Skjuvkapacitet i råspontsluckor - Undersökning av råspontsluckors skjuvkapacitet samt momentmodell för stabilisering av byggnader

Abstract

In Sweden there is a long-standing tradition of building houses out of wood. In the year 2022 it is expected that 15 000 houses will be built, where the majority are built out of wood. There is an aim to build more out of wood since it has less impact on the climate than other materials. To build roofs prefabricated trusses are often used, and the trusses are covered by tongue and groove (t&g) paneling or plywood sheeting. There is often no dedicated system for stabilization, and it is assumed that the paneling or sheeting transfers the horizontal loads. There are no established methods for calculating the capacity of t&g paneling or sheeting and there are no explicit requirements to do so for single family homes. This might change with the upcoming revisions of Eurocode 5. There is an interest from the industry to find ways to calculate the horizontal capacity for t&g paneling and sheeting.

Previous studies have shown that the metal connectors used to combine multiple t&g boards into t&g paneling contribute to increase the shear capacity, and therefore the ability to stabilize roof trusses. The focus of the report is to investigate how the shear capacity is affected by the number of connectors used between the t&g boards. This is done with a test where three t&g boards are used in a symmetric shear test, connected with metal connectors. Load and deformation are measured and the shear capacity can be determined depending on the amount of connectors used. To understand how multiple t&g panels interact with each other, tests are performed where 2,4x2,5 m walls are built and are covered with t&g paneling. A horizontal load is applied to the wall while the load and deformation are measured. The tests are performed with three connectors per shear plane, which is standard for 2,4 m panels, and with the double number of connectors, six per shear plane. Other tests are performed where the t&g panels are connected with metal connectors to create one large panel. To have a reference, the same test is performed with plywood sheathing, both 600 mm and 1200mm sheathing is tested.

A model to calculate the horizontal capacity of t&g paneling and sheathing is presented, the model is based on a model by Prion and Lam. The model is based on that each of the nails between paneling and truss creates a moment that counteracts the moment created from wind and other loads. To get an idea of which size of building can be stabilized using only this model the capacity needed for different sized buildings is calculated.
The result shows that each metal connector contributes to a shear capacity of 0,94 kN and it increases linearly with the number of connectors used. There are quite large variations in stiffness, but the stiffness increases when more connectors are used. When connectors are used to connect the panels there is an increase in capacity, especially when six connectors are used. The plywood sheathing has higher capacity then the t&g paneling. The 1200 mm sheathing has higher capacity than the 600 mm sheathing.
The model presented for calculating the capacity worked very well for plywood sheathing. For t&g paneling the model worked well for calculating the load where the behavior stopped being linear, there was however more capacity as the deformation increased. The results showed that t&g paneling (3 or 6 connectors) is not sufficient to stabilize any of the buildings when the model is used. When the measured capacities are used it is sufficient to stabilize the smaller buildings with 3 connectors. If 6 connectors are used the measured capacity is sufficient to stabilize almost all the buildings. For 1200 mm plywood sheathing the capacity is sufficient to stabilize all the buildings even when partial coefficients are used. The 600 mm sheathing is sufficient to stabilize the smaller buildings.

Abstract (Swedish)

I Sverige finns en lång tradition av att bygga småhus i trä. År 2022 beräknas det byggas ca 15 000 småhus varav den absoluta majoriteten byggs i trä. Att bygga mer i trä är något som eftersträvas då det är betydligt mer klimatvänligt än andra material. För att bygga tak används oftast prefabricerade takstolar där råspont eller plywoodskivor används som undertak. Det finns ofta inget extra system för stabilisering av takstolarna och det antas att råsponten/plywoodskivorna tar stora delar av horisontallasterna. Det finns inga etablerade metoder för att beräkna hur stor kapacitet dessa har och i nuläget finns det inga explicita krav på att redovisa stabiliseringen vid dimensionering av småhus. Det är något som kan komma att ändras med uppdateringen av Eurocode 5. Mot bakgrund av detta finns det ett stort intresse från branschen att hitta sätt för att beräkna den horisontalstabiliserande kapaciteten för råspont och plywood.

Tidigare studier har visat att stiftningen som används för att fästa enskilda råsponts-brädor, för att i sin tur skapa råspontsluckor, bidrar till att öka skjuvkapaciteten och därmed möjligheten att stabilisera takstolar. Huvudfokus för studien är att undersöka hur skjuvkapaciteten mellan råspontsbrädor påverkas av antalet stift som sätts mellan luckorna. Detta görs genom laborationer där 3 stycken råspontsbrädor används i symmetriska skjuvförsök. Kraften och deformationerna mäts och på så sätt kan skjuvkapaciteten för skjuvplanen bestämmas beroende på antalet stift som fästs i varje skjuvplan. För att få en uppfattning om hur flera råspontsluckor interagerar med varandra utförs laborationer där 2,4x2,5m väggar byggs upp och kläs med råspontsluckor. Väggen utsätts för en horisontell last och kraften samt deformationer mäts. Tester utförs med råspontsluckor med tre stift per skjuvplan, vilket är det antal som levereras från fabrik. Det testas också att dubbla antalet stift till sex stift per skjuvplan. Likaså testas det hur beteendet påverkas om stift också fästs mellan luckorna för att skapa en kontinuerlig lucka. För att få något att jämföra med testas samma uppställning med plywoodskivor istället för råspontsluckor där både 600 mm och 1200 mm skivor används.

En modell för att beräkna horisontalkapaciteten presenteras och modellen bygger vidare på en modell som presenterats av Prion och Lam. Modellen bygger på att spikarna som fäster luckorna/skivorna i takstolarna bidrar till ett stabiliserande moment. Varje skiva bidrar då till ett moment som motverkar momenten från de yttre lasterna. För att få en uppfattning av hur stora byggnader som kan stabiliseras med denna modell görs en fallstudie där stabiliseringskravet för byggnader med olika spännvidder i olika snözoner beräknas.

Resultatet visar att varje stift som används i ett skjuvplan bidrar till 0,94 kN skjuvkapacitet och att ökningen är linjär ju fler stift som används. Det går inte att dra alltför stora slutsatser om styvheten i förbanden då det är stora variationer. Det är dock klart att styvheten ökar ju fler stift som används. Att fästa ihop luckorna med stift bidrar också till högre kapacitet, särskilt när fler stift används. Plywoodskivorna ger högre kapacitet än råspontsluckor, det visar sig också att 1200 mm skivorna har högre kapacitet än 600 mm skivorna.

Modellen som presenterats för att beräkna kapaciteten fungerar väldigt väl för plywoodskivor. För råspontsluckor stämmer modellens kapacitet väl överens när beteendet slutar vara linjärt, det finns dock betydligt mer kapacitet när deformationerna ökar. Resultatet från fallstudien visar att råspontsluckor (3 eller 6 stift) inte är tillräckligt för att stabilisera någon av byggnaderna om kapaciteten beräknas enligt den presenterade modellen. Om de uppmätta värdena vid större deformationer används är det tillräckligt för att stabilisera mindre byggnader när tre stift per skjuvplan används. Om sex stift används per skjuvplan är det uppmätta värdet tillräckligt för att stabilisera nästan alla byggnader. För 1200 mm plywoodskivor är kapaciteten enligt modellen tillräcklig för att stabilisera alla byggnader i fallstudien, även när partialkoefficenter används. För 600 mm skivor är kapaciteten tillräcklig för att stabilisera de mindre byggnaderna.

• author: Ruhr, Ludvig
• supervisor: Oskar Ranefjärd
• organization: Division of Structural Engineering
• alternative title: Shear capacity of tounge and groove paneling - Test of shear capacity in tounge and groove paneling and moment model for stabilization of buildings
• course: VBKM01 20221
• year: 2022
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Råspont, tounge and groove, Råspontsluckor, Underlagsspont, Underlagsspontluckor, Horisontalstabilisering av tak, Horisontalstabilisering med råspont
• report number: TVBK-5289
• ISSN: 0349-4969
• language: Swedish
• additional info: Handledare: Oskar Ranefjärd; Examinator: Eva Frühwald Hansson
• id: 9097963
• date added to LUP: 2022-08-25 12:25:17
• date last changed: 2022-08-25 12:25:17