Plan- och volymteknikproducerade bostadshus i trä: Jämförelse av stomstabilisering för två och fyra våningar

Abstract (Swedish)

Traditionellt produceras trähus högst i två våningar p.g.a. historiskt svårkontrollerade brän-der. Idag är byggtekniken utvecklad och det är tillåtet att bygga trähus i flera våningar. Andel trähus som byggs med prefabricerade delar ökar idag i Sverige. Genom att producera montagefärdiga element i varierande storlek förflyttas husproduktionen från byggarbetsplats till fabrik.
Syftet med studien är att undersöka vilken byggmetod av plan- och volymteknik som är mest lämpad att utnyttja vid högre bostäder. Lättvirkeshusens låga egentyngd i samband med ökande vindlast ställer krav på byggnadens stomstabilisering. Efter en omfattande litteratur-studie inriktades studien på kontroll av skjuvväggar, knäckning av väggregel, stämpeltryck och förankring mot lyftkrafter vid plan- och volymteknikproducerade bostäder.
Byggnader uppbyggda med planteknik har lättare konstruktion än volymteknik. Lägre egen-tyngd är positivt vid knäckning och stämpeltryck. Däremot ökar lyftkrafter som kräver för-ankring eftersom mothållande egentyngd är mindre.
Bostäder producerade med planteknik är lägre jämfört med volymteknikbyggnader p.g.a. dubbla bjälklag för volymteknikproducerade byggnader. Lägre höjd bidrar till lägre horison-tell last och därmed lägre laster. Studien visar att volymproducerade byggnader utsätts för större laster vid nämnda kontroller. Även förankringskrafterna är större p.g.a. höjdökningen för de tjocka bjälklagen.
Kontrollerna visar att båda byggmetoder är användbara vid två våningar. Positivt utmär-kande är volymteknikens utnyttjande av kertobalkar som syll. På bottenplan klarar kerto-balken stämpeltrycket, vilket planteknikens syll inte gör. Plantekniken kräver i detta fall en annan lösning, exempelvis dubbla reglar vid väggöppningar och väggslut.
Vid kontroller för fyra våningar är dimensionerande last för stor vid båda byggmetoderna. Omarbetning av respektive konstruktion är möjlig även om volymteknikbyggnadens dimens-ionerande laster är något större i jämförelse. Resulatet är att båda metoderna är möjliga alternativ. Vid ännu högre byggnader förenklas konstruktion med planteknik eftersom las-terna är lägre. I studiens fyra-våningsbyggnader ses dock potential att använda sig av volym-teknik eftersom metoden visar positiva aspekter som inte berörts i studien som t.ex. fuktsä-kerhet, kvalitet och förflyttning av arbete från byggplats till fabrik.

Abstract

Traditionally, wooden houses are produced with a maximum of two floors, due to historical difficulties to control fires. Today, construction technology is developed so far that it is con-sidered safe to build wooden houses with additional floors. The percentage of wooden houses built with prefabricated parts is increasing in Sweden today. By producing module elements in various sizes, house production is moved from the construction site to the facto-ry.
The purpose of the study is to investigate which of the construction methods of element technology (flat elements) and volume element technology is best suited to exploit to higher housing. The low self-weight of wooden houses combined with increased wind load makes it demanding to ensure structural stability. After an extensive literature study, the work was focused on the control of shear walls, buckling of the wall stud, compression perpendicular to the grain (CPG) of the sill and anchoring against lifting forces for element and volume element technology produced housing.
Buildings constructed with element technology have lighter construction compared to the volume element technology. Lower weight is positive for buckling and CPG. In contrast, lift forces that require anchoring increase, because resisting weight is smaller. Buildings con-structed by element technology are lower compared to the volume element technology buildings because of double joists. Lower buildning height results in lower horizontal load and therefore lower loads effects. The study shows that the volume element produced buildings are exposed to greater load. Also anchoring forces are larger because of the height.
Calculations showed that both construction methods are possible to use in two floors. A pos-itive characteristic of the volume element technology is the utilization of LVL beams (Kerto) as sills. On the ground floor, the LVL beam can withstand the CPG, which element technology do not do. Element technology in this case requires a different solution, such as double studs at wall openings and wall ends.
At four stories, both construction methods fail to fulfill all the evaluated design criteria. Modifications of the respective construction method is possible, even if the volume element technology building design loads are slightly larger in comparison. The result is that both methods are possible alternatives. At even higher buildings, construction with element tech-nology is easier because the loads are lower. In the four-storey buildings studied elements, potential is however seen, to use the volume element technology as the method shows posi-tive aspects not addresses in the study, such as moisture, quality and movement of labor from the construction site to the factory.

Popular Abstract (Swedish)

Traditionellt produceras trähus högst i två våningar p.g.a. historiskt svårkontrollerade bränder. Idag är byggtekniken utvecklad och det är tillåtet att bygga trähus i flera våningar. Andel trähus som byggs med förtillverkade delar ökar idag i Sverige. Genom att producera montagefärdiga delar i varierande storlek förflyttas husproduktionen från byggarbetsplats till fabrik.
Syftet med studien är att undersöka vilken av byggmetoderna plan- och volymteknik som är mest lämpad att utnyttja vid högre bostäder. Planteknik innebär att hela väggar och bjälklag tillverkas för att sedan monteras ihop till ett hus på byggarbetsplatsen. Volymteknik betyder att hela rum i form av golv, väggar och tak tillverkas i fabrik. Volymerna transporteras sedan till byggarbetsplatsen för att monteras ihop genom att de placeras bredvid och ovanpå varandra. Trähus låga egentyngd i samband med ökad byggnadshöjd ger större vindlast, vilket ställer krav på byggnadens förmåga att stå emot horisontella laster. Efter en omfattande litteraturstudie inriktades studien på kontroll av skjuvväggar, knäckning av väggregel, stämpeltryck och förankring mot lyftkrafter vid plan- och volymteknik-producerade bostäder. Skjuvväggar är de väggar i vindriktningen som förhindrar att huset kollapsar vid vindbelastning. Knäckning av väggregel i skjuvväggen riskerar att uppstå p.g.a. stora tryckkrafter. Stämpeltryck syftar till hur stor trycklast som är tillåtet vinkelrätt mot en träregel utan att för stor deformation sker. Förankring är en infästning som hindrar byggnaden från att lyfta.
Byggnader uppbyggda med planteknik har lättare konstruktion än volymteknik. Lägre byggnadstyngd är positivt vid knäckning och stämpeltryck. Däremot ökar lyftkrafter som kräver förankring eftersom mothållande byggnadstyngd är mindre.
Bostäder producerade med planteknik är lägre jämfört med volymteknikbyggnader p.g.a. dubbla bjälklag för volymteknikproducerade byggnader. Lägre höjd bidrar till lägre horisontell last och därmed lägre laster. Studien visar att volymproducerade byggnader utsätts för större laster vid nämnda kontroller. Även förankringskrafterna är större p.g.a. höjdökningen för de tjocka bjälklagen.
Kontrollerna visar att båda byggmetoder är användbara vid två våningar. Positivt utmärkande är volymteknikens utnyttjande av fanérträmaterialet kerto i form av liggande regel angränsande till betonggrunden. På bottenplan klarar kertobalken stämpeltrycket, vilket planteknikens liggande regel inte gör. Plantekniken kräver i detta fall en annan lösning, exempelvis byte av material från vanligt trä till kerto.
Vid fyra våningar faller båda byggmetoderna på alla kontroller. Omarbetning av respektive konstruktion är möjlig även om volymteknikbyggnadens dimensionerande laster är något större i jämförelse. Resulatet är att båda byggmetoderna är möjliga alternativ. Vid ännu högre byggnader förenklas konstruktionen med planteknik eftersom lasterna är lägre. I studiens fyra-våningsbyggnader ses dock potential att använda sig av volymteknik eftersom metoden visar positiva aspekter som inte berörts i studien som t.ex. fuktsäkerhet, kvalitet och förflyttning av arbete från byggplats till fabrik.

• author: Adrian, Anton
• supervisor: S. Olof Mundt-Petersen; Susanne Heyden
• organization: Structural Mechanics; Division of Building Physics
• course: VBF820 20151
• year: 2015
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Prefabricering, Planteknik, Volymteknik, Stomstabilisering, Knäckning, Skjuvvägg, Stämpeltryck, Förankring, Trähus.
• publication/series: TVBH-5082
• language: Swedish
• additional info: Examinator: Lars-Erik Harderup
• id: 7471473
• date added to LUP: 2015-06-30 15:50:04
• date last changed: 2015-06-30 15:55:02