flervåningshus på byggarbetsplatsen, Figur 1-1

Figur 1-1: Montering av volymer på byggarbetsplatsen.

De funktionskrav som finns säger att hus upp till fyra våningar ska klara brand i 60 minuter, hus med fem till åtta våningar måste klara brand i 90 minuter. På grund av detta krav har byggandet av volymbyggda flervåningshus i trä hållits inom gränsen av högst fyra våningar.

Idag finns en efterfrågan på flervåningshus i trä högre än fyra våningar och branschen anpassar sig snabbt till kundens önskemål. (Johnsson et al, 2004)

En ökning av våningsantalet leder till större vindbelastning, ett problem med ökande våningar är därför stabilisering av byggnaden. Vid byggande av flervåningshus i trä används väggbeklädnad i form av gipsskivor och plywoodskivor i det stabiliserande systemet. (Forsell, 2006)

Vid volymbyggnad kan det stabiliserande systemet delas in i ett lokalt- och ett globalt stabiliserande system. Det lokala systemet är varje volyms stabilitet. Det globala systemet är en hel byggnads stabilitet. Det lokala systemet måste vara stabilt för att det globala systemet ska kunna föra krafter vidare mellan volymerna.

1.2 Syfte

Syftet med denna rapport är att studera stabiliseringen av volymbyggda flervåningshus i trä.

Inledning

stabiliteten på referensprojektet Kv. Dobben 1 i Haparanda samt att utveckla en beräkningsmodell för LBAB:s nya typhus Duo5.

1.3 Mål

Målet är att skapa en grund för kommande forskningsarbete i stabilisering av volymbyggda trähus samt att verifiera att dagens lösningar för stabilisering av höga volymbyggda trähus fungerar.

1.4 Avgränsningar

Studien är avgränsad till stabilisering av prefabricerade flervåningshus av lätta trävolymer.

Svenska byggnormer och byggmaterial används i studien. Enbart hus upp till fem våningar med Lindbäcks Bygg AB:s (LBAB) byggsystem Duomodellen behandlas i denna studie. Inga laborativa försök har utförts under arbetets gång. Samtliga beräkningar har utförts i Excel med hjälp av indata från referensprojektet Dobben 1 i Haparanda. Inga FEM-beräkningar har utförts.

1.5 Metod

De nödvändiga kunskaper som behövs för arbetets genomförande har inhämtats genom litteraturstudier för att ge ökad kunskap inom områden som behandlar stabilisering av byggnader, samt bygghandlingar i from av ritningar från LBAB och Arkitekthuset Monarken.

Muntliga källor väl insatta i produktion av volymbyggda flervåningshus med lätt träregelstomme har varit en del av datainsamlingen. Dessa källor är forskare och professorer från universitetet och även fabrikschef, projekteringsansvarig samt personer på marknadssidan hos LBAB.

Studiebesök har skett vid tre tillfällen. Fabriken vid LBAB i Piteå besöktes, för att få insikt i hur produktion och hantering av färdiga volymer går till. Monteringsskedet har studerats vid ett besök på byggarbetsplatsen vid Vänortsvägen på Porsön i Luleå. Studiebesöket på Vänortsvägen utfördes för att få mer kunskap och förståelse i hur själva monteringen går till.

Även ett studiebesök vid referensprojektet Dobben 1 i Haparanda har utförts för att få en helhetsbild och en verklighetskoppling till projektet.

Den beräkningsmodell som har utarbetats har programmerats i Excel. Beräkningsmodellen är

en omarbetning av en tidigare modell som Anders Björnfot gjort för LBAB:s typhus

korridormodellen.

Trävolymbyggnad

2. Trävolymbyggnad

2.1 Produktionsmetoder

Produktion av flervåningshus med en lätt stomme av trä kan ske enligt två huvudsakliga produktionsmetoder. Antingen sker produktionen industrialiserat där prefabricerade element/volymer produceras i fabrik och skickas ut på byggarbetsplats, eller så byggs den helt och hållet på plats. Industrialiseringen kan vara svår att definiera, t.ex. kan väggelement förtillverkas medan bjälklagen byggs på plats. (Bergström, 2001)

Skillnaden mellan de olika graderna av industrialisering illustreras i Figur 2-1.

Figur 2-1: Platsbyggnad, elementprefabricering och volymprefabricering, (Höök, 2005).

När husen tillverkas och sätts ihop först på byggarbetsplatsen kan platsbyggnad antas råda,

dock levereras takstolarna som regel alltid prefabricerade som färdiga element. Virke

levereras till byggarbetsplatsen där det lyfts upp till varje våningsplan allt eftersom dessa

färdigställs. På varje våningsplan tillverkas därefter väggarna till respektive våning och reses

på plats. Detta medför att virket blir väderexponerat under byggtiden, förutsatt att inget

väderskydd används. (Bergström, 2001)

Trävolymbyggnad

Figur 2-2: Prefabricerade skivelement monteras under väderskydd.

Att förtillverka skivelement (vägg- och bjälklagselement) i fabrik och montera ihop dessa till färdiga byggnader på byggarbetsplatsen används idag framgångsrikt av NCC Komplett, Figur 2-2. Metoden ger en något högre flexibilitet avseende öppna ytor i lägenheter än den med prefabricerade volymelement. (Anheim, 2007)

Produktion av volymelement är att betrakta som ytterligare ett steg längre i graden av

industrialiserat byggande, Figur 2-3. Volymelement är väggelement och bjälklagselement som

i fabrik monteras ihop till färdiga volymer innan dessa monteras samman på

byggarbetsplatsen, Figur 2-4. De transportbegränsningar som finns på svenska vägar, där

fordonets bredd, höjd och längd regleras av Vägverket. Över en viss gräns krävs poliseskort,

vilket LBAB vill undvika. Av denna anledning byggs volymerna enligt Forsell (2007) inte

större än 3,7 m i invändigbredd, 8,4 m i invändiglängd och 4,15 m utvändigbredd, vilket

försämrar förutsättningarna för öppna och stora rum. Om dessa mått överskrids krävs

poliseskort för att kunna transportera volymerna. Förtillverkningen av volymerna kan ske likt

för elementprefabricering; antingen i stationära fabriker eller i temporära fabriker ute i fält,

(Persson, 1998).

Trävolymbyggnad

Figur 2-3: Volymens beståndsdelar.

Kostnader för väderskydd för byggande av volymträhus reduceras betydligt eftersom tiden ute på byggarbetsplatsen fram till det att yttertaket är monterat oftast blir betydligt kortare än vid elementprefabricering. Eftersom känsliga ytor som tapeter och parkettgolv täcks in med ett takbjälklag, blir konsekvenserna utan väderskydd mindre omfattande. Eventuellt kan väderskydd sparas in om stor flexibilitet råder vid montering och arbete undviks vid dåliga väderförhållanden. Dock kan uteblivet arbete medföra en stor kostnad.

Figur 2-4: Montering av skivelement till färdig volym.

Trävolymbyggnad

2.2 Lindbäcks Bygg AB

År 1924 startades ett sågverk i en by utanför Piteå. Det var då som familjen Lindbäck från Blåsmark lade grunden till vad som idag är Lindbäcks Bygg AB. Sågverket utökades successivt till att även omfatta byggande i begränsad omfattning. Byggandet ökade så småningom och sågverksamheten minskade. Efter andra världskriget renodlades byggverksamheten och effektiviserades. Efter en tid bestod verksamheten av prefabricerade ytterväggar, mellanväggar och bjälklag. Detta effektiviserades ytterligare, och lagom till de nya funktionsbaserade byggreglerna som infördes 1994 började LBAB tillverka färdiga volymer i fabrik för produktion av flerbostadshus i trä, Figur 2-5. LBAB använder sig idag av modern teknik och satsar på forskning och utveckling för att främst utveckla byggtekniker och produktionsmetoder. (Olofsson m.fl., 2004)

Figur 2-5: Lindbäcks Bygg AB, Piteå.

Omsättningen för LBAB uppgick år 2006 till 270 MKr, och företaget hade då c:a 120 anställda. I fabriken producerades vid årsskiftet 2006/2007 c:a 125 kvm lägenheter varje dag.

Detta kommer att utökas till c:a 200 kvm varje dag vid månadsskiftet april/maj 2007. Vid denna tidpunkt har en ny automatiserad produktionslinje byggts och utvecklats fullt ut.

(Forsell, 2007)

De flesta av LBAB:s leveranser går till Mälardalen och centrala Stockholms utkanter. Några exempel på kunder är: HSB, Stiftelsen Stockholms Student Bostäder, Svenska Bostäder samt även en del privata fastighetsägare som exempelvis Lindbäcks Hyresfastigheter AB. (Forsell, 2006)

Verksamheten vid LBAB är enligt Olofsson m.fl. (2004) indelad i fem avdelningar.

• Projekteringsavdelningen ansvarar för offertarbetet, upphandlingen, projektering samt bestämmer inköpskvantiteter och behov av produktionskapacitet.

• Försäljningsavdelningen sköter försäljningen av nya objekt samt håller kontakten med

gamla och nya kunder.

Trävolymbyggnad

• Projektavdelningen ansvarar för arbetet på byggarbetsplatsen, där platschefen har det yttersta ansvaret.

• Produktionsavdelningen ansvarar för produktionen i företagets fabrik i piteå.

Produktinscheferna planerar produktionen i fabriken. Denna person har också ansvar för planering av transporten från fabrik till byggplats.

• Inköpsavdelningen sköter upphandling av material och tjänster; årsavtal, offertinköp samt underentreprenader till fabriken och till byggplats.

Den industriella byggtekniken som LBAB använder sig av har många fördelar. Det ger en kortare byggtid totalt sett, men även en kortare process ute på byggarbetsplatsen. Detta bidrar bl.a. till en trevligare boendemiljö för intilliggande bostäder. Fabriksbyggda bostäder ger också goda förutsättningar för ett torrt byggande. (Forsell, 2006).

Produktionen vid LBAB består enligt Forsell (2006) främst av studentbostäder, hotell, flerbostadshus med två till fem våningar och seniorbostäder.

När volymerna färdigställts lastas dessa för transport till byggarbetsplatsen. Varje lastbil transporterar tre volymer. När volymerna anländer till byggarbetsplatsen är mark- och grundarbeten färdigställda av anlitad underentreprenör. Vägen från tillverkning till montering på byggplats visas i Figur 2-6.

Figur 2-6: Tillverkning och montering av volymelement, (Höök, 2005).

Trävolymbyggnad

2.3 Konstruktionssystem för trävolymbyggnad

I fabrik produceras skivelement i form av väggar, bjälklag och innertak. Därefter monteras dessa element samman till en volym bestående av en hel eller en del av en lägenhet.

Volymerna färdigställs i fabriken med yttre väggbeklädnad

, golvbeläggning, inredning samt installationer som VVS-, ventilation-, och elinstallationer. (Forsell, 2006)

Det finns två olika volymtyper som brukar skiljas åt, torra och våta volymer. De våta volymerna innehåller våtutrymmen som exempelvis badrum och kök, medan de torra volymerna utgörs av sovrum, vardagsrum, etc. Vid produktion av studentbostäder, där en hel lägenhet utgörs av en och samma volym, görs ingen skillnad mellan torra och våta volymer, utan sovrum, kök och badrum finns i en och samma volym. Det är enbart vid produktion av större lägenheter som denna uppdelning sker.

När volymerna färdigställts transporteras de ut på byggarbetsplatsen där de monteras samman till en färdig funderande byggnad, Figur 2-7.

Figur 2-7 : Montering vid byggarbetsplats

2.4 Systembeskrivning trävolymbyggnad

Ett volymelement består vanligtvis av fyra bärande väggar som omsluter ett golvbjälklag (GB) och ett innertak (TB). Väggarna utgörs av ytterväggar (YV) och volymskiljande väggar (VSV), Figur 2-8. Volymelementen kan även innehålla icke bärande mellanväggar (MV), vilka används endast som rumsavskiljande funktion.

1

Putsad fasad åtgärdas på byggarbetsplatsen.

Trävolymbyggnad

Figur 2-8: Benämning av enheter och väggar.

De bärande väggarna har till uppgift att bära de vertikala lasterna bestående av bl.a.

byggnadens egentyngd, nyttiga laster, snölaster samt även stabilisera byggnaden mot horisontella laster bestående av vindlaster och snedställningskrafter.

De horisontella lasterna transporteras genom skivverkan av bjälklag och bärande väggar i varje volym för sig. Volymerna utsätts enbart för de vindlaster som verkar mot dess egna väggar, samt mot ovanliggande volymer/yttertak. För att förhindra att den översta volymen glider av den underliggande utnyttjas friktion mellan volymerna. Denna friktionskraft belastar i sin tur den underliggande volymen men en horisontell kraft i höjd med takbjälklaget, Figur 2-9.

Figur 2-9: Överföring av horisontella laster genom skivverkan.

Trävolymbyggnad

Golvbjälklag och takbjälklag fästs in i volymernas långsideväggar för att fördela de vertikala lasterna på ett effektivt sätt. Takstolarnas bäring och placering beror på byggnadens utformning. Vid byggnader med korridorer bärs takstolarna upp av ytterväggarna på långsidan av byggnaden och av väggar som angränsar till korridoren, korridorväggarna som löper i byggnadens längdriktning, Figur 2-10.

Figur 2-10: Vertikal lastupptagning i tak och bjälklag.

Horisontalstabiliserande system

3. Horisontalstabiliserande system

En byggnad utsätts för vertikala och horisontella laster, dessa laster måste föras ner genom byggnaden till grundkonstruktionen på ett säkert sätt. De vertikala lasterna som verkar på en byggnad kommer från snö, egentyngd och nyttig last. Dessa laster förs ner till grunden av pelare eller bärande väggar. För ett flervåningshus med träregelstomme förs de vertikala lasterna ner till grunden via bjälklag och väggreglar. (Johnsson et al, 2004)

De horisontella lasterna som påverkar en byggnad består främst av vindlaster. Ett bidrag till de horisontella lasterna sker även från snedställningskrafter. Snedställningen är sammansatt av en systematisk del α

som är lika för alla pelare, men även en slumpmässig del, α

enligt Figur 3-1. Även de horisontella lasterna måste föras ner till grunden av byggnaden på ett säkert sätt. För att göra detta måste ett stabiliserande system finnas. Om en byggnad inte har ett stabiliserande system kommer den att kollapsa vid horisontell belastning. (Johnsson et al, 2004)

Figur 3-1: Snedställningens systematiska respektive slumpmässiga delar.

Valet av stabiliserande system beror på utformningen av byggnaden, planlösningen, antalet våningar, bärande system mm. Det finns tre olika bärande system som används vid byggandet av trähus, pelar-balksystem, regelväggar eller massiva väggar. (Johnsson et al, 2004)

De vanligaste stabiliseringssystemen består av dragstag av stål, snedsträvor av trä samt

skivverkan av gipsskivor eller träbaserade skivor, Figur 3-2. När skivverkan används

försämras stabiliseringsfunktionen vid öppningar för t.ex. fönster och dörrar. För att förbättra

stabiliseringen runt öppningar används liggande reglar som placeras mellan två stående reglar,

kortlingar. Vid större konstruktioner som hallbyggnader, används vanligtvis dragstag i stål,

vilket är mindre vanligt vid konstruktioner med träregelstomme. Vid vissa träkonstruktioner

som flervåningshusen i Sundsvalls inre hamn används snedsträvor i de

horisontalstabiliserande väggelementen. Det vanligaste horisontalstabiliserande systemet som

används vid byggandet med träregelstomme är skivverkan. Skivverkan används vid både

villor och platsbyggda flervåningshus. (Persson, 1998)

Horisontalstabiliserande system

Figur 3-2: Exempel på system för att ta upp horisontella krafter.

Horisontalstabiliserande system

3.1 Skivverkan

Stabilisering genom skivverkan i väggar och bjälklag innebär att det stabiliserande systemet utgörs av horisontella och vertikala skivor som är sammankopplade till ett tredimensionellt system genom olika former av infästningar och förankringar. (Massivträhandboken, 2006) Skivverkan är när tak, golv eller väggar beklädda med skivor används för stabilisering av byggnader. Skivbeklädnaden ger en styvhet som kan användas vid stabilisering då taket, golvet eller vägget belastas i sitt eget plan. (Carling et al, 1992)

Figur 3-3 visar hur skivverkan i tak och väggar används för att stabilisera en envåningsbyggnad mot vind. När vinden verkar på långsidan tar takskivan upp den vindlast som verkar på övre delen av långsidorna, takskivan överför lasten till gavelväggarna i form av skjuvflöde. Gavelväggarna för i sin tur lasten vidare ner till grunden. Vindlasten som verkar på den nedre halvan av långsidan förs direkt ner till grunden om väggen är styv nog. När vinden verkar på gavelväggen för takskivan vidare lasten till långsideväggarna som för lasten ner till grunden. (Carling et al, 1992)

Figur 3-3: Exempel på stabilisering av en envåningsbyggnad genom skivverkan i tak och väggar, (Carling, 1992).

3.1.1 Väggar

Väggarna i en byggnad transporterar lasterna till grundkonstruktionen genom skjuvning, en

byggnad betraktas som stabil även utan en av de båda kortsidesväggarna. Om detta skulle

inträffa kommer de resterande väggarna att ta upp vindlasten. De krafter som orsakas av

vindlastens excentricitet jämte de lastbärande kortsidesväggarna kommer att tas upp av

långsidesväggarna, Figur 3-4.

Horisontalstabiliserande system

Figur 3-4: Moment tas upp av en vägg vinkelrätt vindlasten, (Carling, 1992).

En vägg består för det mesta av flera ingående skivelement, ofta skilda åt av öppningar för fönster och dörrar. Skivorna monteras mellan dessa öppningar, men även ovan dörröppningar samt ovan och under fönsteröppningar. Vanligtvis försummas den stabiliserande funktionen hos de mindre skivelementen. (Carling et al, 1992)

Gipsskivor är den vanligaste skivbeklädnaden som används vid byggande av bostäder med lätt träregelstomme, även träfiberskivor och spånskivor förekommer. Reglarna i en vägg är oftast stående. I ytterväggar kan dock korsande system av stående och liggande reglar användas för att komma upp i tillräcklig väggtjocklek med tanke på värmeisolering. När stående reglar används monteras dessa vanligtvis våningshöga. I de fall liggande reglar används monteras även skivorna liggande. Figur 3-5 visar hur en regelvägg med stående reglar och stabiliserande skiva kan se ut. Reglarna är ledat infästa till varandra och fungerar som en mekanism och måste därför stabiliseras för att kunna ta horisontell last. (Carling et al, 1992)

Beklädnad som utgörs av träpanel (exempelvis byggnadens yttre väggbeklädnad, eller ett innertak spikat av råspont) kan ta upp mindre krafter, men styvhet och bärförmåga är inte tillräckligt stor för att utnyttjas vid stabilisering. (Carling et al, 1992)

Figur 3-5: Stående skiva på vertikal regelstomme i icke deformerat samt deformerat tillstånd,

(Carling, 1992).

Horisontalstabiliserande system

Skivverkan i tak- och bjälklagskonstruktioner består normallt av plywood- eller spånskivor som understöds av takstolar/takåsar eller golvbjälkar. Skivorna är ofta kontinuerliga över flera stöd och spikas eller skruvas mot underlaget. Skivorna läggs i förband och skarvarna placeras över en golvbjälke eller liknande. För att stora skjuvkrafter ska kunna överföras mellan skivorna är det vanligt att använda kortlingar under tvärskarvarna som skivorna kan spikas i utmed alla fyra kanter. (Carling et al, 1992)

3.1.2 Kraftfördelning

I Figur 3-6 illustreras kraftfördelningen för ett godtyckligt väggelement. Den mittersta figuren illustrerar kraftfördelningen i träregelstommen, och den undre kraftfördelningen i skivorna.

Figuren visar att angränsande skivelement vid träregelväggens nedre kant balanserar varandra.

Figuren visar även att väggen måste infästas vid väggens ändar och vid öppningar för dörrar och fönster eftersom de små skivelementens stabiliserande funktion försummas. (Carling et al, 1992)

Figur 3-6: Schematisk bild av kraftspelet i en vägg, (Carling, 1992).

För att förklara kraftfördelningen i Figur 3-6 illustreras en regelstomme i Figur 3-7. I denna

figur har den spikade/skruvade infästningen ersatts med elastiska fjädrar i varje hörn. När

regelstommen sedan belastas med en horisontell kraft H i regelstommen vid hörn B tänjs

fjädrarna ut i två av hörnen belägna i den långa diagonalen samtidigt som de två återstående

fjädrarna i den korta diagonalen trycks ihop något. Härifrån uppkommer de nedåtriktade

krafterna längs regelväggens sida närmast den påförda lasten i Figur 3-6. (Carling et al, 1992)

Horisontalstabiliserande system

Figur 3-7: Skiva infäst i regelstomme med fjädrar. Belastad, respektive obelastad, (Carling, 1992).

För mindre byggnader med högst två våningar behövs som regel inte byggnadens stabilitet mot horisontella laster kontrolleras genom beräkning. Av tidigare erfarenheter konstateras att huset har tillräcklig stabilitet om ytterväggarna i alla riktningar är försedda med skivbeklädnad på minst ena sidan av stommen. En förutsättning för att detta ska gälla är att de stabiliserande väggskivorna har en höjd som motsvarar minst en våning av huset, samt att skivorna monteras med de rekommendationer som tillverkaren ställer på produkten avseende skruvavstånd och skruvtyp, alternativt spikavstånd och spiktyp. Skulle de bärande väggarna innehålla stora mängder öppningar för fönster, dörrar och liknande, vilket begränsar det stabiliserande systemet genom att skivbeklädnadens storlek och omfattning reduceras, måste dock en bärförmågekontroll med avseende på stabilitet utföras. (Carling et al, 1992)

3.1.3 Skivverkan i flervåningshus

Vid stabilisering mot horisontella laster i flervåningshus är det vanligt att utnyttja skivverkan i bjälklagsskivor, takskivor och väggskivor. Lastupptagningen fungerar genom att de horisontella lasterna från vindutsatt vägg förs via bjälklaget till stabiliserande enheter vars uppgift är att föra lasten ner till grunden. Denna vandring av laster genom olika element i byggnaden kräver att bjälklaget är styvt nog, att väggar som fungerar som stabiliserande element klarar att föra tryckkrafter ner till grunden och att dragkrafter förankras ner till grunden. Bottenvåningen i ett flervåningshus blir den mest belastade våningen då den får bidrag från alla ovanliggande våningar. (SBI, 2006)

I flervåningshus som stabiliseras med hjälp av skivverkan bör väggskivor placeras ovanför

varandra i så stor utsträckning som möjligt. Både horisontella och vertikala upplagsreaktioner

från väggskivor förs ner till grunden via underliggande väggelement. I Figur 3-8 visas ett

exempel på en gavelvägg i ett tvåvåningshus. (Carling et al, 1992)

Horisontalstabiliserande system

Figur 3-8: Schematisk bild av kraftspelet i en tvåvånings väggskiva, (Carling, 1992).

Horisontalstabiliserande system

3.2 Beräkningsmodell för skivverkan

Den förenklade modellen som Källsner (1984) (se även Carling, 1992) har föreslagit är framtagen för att ge praktiskt användbara dimensioneringsuttryck för skjuvbelastning av träregelväggar. Modellen kan endast användas när de vertikala reglarna är förhindrade att lyfta från grunden. Detta kan uppnås då reglarna förankras direkt i grunden och/eller genom att egentyngd och styvhet hos anslutande konstruktionsdelar utnyttjas.

Beräkningsmodellen bygger på följande förutsättningar:

1. Förskjutningarna i väggenheten är små i förhållande till väggenhetens bredd och höjd.

2. Förskjutningsmodulen hos förband mellan skivor och reglar, som varierar med hänsyn till aktuell deformationsnivå, sätts lika med det mest deformerade förbandets sekantmodul.

3. Reglarna är böj- och töjningsstyva.

4. Reglarna är ledat infästa i varandra.

5. Skivorna är styva. Bland annat bortses från inverkan av skjuvdeformationer och buckling.

6. Skivornas ränder kan förskjutas fritt dvs. utan att anliggning uppstår mellan närliggande skivor eller mellan skivor och intilliggande konstruktioner.

Vissa av de ovan angivna förutsättningarna överskattar väggenhetens bärförmåga och underskattar dess förskjutningar. Men vissa av förutsättningarna ger det omvända, underskattar väggenhetens bärförmåga och överskattar väggenhetens förskjutningar.

(Källsner, 1984)

Horisontalstabilisering av volymbyggda höga trähus

4. Horisontalstabilisering av volymbyggda höga trähus

Vid byggande med volymer kan horisontalstabiliseringen delas in i lokal- och global stabilisering.

För att få så bra ljudisolering som möjligt undviks att koppla samman stommen över lägenhetsgränserna. Men ur stabiliseringssynpunkt är det bra med sammankoppling av stommen över stora ytor vilket kan vara ett problem vid volymbyggnad.

4.1 Global stabilisering

Global stabilisering omfattar ett helt hus stabilitet. LBABs utformning fungerar så att de horisontella lasterna som verkar på det volymbyggda huset förs från våning till våning genom friktion mellan modulerna ner genom huset, Figur 2-9. (Björnfot, 2007)

Vid traditionellt byggda höghus kombineras ofta skivverkan med andra stabiliseringsåtgärder, t.ex. dragstag som placeras över två- eller fler våningar. Denna möjlighet finns inte vid volymbyggnad på grund av att volymerna ofta kommer helt klara från fabrik, med allt från tapeter till fasadbeklädnad. Därför krävs friktion mellan våningarna för att de inte ska förskjutas i förhållande till varandra. För att undvika detta samt för att underlätta vid montering används dubbar i alla fyra hörnen mellan olika våningar. Ursparingar görs i alla volymer för dessa dubbar som placeras på dess plats vid montage. För att volymerna inte ska blåsa av används spikplåtar mellan volymerna, men även egenvikten motverkar denna risk.

För att förbättra den globala stabiliteten kan volymerna placeras omlott genom att förskjuta skarvarna, enligt samma princip som används vid murning. Anledningen till att denna metod inte används är på grund av att volymerna behöver placeras ovanför varandra för att föra de vertikala lasterna ner genom byggnaden på ett säkert sätt.

4.2 Lokal stabilisering

Den lokala stabiliteten är varje enskild volyms stabilitet. Varje volym fungerar som en vridstyv låda med momentstyva hörn som stabiliserar sig själv. Stabiliseringen sker med hjälp av skivverkan genom horisontella skivor i bjälklag och innertak samt genom vertikala skivor i volymskiljande väggar. (Stehn, 2006)

Vid volymbyggnad begränsas skivornas storlek utifrån volymens dimensioner tillskillnad från

platsbyggnad där skivverkan verkar över så stor yta som möjligt. Vid prefabricering av

volymer används maskiner som klarar tunga lyft vilket gör det möjligt att använda tjockare

och tyngre skivor.

Stabilisering och bäring av volymbyggda höga trähus

5. Stabilisering och bärning av volymbyggda höga trähus

5.1 Stjälpning och friktion

Vid traditionellt byggda höga hus kommer de horisontella lasterna som verkar på en byggnad ge upphov till horisontella och vertikala grundreaktioner eftersom resultanten av de horisontella lasterna angriper en bit upp i byggnaden. Byggnaden i sin helhet måste således kontrolleras både för ett stjälpande moment och för en horisontell grundreaktion. Vid kontroll av stjälpning och friktion betraktas vanligtvis byggnaden inklusive bottenplattan som en sammanhängande enhet. (Massivträhandboken, 2006)

Vid volymbyggnad betraktas inte byggnaden som en sammanhängande enhet när det gäller friktion, därför måste friktionen kontrolleras mellan varje våning för att volymerna inte ska glida av. (Björnfot, 2007)

Avseende stjälpning kontrolleras om byggnadens egentyngd är tillräcklig för att motverka det stjälpande moment som de horisontella lasterna ger upphov till, eller om det finns behov av förankringar ner i undergrunden. En överslagsmässig kontroll för att bedöma om säkerheten mot stjälpning kan anses vara betryggande är att undersöka om lastresultanten av den vertikala grundreaktionen hamnar inom byggnadens kärngräns eller ej. Byggnadens kärna anses i detta fall ligga inom en sjättedel av byggnadens bredd från centrumlinjen räknat, se Figur 5-1. Utöver denna kontroll måste givetvis även grundens bärförmåga kontrolleras.

(Massivträhandboken, 2006)

Figur 5-1: Kontroll mot stjälpning

Stabilisering och bäring av volymbyggda höga trähus

dess fördelning. Det är i detta avseende enklast att ändra enbart bottenplattans utformning. En sista utväg kan vara att förankra bottenplattan ner i undergrunden. (Massivträ handboken, 2006)

Enligt Boverkets Konstruktionsregler (BKR) får högst 85 procent av egentyngden tillgodoräknas i det fall att tyngden av byggnadsdelar är gynnsam för konstruktionens säkerhet, t.ex. vid glidning och stjälpning (lastkombination 2 enligt BKR).

5.2 Fördelning av last till olika skivlager

När en vägg består av två lager skivor på samma sida regelstommen, ska lasten normalt fördelas till respektive skivlager. Det är ofta ogynnsamt att låta det inre lagret skivor ta mer kraft än det yttre lagret vid samma typ av skiva. (Gyproc AB, 2003)

Vid olika typer av skivor på samma sida regelstommen bör det skivlagret som har störst förbindarkraft användas till att ta upp störst kraft genom tätare infästning. Ett annat sätt att fördela lasten är att räkna fram den maximala kraft det yttre lagret kan ta upp med normalt förbindaravstånd d.v.s. c200 alternativt c225, och sen låta det inre lagret ta resten av kraften.

(Gyproc AB, 2003)

5.3 Väggreglar

Väggreglarnas bärförmåga kontrolleras genom att interaktionen mellan böjning och knäckning kontrolleras. Interaktionen kontrolleras där maximalt moment och maximal tvärkraft inträffar.

≤ 1 +

md md cd cd

R S R

S (5-1)

5.3.1 Bärförmåga i böjning

Väggreglarnas bärförmåga i böjning kontrolleras för tre olika fall; när nyttiglasten är huvudlast, när vindlasten är huvudlast och när snölasten är huvudlast. Bärförmågan kontrolleras enligt BKR med följande formel:

md inst

md

W f

R = κ ⋅ ⋅ ^(5-2)

där:

κ

är reduktionsfaktor för vippning W är böjmotståndet

f

är dimensionerande bärförmåga vid böjning parallellt fibrerna

5.3.2 Bärförmåga vid knäckning

Bärförmågan vid knäckning av väggreglar kontrolleras enligt BKR med följande formel:

Stabilisering och bäring av volymbyggda höga trähus

cd cr

cd

A f

R = ⋅ κ ⋅ ^(5-3)

där:

A står för tvärsnittsarean på väggregeln

κ

är reduktionsfaktor beroende på väggregelns slankhet f

är dimensionerande bärförmåga i tryck parallellt fibrerna In med nyttiglast bestående av punktlast på 1 kN som enligt BKR ska alla bärande väggar klara av en sådan belastning. ”Barnvagnslast”

5.4 Golvbjälkar

5.4.1 Dimensionering i brottgränstillstånd

De möjliga brottmoderna för golvbjälkarna i brottgränstillståndet antas vara:

• böjning på grund av böjande moment, beklädnad av bjälklagsskivor antas staga bjälkarna mot vippning.

• Skjuvning på grund av tvärkraft.

Böjning av golvbjälkar kontrolleras på samma sätt som väggreglarna enligt 5-2. Skjuvning av golvbjälkarna kontrolleras enligt BKR med hjälp av ekvation 5-4 nedan:

vd v

vd

b h f

R = ⋅ ⋅ ⋅ κ ⋅ 3

2 (5-4)

där: b är bredden på golvbjälken h är höjden på golvbjälken

κ

är reduktionsfaktor för urtag i balkände

f

är dimensionerande bärförmåga vid längsskjuvning

5.4.2 Dimensionering i bruksgränstillstånd

Bruksgränstillståndet motsvarar det belastningstillstånd som en konstruktion normalt utsätts för. Syftet med att dimensionera i bruksgränstillståndet är att säkerställa att konstruktionen uppfyller funktionskraven. Svikt och nedböjning är en del av dimensioneringen i bruksgränstillståndet. (Johnsson et al, 2004)

Svikt och nedböjning är fenomen som kontrolleras på grund av att vi människor kan känna obehag vid synliga deformationer och kännbara.

Hos massiva balkar beräknas nedböjningen enligt linjär elasticitetsteori. Nedböjningen kan

beräknas med hjälp av 5-5. (Carling, 2001)

Stabilisering och bäring av volymbyggda höga trähus

R d

md d

md

S

u

A G k S I E

L k S

u ≤

⋅ ⋅

⋅ +

⋅ ⋅

=

2

1

(5-5)

där:

u

är beräknad nedböjning

u

är accepterbar nedböjning enligt Carling (2001), redovisas i Tabell 5-1.

2 1

, k

k är integrationskonstanter vilkas värden beror av aktuella upplagsförhållanden och typ av belastning. Konstander för böjdeformationen k , redovisas i formalesamligen, t.ex. är

k =5/48 för jämt utbredd last. Konstanten

k bestäms från

randvillkoren på balken.

S

är dimensionerande moment E

är dimensionerande elasticitetsmodul G

är dimensionerande skjuvmodul

A är area

I är tröghetsmoment

Tabell 5-1: Rekommendationer för maximal nedböjning i förhållande till den fria spännvidden.

Användningsområde Max nedböjning (Lastkombination 9) Takbalkar Industri

Skolor, butiker m.m.

L/150 L/200

Bjäklag L/300

Fackverk L/200

Takåsar Utan separat innertak L/200

Kv Dobben 1 Haparanda

6. Kv. Dobben 1 Haparanda

Kv. Dobben 1 är byggt av LBAB och Akelius Fastigheter AB förvaltar husen/projektet. Kv.

Dobben 1 består av tre volymbyggda trähus som är unika eftersom de är tre av få volymbyggda trähus över fyra våningar i Sverige, se Figur 6-1. (Lindbäcks Bygg AB, 2007)

Figur 6-1: Illustration över Kv. Dobben 1 i Haparanda.

SABO och HBV utlyste en tävling ”Bygg nytt i trä” med syftet att få igång teknikutvecklingen avseende bostäder byggda med trästomme samt för att ge sina medlemsföretag tillgång till ramavtal för produktion av flervåningsträhus. Ett av vinnarförslagen var LBABs förslag Duo5, se Figur 6-2. Förslaget utarbetades i samarbete med Tirsén & Aili Arkitekter AB och består av två självständiga huskroppar som kan varieras oberoende av varandra. Huskropparna sammanlänkas med en korridor från vilken ingång till samtliga lägenheter sker. Namnet Duo5 kommer från att husen består av två huskroppar samt att antalet lägenheter per plan är just fem. Ramavtalet tillåter en ändring av våningsantalet med en våning med en våning mer eller mindre.

Figur 6-2: Arkitektskiss av typhuset Duo5

Husen i Kv. Dobben 1 utgår från typhuset Duo5 men avviker på så vis att ena huskroppen är

fyra våningar hög, medan den andra är fem våningar hög. Huskropparnas yttre geometri

avviker också en aning från originalidén Duo5, då husets balkonger placerats annorlunda

jämfört med Figur 6-2. Huset i Haparanda kan sägas vara en blandning mellan typhuset Duo5

och dess mindre alternativ Duo4.

Kv. Dobben 1 Haparanda

6.1 Konstruktionssystemet för Dobben 1

Husets byggnadssystem grundar sig i två separata huskroppar som stabiliserar sig själva mot vertikala och horisontella laster. De ingående volymerna som huset byggs upp av placeras i respektive huskropps längdriktning så långt som möjligt enligt Figur 6-2.

Korridor och Trapphus

Korridorbjälklaget som separerar de båda huskropparna från varandra är prefabricerat och sitter fastmonterat i de volymer som angränsar till korridoren. Ett gångjärn möjliggör en effektiv produktion av detta utrymme, bjälklaget i korridoren kan enkelt fällas ned mot motstående volymväggar vid montering. Takbjälklag förekommer alltså inte för korridoren, utan ett innertak byggs upp på plats. Intilliggande trapphus och hisschakt byggs upp på plats av prefabricerade volymer.

Volymskiljande väggar

De volymskiljande väggarna utgörs av en dubbel regelstomme när två volymer ställs mot varandra. En regelstomme bestående av 45x95 mm

reglar utgör dessa väggar som varken angränsar till den yttre miljön eller korridoren. Takstolarna belastar inte denna väggtyp för att undvika grova virkesdimensioner. Grövre dimensioner leder till en minskning av potentiell lägenhetsyta, (Forsell, 2006).

Ytterväggar och korridorväggar

De volymer som angränsar till den yttre miljön konstrueras med en yttervägg som är bredare än de volymskiljande väggarna. Denna väggtyp är uppbyggd av reglar med måtten 45x170 mm

för att nå fullgod värmeisolering. De väggar som angränsar till korridoren består av reglar med måtten 45x145 mm

. Det är ytterväggarna som bär upp egentyngder från takstolar samt ovanliggande snölast.

6.1.1 Vertikal lastupptagning

Snölast och egenvikter av tak och takstolar bärs av takstolar som fördelar den vertikala lasten på ytterväggar och korridorväggar.

Den nyttiga lasten på bjälklag bärs upp av golvbjälkar som fördelar lasten på de volymskiljande väggarna.

6.1.2 Horisontell lastupptagning

Vindlaster som verkar på byggnadens ytterväggar bärs av vertikala väggreglar som fördelar lasten till skivor i golv och innertak. Skivverkan i bjälklagsskivorna bär ut lasten till de volymskiljande väggar som löper parallellt mot ytterväggarna. I ytterväggarna tas de horisontella krafterna upp av skivverkan i väggarna. (Björnfot, 2007)

Kraften överförs från våning till våning ned till grunden via friktion mellan volymerna.

Volymerna hopfogas med spikbleck i skarvarna, och bottenvåningens volymer fästs med

vinkelbeslag mot grunden. (Björnfot, 2007)

Skivor

7. Skivor

Gipsskivor är som sagt den vanligaste skivbeklädnaden som används vid byggande av bostäder med lätt träregelstomme, men även träfiberskivor och spånskivor förekommer.

Gipsskivor har förutom horisontalstabiliserande egenskaper ett bra motstånd mot brand.

Plywoodskivor och OSB-skivor används när en högre hållfasthet på väggenheten önskas.

Spånskivor används i golvbjälklag men förekommer också i väggar.

7.1 Gipsskivor

Gipsskivan används invändigt i väggar och tak som rumsavskiljare och även i brand- och ljudavskiljande konstruktioner. Gipsskivan har goda brandegenskaper vilket kommer från gipskärnan. Skivorna består av ett invändigt gipslager som skyddas på båda sidor av ett kartongskikt. Detta skikt finns som underlag för ytbehandling (exempelvis målning), men kartongskiktet bidrar även till ökad skjuvhållfasthet vilket med fördel kan utnyttjas vid skivverkan. Gipsskivans kärna består av gipskristaller, vilka består av kalciumsulfat med kristallbundet vatten. Vid upphettning av gipsen frigörs det kristallbundna vattnet och avgår som vattenånga. Denna process kallas kalcinering och kräver stora mängder energi, vilket ger de goda värmeisolerande egenskaperna. (Gyproc AB, 2003)

En av de största tillverkarna av gips är BPB Gyproc AB. Skivorna som används av LBAB är av modellen Protect-F från Gyproc, vilket är den modell som skyddar stommen bäst vid brand. Skivan som används i ytterväggar längst ut mot fasaden, GU9 kan endast provisoriskt användas till stabilisering under byggnadsskedet. (Gyproc AB, 2003)

7.2 Plywood

Skivmaterialet plywood tillverkas i flera olika former med olika användningsområden.

Konstruktionsplywood eller k-plywood som den även kallas är den plywood som används i bärande konstruktioner. K-plywooden har god styvhet och hållfasthet och är även beständig mot klimatiska påfrestningar. (Carling et al, 1992)

Tillverkningen av plywoodskivor sker genom sammanlimning av ett antal träfaner, vanligtvis läggs fiberriktningen på angränsande faner vinkelrätt mot varandra, se Figur 7-1 nedan.

Konstruktionsplywood tillverkas huvudsakligen av gran och furu. (Carling et al, 1992)

Figur 7-1: Plywood byggs upp av träfaner med korsvis riktade fibrer.

Skivor

Träets fuktrörelse är olika beroende på fiberritningen. För att undvika att materialet kupar sig vid ändring av fuktkvoten byggs plywood upp symmetriskt kring mittenplanet. Vanligt är att antalet faner är udda och enligt bestämmelser ska en konstruktionsplywood vara minst 6,5 mm och högst 30 mm tjock. Yttersta fanerens fiberriktning kallas även skivans fiberriktning och denna riktning sammanfaller vanligtvis med skivans längdriktning. (Carling et al, 1992) Under tillverkningsprocessen sker inga större förändringar av träets egenskaper, fuktkvotens och lastvarigaktighetens inverkan på hållfasthet och styvhet är därför densamma som för konstruktionsvirke. Hållfasthet och styvhet hos konstruktionsplywood bestäms genom typprovning. (Carling et al, 1992)

7.3 Spån- och träfiberskivor

Även spån- och träfiberskivor finns i utförandet konstruktionsskivor, K-skivor som har högre krav när det gäller hållfasthet och styvhet. (Carling et al, 1992)

Spånskivor tillverkas genom att träspån eller annat förvedat material pressas ihop med tillsats av lim eller annat bindemedel. En färdig spånskiva består av cirka 90 % träspån och 10 % bindemedel. Standardskivan består av tre eller fem skikt, mittenskiktet består av grova spån, med eventuell inblandning av bark och lövträ. De yttre skikten på en spånskiva består av finare spån av barrträ. Träfiberskivor tillverkas enligt samma princip som papper.

Cellulosafiber pressas ihop och binds till varandra med hjälp av fibrernas egna vidhäftningsegenskaper utan tillsats av bindemedel. (Carling et al, 1992)

K-spånskivor kan enligt Carling et al (1992) delas in i två limningsklasser:

U-limmade spånskivor för användning i konstruktioner med klimatklass 0 och 1 I-limmade spånskivor för användning i konstruktioner med klimatklass 2

Spånskivor som är u-limmade och hårda träfiberskivor tål viss väder- och vattenpåverkan då de är relativt fuktstabila. Däremot har i-limmade spånskivor och medelhårda träfiberskivor mer begränsad beständighet mot fukt. Om en skivas fuktinnehåll ändras får det till följd att skivans dimensioner ändras. Vid tillverkningen av träfiberskivor är det svårt att komma ifrån skillnader i egenskaper mellan skivans över- och undersida, vilket får till följd att skivan buktar om fuktinnehållet ändras. När det gäller träfiberskivors hållfasthet och styvhet inverkar fuktkvot och temperatur, liksom på trä, men inverkan är betydligt större på träskivor. (Carling et al, 1992)

7.4 OSB (Oriented Strand Board)

OSB-skivan är en relativt ny produkt som introducerades i början av 1990-talet som ett komplement till plywoodskivan. OSB står för engelskans orientated strand board vilket kan översättas till en skiva med orienterade träspån. Skivan består av träspån i tre huvudriktningar.

Det övre och undre skiktet av träflisor ligger i samma riktning som skivans längdriktning, träflisorna i mitten av skivan ligger i skivans tvärriktning. Framställningen av OSB-skivor sker genom att långa träflisor limmas samman under tryck och hög värme, inte helt olikt framställningen av plywood. Skivan tillverkas av virke med liten diameter från t.ex.

trädtoppar och skogsgallringar. Träspånen sammanbinds med syntetiskt bindemedel och vax

under värme och tryck vilket ger skivan god böjstyvhet och stabilitet. Skivan har inga

strukturella defekter som kvistar och sprickor. (Karl Ljungberg AB, 2007)

Skivor

OSB finns att tillgå i fyra olika klasser, där OSB/4 har högst hållfasthet och OSB/1 endast är

avsett för estetiska ändamål, alltså icke bärande, (Timber Engineering STEP 1).

Korridormodellen

8. Korridormodellen

Korridormodellen är ett av LBAB:s byggnadssystem som främst används för studentbostäder.

Volymerna står placerade i bredd i två rader med en korridor emellan. Varje volym innefattar en studentlägenhet, Figur 8-1. En byggnad kan bestå av fyra våningar (fyra volymer i höjd) med flera volymer i bredd. (Björnfot, 2007)

Figur 8-1: Beskrivning av korridormodellen, benämning av enheter och väggar. (Björnfot, 2007)

De vertikala lasterna förs via horisontella takbalkar och golvbjälkar till vertikala reglar i väggar och vidare ner till grunden, Figur 8-2. Lastupptagande delar är alltså takbalkar, golvbjälkar i bjälklag och reglar i väggar. (Björnfot, 2007)

Figur 8-2: Vertikal lastupptagning i tak och bjälklag. (Björnfot, 2007)

Takbalkarna är upplagda på ytterväggarna och korridorväggarna, vilket betyder att det är

dessa väggar som för vidare lasten av snö och egenvikt av yttertaket ner genom huset, Figur

Korridormodellen

Figur 8-3: Lastupptagning av snölast och egenvikt av yttertak. (Björnfot, 2007)

Egenvikt av bjälklag och innertak samt nyttiglast förs via golvbjälkarna till de volymskiljande väggarna, en linjelast i de volymskiljande väggarnas överkant enligt Figur 8-4. (Björnfot, 2007)

Figur 8-4: Lastupptagning av nyttiglast och egenvikt av bjälklag och innertak. (Björnfot, 2007)

De horisontella lasterna överförs genom skivverkan i bjälklagsskivor och skivor i innertaket

till skivor i de volymskiljande väggarna, Figur 8-5. I korridormodellen ska varje volymtorn

stabilisera sig själv mot de horisontella lasterna som överförs från våning till våning genom

friktion mellan volymerna. (Björnfot, 2007)

Korridormodellen

Figur 8-5: Överföring av horisontella laster genom skivverkan. (Björnfot, 2007)

Resultat och analys

9. Resultat och analys

Tidigare beräkningsmodell var uppbyggd för att användas vid korridormodellen, övergången däremellan var en tidskrävande process men det har även varit givande och lärorik. Först krävdes att förstå hur korridormodellens beräkningar var uppbyggda för att kunna gå in och ändra för att få en ny beräkningsmodell för typhuset Duo5.

9.1 Skillnader mellan de olika modellerna

Skillnaden mellan de två modellerna är husens utformning, placeringen av volymerna. I korridormodellen är volymerna placerade vinkelrät mot husets längd och i duomodellen står de placerade parallellt mot husets längdriktning, Figur 9-1. Denna skillnad gör att volymerna i duomodellen kan bestå av flera typer av väggar.

Figur 9-1: Volymernas placering i korridormodellen respektive duomodellen.

I korridormodellen består en volym i stort sätt av tre typer väggar, två volymskiljande väggar som är volymens långsideväggar, kortsideväggarna av volymen består av en yttervägg och en korridorvägg, . De volymer i korridormodellen som inte är uppbyggda enligt denna princip är volymerna som står längst bort i båda sidor av korridoren, där byts en av de två volymskiljande väggarna mot en gavelvägg, Figur 9-1.

Figur 9-2: Väggtyper i korridormodellen.

I duomodellen kan både långsideväggar och kortsideväggar vara volymskiljande.

Ytterväggarna och korridorväggarna består i duomodellen av volymernas långsideväggar.

Ytte rv äg g

Volym Volymskiljande vägg

K orri do rv äg g

Volymskiljande vägg

Resultat och analys

9.2 Hur utarbetades beräkningsmodellen för Duokonceptet?

9.2.1 Antal våningar

Första steget var att ändra det maximala antalet våningar från fyra till fem. I korridormodellen kunde våningsantalet väljas från två till fyra våningar. I duomodellen kan våningsantalet varieras från 2 våningar till fem våningar.

En ytterligare lastupptagande väggtyp finns i Duomodellen, volymskiljande vägg på kortsidan av en volym. Volymskiljande vägg på kortsida lades till i modellen och ett blad för de horisontella lasterna, när det blåser på kortsidan av huset lades till. Vind på kortsida är en funktion som saknas i korridormodellen.

Duomodellens volymer kan vara uppbyggda med olika kombinationer av väggtyper. Alla väggtyper används inte alltid i alla volymer, vilket leder till att vissa väggtyper i beräkningsprogrammet inte alltid används.

9.2.2 Vertikala laster Yttertak och snölast

Beräkningarna för den vertikala lastupptagningen skiljer sig mellan de olika typhusen på grund av volymernas olika placering. Egenvikt av yttertak och snölast bärs upp på samma sätt i korridormodellen och duomodellen, av korridorväggar och ytterväggar. Skillnaden i volymplacering leder till att takets bredd i korridormodellen hålls konstant medan längden på taket är varierbar. Lastupptagningen för yttertak och snölast i duomodellen beskrivs i Figur 9-3.

Figur 9-3: Lastupptagning av snölast och egenvikt av yttertak i Duomodellen. (Omarbetning

från Björnfot, 2007)

Resultat och analys

Egenvikt av väggar, golvbjälklag, takbjälklag samt nyttiglast

Beräkningarna för denna lastupptagning skiljer sig mellan de två modellerna.

Ytterväggar, långsida:

Ytterväggarna på långsidan av husen i korridormodellen bär upp den last som verkar på en ovanliggande yta bestående av halva golvbalkavståndet. I duomodellen där ytterväggarna upp den last som verkar på en ovanliggande yta bestående av halva volymbredden, Figur 9-4.

Figur 9-4: Lastupptagning av yttervägg.

Korridorvägggar:

I korridormodellen bär korridorväggarna upp den last som verkar på den ovanliggande yta bestående av halva korridorbredden plus halva golvbalkavståndet. I duomodellen däremot bär korridorväggarna upp last från ovanliggande yta som består av halva korridorbredden plus halva volymbredden, Figur 9-5

Lastyta för yttervägg

Korridormodellen

Duomodellen

Resultat och analys

Figur 9-5: Lastupptagning av korridorväggar.

Volymskiljandevägg, långsida: I korridormodellen och duomodellen bär de volymskiljande väggarna upp den last som verkar på den ovanliggande yta bestående av halva volymbredden, Figur 9-6.

Figur 9-6: Lastupptagning av volymskiljande vägg

Gavelväggar: I korridormodellen bär gavelväggarna upp den last som verkar på den ovanliggande yta bestående av halva volymbredden plus taksprånget. I duomodellen däremot bär gavelväggarna upp last från ovanliggande yta som består av halva golvbalksavståndet plus taksprånget, Figur 9-7.

Lastyta för volymskiljande vägg

Korridormodellen

Duomodellen

Lastyta för korridorvägg

Duomodellen

Korridormodellen

Resultat och analys

Figur 9-7: Lastupptagning av gavelvägg.

Volymskiljande vägg, kortsida: Denna väggtyp förekommer inte i korridormodellen. I duomodellen bär de korta volymskiljande väggarna upp last från ovanliggande yta som består av halva golvbalkavståndet, Figur 9-8.

Figur 9-8: Lastupptagning av de korta volymskiljandeväggarna i Duomodellen.

Skillnaden i typhusens uppbyggnad visar sig i form av att i duomodellen bär ytterväggarna och korridorväggarna upp störts last av de olika väggtyperna, både från snö och nyttiglast samt egentyngder av yttertak, innertak golvbjälklag och väggarna själva. I korridormodellen fördelas krafterna lite mer jämt mellan de olika väggtyperna.

9.2.3 Horisontella laster

Lastupptagningen för de horisontella lasterna sker med hjälp av skivverkan i horisontella och vertikala skivor i volymerna. I korridormodellen kontrolleras stabiliseringen för varje volymtorn.

Lastyta för

volymskiljande vägg, Duomodellen Lastyta för gavelvägg

Korridormodellen

Duomodellen

Resultat och analys

volymskiljande långsideväggarna som är stabiliserande vid vind på långsida. I korridormodellen finns inga öppningar i dessa väggar och är därmed tillräckliga för stabiliseringen.

Om varje volymtorn kontrolleras i duomodellen är det vid vind på långsida som blir lite vingligt, då kortsideväggarna ska stabilisera. Eftersom duomodellen har ytterligare en våning och vindbelastningen är större än i korridormodellen klarar inte kortsideväggarna av att stabilisera mot denna belastning. I dag fungerar beräkningsmodellen för duomodellen genom att varje volymtorn kontrolleras var för sig och utgången blir att det inte håller. I praktiken löses problemet genom att volymer som ligger bakom den vindutsatta volymen hjälper till i det stabiliserande systemet samt att även korridorbjälklaget överför krafter till volymerna som ligger på andra sidan korridoren, Figur 9-9. Detta leder till att antal meter vägg som stabiliserar ökar och appliceras detta i beräkningsmodellen blir utgången att stabiliseringen är okej. Att föra in hur många meter vägg som verkar i det stabiliserande systemet är inte fullt utrett, en kontroll för hela husets stabilitet bör utföras, där husets bredd och längd läggs till i de ingående parametrarna.

Figur 9-9: Stabilisering vid vind på långsida, Dobben 1.

Friktion mellan volymer

Minsta tillåtna friktion mellan volymer kontrolleras. Den måste vara större än förhållandet mellan den horisontella lasten och den vertikala.

Stjälpning

De vertikala lasterna som verkar på varje våning summeras och kontrolleras som mothåll mot den horisontella belastningen som vill stjälpa omkull huset.

Kontroll av infästningen för vertikala skivor

I tidigare modell utfördes denna kontroll med en förenklad beräkning enligt Carling et al (1993). I duomodellen används värden från Markus Linds examensarbete, ”Skivverkan i volymbyggda trähus” istället för de approximativa värdena. Markus värden bör vara mer exakta en de approximativa värdena.

9.2.4 Väggreglar

Väggreglarna kontrolleras i de olika väggarna för de vertikala laster de utsätts för. Att gå från korridormodellen till duomodellen utfördes genom att volymskiljande vägg på kortsidan av en

Stabiliserande

väggelement

Resultat och analys

volym infördes. Problemet som uppstod här var att enligt BKR (2003) ska bärande väggar antas vara belastade med en godtyckligt placerad koncentrerad horisontal last av minst 1,0 kN. Detta var inlagt i korridormodellen som en nyttiglast samtidigt som den vertikala nyttiglasten. När detta var kvar i den omarbetade versionen av beräkningsmodellen för duomodellen fick det tillföljd att väggreglarna i de volymskiljande väggarna inte höll. Detta på grund av att väggarna belastas av större yta i duomodellen. Lösningen på problemet låg i ett fel som gjordes från början, de två nyttiga lasterna hade kombinerats, enligt BKR (2003) ska den nyttiga lasten bestå av en utbreddlast eller en koncentrerad last. När nyttiglasterna hålls isär (inte kombineras) håller även reglarna i de volymskiljande väggarna.

I Dobben 1 har de volymskiljande väggarna på långsidorna av en volym en kortling placerad i mitten av väggen. Kortlingen gör av den godtyckliga koncentrerade horisontella lasten får en knäcklängd på halva volymhöjden. Utan denna kortling skulle väggreglarna inte hålla.

Väggreglarna i de volymskiljande väggarna på kortsidan av volymerna är dimensionerade precis över gränsen på första och andra våningen.

Golvbjälkar

I dessa beräkningar behövdes inga ändringar göras.

9.3 Kv. Dobben 1 i Haparanda

Lösningarna i Dobben 1 håller enligt beräkningarna som utförts. Varje volymtorn har

kontrollerats var för sig med en längre stabiliserande vägglängd än volymtornet i sig, vilket

inte är helt rätt men ger ändå en översiktlig kontroll på hur stabiliseringen fungerar.