Rethinking Cast in Situ Concrete Structures: A Study of Material Use in Residential Slabs and Walls

Abstract

This thesis investigates how material use in cast in situ concrete slabs and walls for multi-storey residential buildings can be reduced by separating the load-bearing concrete from functions that do not have to be solved within the structural member itself. The study is motivated by the high climate impact of concrete construction and by indications that material use in concrete structures has increased over time despite improved materials and more advanced design methods.

The work combines a review of Swedish design practice, regulations and reference structures with parameter-based structural calculations. Two cast in situ residential structures in Lund were used as references: Cykelskrapan from the 1950s and Troja from contemporary practice. Slab alternatives were evaluated using one metre wide slab sections idealised as beam strips, with checks for load-bearing capacity, deflection, crack width and vibration. Wall alternatives were analysed as vertical wall strips under eccentric compression, including reinforced and unreinforced cases with second-order effects.

The results show potential for material reduction in both slabs and walls. For slabs, several analysed alternatives reached larger or comparable spans with a smaller structural concrete thickness than the contemporary reference slab, while still satisfying the adopted structural and serviceability checks. Higher concrete strength alone did not provide a general path to material efficiency. For walls, axial resistance was governed mainly by thickness and effective buckling length, while increased distributed reinforcement had a smaller influence. The wall comparison also showed that many compression dominated wall strips can reach sufficient axial resistance without reinforcement within the adopted limits.

Overall, the study shows that material use in cast in situ concrete structures can be reduced when the role of the load bearing concrete is defined more narrowly. Instead of using the concrete member to solve structural performance, acoustic performance, fire protection and installations at the same time, the results support a design approach where the concrete is used primarily for its load-bearing role. Other building functions should then be handled separately and assessed at system level.

Abstract (Swedish)

Detta examensarbete undersöker hur materialanvändningen i platsgjutna betongbjälklag och betongväggar i flerbostadshus kan minskas genom att separera den bärande betongen från funktioner som inte behöver lösas inom själva den bärande konstruktionsdelen. Studien motiveras av betongbyggandets höga klimatpåverkan och av indikationer på att materialanvändningen i betongkonstruktioner har ökat över tid, trots förbättrade material och mer avancerade dimensioneringsmetoder.

Arbetet kombinerar en genomgång av svensk dimensioneringspraxis, regelverk och referensstrukturer med parameterbaserade konstruktionsberäkningar. Två platsgjutna flerbostadshus i Lund användes som referenser: Cykelskrapan från 1950-talet och Troja från nutida praxis. Bjälklagsalternativen utvärderades med en meter breda bjälklagssnitt idealiserade som balkstrimlor, med kontroller för bärförmåga, nedböjning, sprickbredd och vibration. Väggalternativen analyserades som vertikala väggstrimlor under excentrisk tryckbelastning, där både armerade och oarmerade fall med andra ordningens effekter ingick.

Resultaten visar potential för materialminskning i både bjälklag och väggar. För bjälklag uppnådde flera analyserade alternativ större eller jämförbara spännvidder med en mindre bärande betongtjocklek än det nutida referensbjälklaget, samtidigt som de antagna konstruktionskontrollerna i brottgränstillstånd och bruksgränstillstånd uppfylldes. Högre betongkvalitet gav inte i sig en generell väg till materialeffektivitet. För väggar styrdes bärförmågan främst av tjocklek och effektiv knäcklängd, medan ökad fördelad armering hade mindre påverkan. Jämförelsen av väggar visade även att många tryckdominerade väggstrimlor kan uppnå tillräcklig axiell bärförmåga utan armering inom de antagna begränsningarna.

Sammantaget visar studien att materialanvändningen i platsgjutna betongkonstruktioner kan minskas när den bärande betongens roll definieras mer avgränsat. I stället för att låta betongtvärsnittet lösa bärförmåga, akustik, brandskydd och installationer samtidigt, stödjer resultaten ett dimensioneringssätt där betongen främst används för sin bärande funktion. Övriga byggnadsfunktioner bör då hanteras separat och bedömas på systemnivå.

Popular Abstract (Swedish)

Tidigare studier visar att betongkonstruktioner inte har blivit mer materialsnåla med tiden. I vårt examensarbete undersöker vi varför, och visar hur mängden bärande betong i flerbostadshus kan minskas när bjälklag och väggar utformas utifrån krav på bärande funktion, medan ljud, brand och installationer löses separat.

Betong är ett av byggbranschens viktigaste material. Det är starkt, formbart och används i allt från bostadshus till broar. Samtidigt står betongbyggande för en stor klimatpåverkan. Därför är det viktigt att inte bara fråga vilken betong som används, utan också hur mycket betong som faktiskt behövs.

Tidigare studier visar samtidigt att betongkonstruktioner inte har blivit materialsnålare med tiden. Trots bättre beräkningsmetoder och starkare material pekar jämförelser på att både betongvolym och armering har ökat.

I många platsgjutna flerbostadshus får betongen lösa flera uppgifter samtidigt. Ett bjälklag ska inte bara bära lasten från människor, möbler och väggar. Det ska ofta också bidra till ljudisolering, brandskydd och ge plats för installationer. Det kan göra att betongtjockleken väljs av praktiska skäl, snarare än av vad som krävs för själva bärförmågan.

I vårt examensarbete har vi därför undersökt ett annat sätt att tänka: betongen får i första hand vara bärande, medan andra funktioner löses med separata lager eller system. Det kan till exempel handla om undertak, flytande golv, brandskyddsskivor eller installationsutrymmen utanför själva betongstommen.

För att få konkreta exempel att jämföra med använde vi två platsgjutna studentbostadshus i Lund. Cykelskrapan från mitten av 1900 talet användes som historiskt exempel och Troja som exempel på nutida byggande. Ritningar från projekten användes för att jämföra bjälklagens tjocklek, väggarnas tjocklek, armering och hur mycket av golvets totala höjd som faktiskt består av bärande betong.

Jämförelsen visade en skillnad. I Cykelskrapan var det bärande bjälklaget 160 mm tjockt med en icke bärande pågjutning på 80 mm. I Troja var det bärande bjälklaget 250 mm tjockt, samtidigt som golvets totala höjd bara var ungefär tio procent större. Skillnaden låg alltså inte bara i hur högt golvet var, utan i hur stor del av höjden som användes som bärande betong.

Därefter gjordes beräkningar på förenklade modeller av bjälklag och väggar. Bjälklagen kontrollerades för bärförmåga, nedböjning, sprickbredd och vibrationer. Väggarna kontrollerades för trycklast och stabilitet. På så sätt kunde olika tjocklekar, betongkvaliteter, armeringsmängder och stödvillkor jämföras med samma metod.

Resultaten visar att flera bjälklagsalternativ klarade jämförbara eller större spännvidder än det nutida referensbjälklaget med mindre bärande betong. För väggar styrdes bärförmågan främst av tjocklek och vägghöjd. Mer armering gav mindre effekt än förändringar i väggens geometri. I vissa tryckdominerade fall visade beräkningarna också att väggarna hade tillräcklig bärförmåga utan armering eller med låg armeringsmängd inom de antagna gränserna.

En tydlig slutsats är att mindre betong inte bara handlar om att göra allt tunnare. Det viktiga är att förstå varför betongen är tjock från början. I många fall är det inte bara bärförmågan som styr, utan även ljud, brand, installationer, styvhet och hur byggnaden är uppbyggd. Därför handlar materialbesparing om att se hela byggsystemet på ett annat sätt.

Arbetet kan användas i tidiga skeden av projektering, där beslut om stomme och våningshöjd fattas. Resultaten pekar på en enkel men viktig fråga: måste betongen verkligen göra allt? Mindre betong börjar med ett annat sätt att tänka: betongen behöver inte göra allt.

• author: Wedervang, Lukas and Sten, Karl
• supervisor: Miklos Molnar
• organization: Division of Structural Engineering
• alternative title: Nya perspektiv på platsgjutna betongkonstruktioner: En studie av materialanvändning i bjälklag och väggar i flerbostadshus
• course: VBKM01 20261
• year: 2026
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Cast in situ concrete, Material use, Residential slabs and walls, Resource efficient structural design, Functional separation, Preliminary design, Platsgjuten betong, Materialanvändning, Bjälklag och väggar i flerbostadshus, Resurseffektiv dimensionering, Funktionsseparering, Tidig dimensionering
• publication/series: 0349-4969
• report number: 26/5322
• other publication id: LUTVDG/TVBK/26/5322
• language: English
• additional info: Examinator: Jonas Niklewski
• id: 9242995
• date added to LUP: 2026-06-29 11:40:40
• date last changed: 2026-06-29 11:40:40