masonites flexibla byggsystem - utformning av skarvbeslag ...610893/fulltext02.pdf ·...

Löpnummer BY1301

Examensarbete för högskoleingenjörsexamen i byggteknik, 15 hp

Masonites flexibla byggsystem -Utformning av skarvbeslag för hopfogning av prefabricerade väggelement

Masonite flexible building system – Design of connection for prefabricated wall panels

Emil Edvinsson

Masonites flexibla byggsystem Utformning av skarvbeslag för hopfogning

av prefabricerade väggelement

1

FÖRORD

Det här examensarbetet avslutar min utbildning till byggnadsingenjör på Umeå universitet. Arbetet med att utveckla ett nytt beslag var väldigt roligt och lärorikt. Jag vill rikta ett stort tack till de personer som hjälpt mig med arbetet: -Per-Anders Daerga, min handledare som hjälpt med frågor, beräkningar och idégivare till arbetet. -Ulf-Arne Girhammar, hjälpt till beräkningar och svarat på frågor -Matilda Höök och Roger Edvinsson som kommit med information och material till arbetet. Jag vill också tacka de andra examensarbetarna hos Masonite Pär Westerlund, John Lindström och Patrik Berglund som varit till hjälp och gjort tiden med arbetet roligt.

Umeå, 2013

Emil Edvinsson



2

SAMMANFATTNING

Masonites flexibla byggsystem, är ett byggsystem utvecklat av Masonites Beams AB för

flervåningshus, bostäder och kontor i trä. System är anpassat så att det i största möjliga

utsträckning går att använda sig av prefabricerade element direkt från fabrik, för att sedan

hopfogas med mekaniska förband på byggarbetsplatsen.

Masonites förslag på en infästning mellan bärande väggar är utformad som en montagedubb

vilken förs ned i ett hål i underliggande väggelement. Montaget av dubben fungerade inte

önskvärt, och det finns tveksamheter i montagedubbens förmåga att ta upp vindinducerande

krafter.

Examensarbetet syftar till att utforma och dimensionera ett nytt väggbeslag till Masonites

flexibla byggsystem där snabbt montage av beslaget är viktigt. Iden är att såga en kontinuerlig

slits i väggelementen som man sedan fäster plåtar som skruvas fast i det övre- respektive det

undre väggelementet. Skruven som används är en självborrande skruv för att slippa förborrning

av plåten och väggelementet.

Reglerna i Eurokod 3 och 5 ligger till grund för beräkningarna av beslaget och lastnedräkningen

av ett 8-våningshus är enligt BKR. Lämplig indata till lastnedräkningen gjordes i samråd med

erfaren konstruktör och inblandade i MFB från Masonite. Slutresultatet blev ett förslag med en

plåt med minsta dimensionen 250x200x3 S275 och Adjufix karmskruv från Kartro.



3

ABSTRAC

Masonite flexible building system- is a building system developed by Masonite Beams AB for flats, apartments and offices with wooden structure. The system is designed so that the utmost possible use of prefabricated elements directly from the factory, and then assembled using mechanical joints at the construction site.

Masonite Beams’ suggestion for the interconnection of bearing walls is in the form of a pin

which is fitted into a hole in the underlying wall. The connection is not good. The pin has

problems associated with center tolerances which makes the assembling hard and time-

consuming. How to anchor the shear wall for the uplifting forces due to wind using this

connection device remains to be unsolved.

This examination report aims to develop and design a new wall-to-wall element connection for

the Masonites Flexible Building System, where a rapid and easy erection is the key feature. The

new idea is to saw a continuous slot along the perimeter of the wall and then connect the

upper- and the lower wall elements together by using slotted-in steel-plates with screws. The

screw that is being used is a self-drilling screw, so there is no need to drill in advance.

The design rules given in Eurocod 3 and 5 are followed for the calculation of the connectors and

the loads on an 8 floor building are calculated according to the rules found in BKR. Proper data

for the loads were evaluated in consultation with an experienced structural engineer and with

the engineering staff of Masonite. The end result was a steel plate with the dimensions

250x200x3 and quality S275 with a screw called Adjufix karmskruv from Kartro.



4

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

1 Inledning 5

1.1 Bakgrund 5

1.2 Syfte och avgränsningar 7

1.3 Metod 7

2 Teori 8

2.1 Stabilisering 8

2.1.2 Skivverkan 8

2.3 Förband 9

3. Förutsättningar och beräkningsmodell 10

3.1 Beräkningsmodell 10

3.1.2 Lyft- och skjuvkraft 12

3.1.3 Vindlast 13

3.2 Plåt 13

3.3 Brottyper mekaniska förband 15

3.3.1 Skjuvbrott i skruv och plyboard 15

3.3.2 Flytmoment skruv 17

3.3.3 Hålkantbrott i plåt 17

3.3.4 Brott i plåt 17

3.3.5 Områdesbrott 18

4 Resultat 19

4.1 Lastnedräkning 19

4.2 Skruvens hållfasthet 19

4.3 Plåtens hållfasthet 20

4.4 Dimensionering 20

5 Diskussion 21

6 Slutsats och fortsatt arbete 22

7 Litteraturlista 24

Bilaga A - Lastnedräkningar

Bilaga B- Brottmoder skruv

Bilaga C - Brottmoder plåt

Bilaga D – Adjufix



5

1 INLEDNING

1.1 BAKGRUND

Masonite Beams AB har utvecklat ett industrialiserat byggsystem som är baserat på

förtillverkade planelement. Byggsystemet benämns Masonite Flexibla Byggsystem, MFB.

Systemet är utformat i två versioner; MFB Light och MFB XL. Light är avsett för ett

kostnadseffektiv byggande med mindre laster medan XL är för höga byggnader upp till 8

våningar med stora laster. Den stora skillnaden på uppbyggnaden mellan systemvarianterna är

att XL har en bärande flerskiktsskiva i väggelementen som komplement till I-reglarna.

Flerskiksskivan kallas Plyboard och består av en kärna av LVL och ytskikt av masoniteboard

vilket medför väldigt goda hållfastegenskaper.

Vägg- och bjälklagselementen produceras på fabrik under kontrollerande former vilket ger

garantier om säkra och beständiga lösningar. Planelementen levereras montagefärdiga till

byggarbetsplatsen. Tanken är att alla byggnadsdelar ska kunna lyftas på plats på ett smidigt sätt

och sammanfogas med enkla medel. Byggsystemets filosofi uttrycks genom:

”Ett byggsystem för industriellt byggande med hög prefabriceringsgrad där andelen montagearbete på byggarbetsplats underlättas och minimeras. Byggsystemet är ekonomiskt konkurrenskraftigt ur ett helhetsperspektiv och bygger på återkommande lösningar och utförandeprocesser.”

Med systemet kan beställaren redan i projekteringsskedet välja mellan ett antal alternativ på

utformningen av sin byggnad, utan någon större inblandning av arkitekt eller konstruktör. Som

stöd till detta utvecklas därför en manual som ska ge förklaring till hur man beställer

byggsystemet på det mest optimala sättet för att hålla nere tillverknings-, leverans- och

monteringskostnader m.m.

Byggsystemet har hittills använts vid uppförandet av ett provhus och i två flerbostadshus med

fyra våningar och tolv lägenheter vardera. En av de främst prioriterade egenskaperna för MFB

är att montaget av elementen på byggplatsen skall gå snabbt. För snabbt montage krävs smarta

infästningar mellan bärande väggar och för bjälklaget. Masonite har tagit fram ett förslag på en

montagedubb för infästningen mellan väggar, se figur 1.



6

Figur 1: Principskiss på montagedubb. Källa MFB handboken, Masonite Beams AB.

Det finns två problem med dubben; de snäva centrumtoleranserna försvårar montaget och

förankringen av dubben som är olöst. (Höök, 2010)

Därför ska ett nytt beslag tas fram och testas, se figur 2. Fördelarna med det nya förbandet är

att man har en kontinuerlig slits horisontellt och vertikalt längsmed väggelementet vilket

medför att placeringen och antal plåtar enkelt kan anpassas efter rådande lastförutsättningar.

Slitsen löser också problemen med centrumtoleranserna. (Daerga, 2010)

Anslutningen av väggskarvsbeslaget görs på byggplatsen i samband med montaget av

väggelementen. Det går till så att man skruvar fast plåtarna i de undre väggelementen sedan

sänks de övre väggelementen ned för att skruvas samman. Man kan med fördel redan montera

plåtarna i det undre väggelementet på fabriken för att minska montagetiden på arbetsplatsen.

Figur 2: Principskiss på den nya väggskarvsbeslaget



7

1.2 SYFTE OCH AVGRÄNSNINGAR

Syftet med det här examensarbetet är att utforma ett nytt flexibelt väggskarvsbeslag som

möjliggör ett snabbt och enkelt montage. Beslaget anpassas till de tillverknings- och

montagetoleranser som ställs och ska kunna överföra förekommande krafter.

För att begränsa arbetets omfattning formuleras några avgränsningar:

- Väggskravsbeslaget utformas för MFB XL

-Enklare lastnedräkning enligt BKR där vindlast är dimensionerande

-Samma planlösning på samtliga våningar.

1.3 METOD

Först gjordes en litteraturstudie över Masonites flexibla byggsystem där vi tittade på hur deras

olika byggelement är utformade för att få en översikt av byggsystemet. (MFB Handboken)

Tidigare arbete gjort på montagedubben studerades för att få bättre förståelse för

väggskarvbeslaget och vilka problem som uppstått med dubblösningen. (Rios, 2010)

Ett nytt förslag på skarvmetod för väggelement som Per-Anders Daerga formgivet diskuterades

och presenterades vid ett uppstartsmöte med Masonite Beams för godkännande för

vidareutveckling.

Det nya skarvbeslagets bärförmåga beräknas enligt Johansens (1949), SS-EN 1993-1-8:2005 och

SS-EN 1995-1-1:2004. Bäddhållfastheten för den sammansatta Masonite skivan är tagen

experimentella undersökningar gjorda av Rios (2010)

Lastnedräkning utfördes för ett flervåningshus med godtyckligt antal våningar enligt Källsner

och Girhammar (2008). Totala skjuv- och lyftkraft programmerades i Excel för dimensionering

av beslaget. De förutsättningar som antagits är efter ett ogynnsamt fall och framtagit med hjälp

av Johanson (2010), Edvinsson (2010) och Höök (2010). Mer detaljerat om antaganden finns i

avsnitt 3.1.



8

2 TEORI

2.1 STABILISERING

Alla bärande konstruktioner måste kunna föra ner de aktuella lasterna till undergrunden.

Vertikala laster från till exempel snö och egentyngd tas upp av det vertikala bärsystemet

uppbyggt av antingen pelare och balkar eller bärande väggar. Horisontella krafter från vind och

snedställning måste stabiliseras för att byggnaden inte ska kollapsa.

Vanligtvis säkerställs stabiliteten hos en konstruktion genom krysstag, ramverkan eller

skivverkan. De bärande väggarna i MFB XL består av Masonites Plyboard, som är ett homogent

och styvt material, därför kan skivverkan fungera som stabiliserande system.

2.1.2 SKIVVERKAN

När en horisontell last från till exempel vind belastar en byggnad fördelas halva vindkraften till

det övre bjälklaget och den andra halvan till det undre bjälklaget, förutsatt att väggen är

tillräckligt styv. Bjälklagen överför sedan krafterna till de stabiliserande väggarna som genom

skivverkan för ner krafterna till grundplattan. I ett flervåningshus belastas varje våningsplan av

tyngden från ovanliggande våning, det betyder alltså att bottenvåningen kommer utsättas för

all last från alla våningarna i byggnaden. I figur 3 illustreras kraftflödet i en väggenhet och hur

byggnaden stabiliseras genom skivverkan.

Figur 3: Kraftfördelning i en väggenhet i ett tvåvåningshus källa Carling, 1992.



9

2.3 FÖRBAND

Väggelement kan anslutas till varandra genom skruvning, spikning, limning eller en kombination

av lim och spik/skruv. Att limma är inte önskvärt eftersom hållfastheten beror av kvaliteten på

utförandet och fler faktorer relaterade till de yttre förhållandena i montageskedet (temperatur,

fuktighet renhet etcetera), och det innebär att det är svårt att kontrollera i efterhand vilken

hållfasthet förbandet uppnått. Limmet måste också härda vilket förlänger montagetiden och

kravet på monteringsmiljön.

Mekaniska förband går däremot fort att montera med små variationer i på hållfastheten som är

enklare att kontrollera i efterhand. Det krävs dessutom inga speciella förhållanden vid

montageplatsen för att uppnå full styrka i förbanden. (Daerga, 2010)



10

3. FÖRUTSÄTTNINGAR OCH BERÄKNINGSMODELL

3.1 BERÄKNINGSMODELL

Beräkningsmodellen utgår från en betraktelse av momentjämvikt mellan den horisontella

vindkraften och de vertikala reaktionskrafterna som verkar på en flervånings byggnad enligt

figur 4. Beräkningsmodellen är en enkel och konservativ i den mening att den utesluter

bjälklaglasten som verkar stabiliserande, det vill säga beräkningsresultatet bör ligga på säker

sida, men trots det bedöms beräkningsmodellen kunna ge en realistisk uppskattning av hur stor

belastningen blir på väggskarvsförbandet. Lastberäkning utförs på ett 8 våningshus.

Beräkningarna är enligt BKR där vindlasten är huvudlast.

Tabell 1.1 visar antagna laster och geometrier för flervånings byggnad.

Tabell 1.1 Antagna laster och geometrier för beräkningsmodellen.

Tabell 1.2 visar antagen indata för skarvplåten Tabell 1.2. Indata skarvplåt

Geometrier [m]

Våningshöjd 3

Vägglängd (Skjuv-vägg) 8

C/C skjuvvägg 5

Egentyngder [kN/m2]

Bjälklag 1

Väggelement 1

Tak 1

Laster

Vref 24 m/s

Lovart μ 0,9

Lä μ 0,3

Terräng typ I

Tjocklek 3 mm

Flytspänning plåt 275 MPa

Brottspänning plåt 430 MPa



11

Tabell 1.3 visar antagen indata för skruven som medelvärdet från 3 stycken dragprov utförda av

Karto, se bilaga D

Tabell 1.3. Indata skruv

Figur 4. Jämviktsmodell av ett högvåningshus med n våningar.

Diameter 6,7 mm

Draghållfasthet 513,4 N/mm2



12

Figur 5: Illustration av antagen lastfördelning mellan

lyft- och skjuvkraften.

3.1.2 LYFT- OCH SKJUVKRAFT

Den största lyftkraften blir längst ner i huset som ges av jämvikt från figur 4. Vindlasten räknas

som punktlast på väggen. Enligt Källsner och Girhammar (2008) är ekvationen:

(1)

Där: Hi=kraften från vind

n=antal våningar

I Ekvationen tas inte den positiva lasten från nyttiglaster med utan endast halva egentyngden

från tak och väggelementen vilket är konservativt.

Ser man hela gaveln på huset som ett väggelement skulle det betyda teoretiskt att beslaget

längst ut tar upp störst lyftkraft sedan avtar lyftkraften linjärt på de övriga beslagen om

väggelementet antas fullt styv, men eftersom plåten är liten i förhållande till väggelementet tas

inte detta i beaktning utan krafterna fördelas lika över alla beslag i ett väggelement. Den

beräknade lyftkraften ur ekvation 1, antas fördelas i de beslag placerade i den vertikala slitsen i

väggelementet, se figur 5.

Enligt Källsner och Girhammar (2008) blir skjuvkraften störst mellan bottenplatta och

bottenvåningen. Skjuvkraften blir enligt ekvation 2 och antas fördelas lika över alla beslag i den

horisontella slitsen, se figur 5. Ekvationen blir:

n

i

iskjuv HH1

0, (2)

Där: Hi=kraften från vind n=antal våningar

n

i

taki

n

i

ilyft GGiHb

hR

11 2

1



13

3.1.3 VINDLAST

De dimensionerande lasterna på beslaget antas komma från vindlasten på väggarna.

vindlasten kommer att beräknas som variabel last och bunden då höjd/längd <5, alltså ingen

hänsyn tas till den dynamiska effekten. I beräkningarna måste både lovart- och läsidan tas med

eftersom både vill stjälpa huset. Det karakteristiska värdet för vindlasten bestäms då enligt

Boverkets handbok om snö- och Vindlast, 1997:

kk qW (3)

Där: Wk är karakteristisk vindlast per ytenhet

qref är referenshastighetstryck

qk är Karakteristiskt hastighetstryck

är formfaktor för byggnaden

När vindlasten behandlas som statisk finns det karakteristiska hastighetstrycket i tabell 2:21a,

ur BSV, Snö- och Vindlast för olika terrängtyper och vindhastigheter. Värdena ur tabellen är en

last vid en viss höjd. Genom interpolering delades vindlasten in per våning d.v.s. en vindlast för

var 3:e meter.

Den jämt utbredda vindlasten på väggen räknas om till en punktlast i knutpunkterna för de

bärande väggarna där lasterna förs vidare genom skivverkan.

3.2 PLÅT

Tre förslag på lämplig utformning av plåten togs fram med vägledning av Eurokod 3 och 5 med

olika hållfastheter. De formler som använts gäller för förborrade hål där vinkeln mellan kraften

och fanerens fiberriktning vinkelrätt respektive parallellt.

Det minsta avstånd mellan skruvar samt avstånd till kant väljs både med hänsyn till träet

respektive plåten. Centrumavståndet mellan skruvarna och avståndet till underkant på

väggbeslaget är träet är dimensionerande. I överkant och på sidorna väljs minsta avståndet

med hänsyn till plåtens kantavstånd. För förband med stålplåtar reduceras avstånden med

faktorn 0,7. Mer ingående redovisas i bilagan C.

För att klara kraven blev förslagen på plåtarna enligt figur 6, 7 och 8.



14

Figur 6. Förbandstyp A, en hålrad.

Figur 7. Förbandstyp B, två hålrader.

Figur 8. Förbandstyp C, tre hålrader.



15

Figur 9: Brottmod F, hållkanttrycksbrott i plyboarden

3.3 BROTTYPER MEKANISKA FÖRBAND

Förbandet är ett skjuvkraftbelastat förband vilket innebär att fyra olika typer av brott kan uppstå: - Skjuvbrott i skruv - Hålkantbrott och områdesbrott plåt - Områdesbrott trä (tas ej med i detta arbete) Den minsta av dessa är den dimensionerande hållfastheten för beslaget. För beräkningar se bilaga C.

3.3.1 SKJUVBROTT I SKRUV OCH PLYBOARD

Utgångspunkten för dimensioneringen av beslaget är Johansen (1949).

Tre möjliga brottmoder visas i figur 9, 10 och 11. Dessa gäller vid tunn inslitsad plåt, d.v.s. då

plåtens tjocklek är mindre än halva förbindarens diameter. För dimensioneringen användes

medelbäddhållfasthet parallellt med fiberriktningen för boarden respektive LVL-kärnan från

Rios (2010) experimentella undersökningar på Masonites plyboard,

tabell 4.3. Brottmoder enligt 8.2.3, Eurokod 5 kapitel 1.

Ekvation 5 och 6 är endast applicerbara om bäddhållfastheten inte

skiljer sig nämnvärt mellan skikten.

För brottmod F gäller:

dttftfF swkwhbkbhRkv )](2[ ,,,,, (4)

Där: Fv,Rk är karakteristik bärförmåga. fh,b,k är bäddhållfastheten för boarden. fh,w,k är bäddhållfastheten för LWL. tb är boardskivans tjocklek.

tw är LVL-kärnans tjocklek. ts är slitsens bredd. d är förbindarens diameter.



16

Figur 10: Brottmod G, hålkanttryckbrott i plyboarden och flytbrott i förbindaren

Figur 11: Brottmod H, hålkanttryckbrott i LVL-kärna och dubbelt flytbrott i förbindaren.

För brottmod G gäller:

41

42

,

2

1,1,

,

1,1,,

Rkax

kh

Rky

khRkv

F

tdf

MdtfF

(5)

Där: Fv,Rk är karakteristik bärförmåga Fh,1,k är bäddhållfastheten i träet t1 är tjockleken på träet d är förbindarens diameter

My,Rk är skruvens kara. flytmoment Fax,Rk är skruvens kara. Utdragsförmåga

För brottmod H gäller:

43,2

,

,1,,,

Rkax

khRkyRkv

FdfMF (6)

Där: Fv,Rk är karakteristik bärförmåga Fh,1,k är bäddhållfastheten i träet t1 är tjockleken på träet d är förbindarens diameter My,Rk är skruvens kara. flytmoment Fax,Rk är skruvens kara. utdragsförmåga

Beräkningarna för de olika brottmoderna kan ses i bilaga B.



17

3.3.2 FLYTMOMENT SKRUV

Enligt Eurokod 5, 8.30, del 1 beräknas värdet på karakteristiskt flytmoment enligt ekvation 7 (7) Där: Myrk är karakteristiskt flytmoment i Nmm Fu,k är karakteristiskt draghållfasthet i N/mm2 d är skruvens diameter i mm

3.3.3 HÅLKANTBROTT I PLÅT

Dimensionerande bärförmåga för hålkanttryck bestäms enligt Eurokod 3, del 8, tabell 3.4 genom ekvation 8:

dim

2

1, F

tdfakF

M

ubRdb

(8)

Där: Fb,Rd är dimensionerande bärförmåga k1 är enligt Eurokod, tabell 3.4

ba är enligt Eurokod, tabell 3.4

fu är brottgräns för den svagare av de förbundna konstruktionsdelarna d är skruvdiameter t är plåttjocklek M2 är säkerhetsklass

3.3.4 BROTT I PLÅT

Samtliga ekvationer i 3.3.4 är tagen ur Eurokod 3, del 1. Plåten kontrolleras mot normal- och skjuvspänningen enligt ekvation 9 är hållfasthet i försvagat snitt:

(9)

Där: Nu,rd är dimensionerande bärförmåga i nettosnittet

Nettoarean fås genom ekvation 10:

(10)

Där: Anet är nettoarean för plåten b är bredden

pnet tdabA )( 0

2

, 9,0M

unetRdu

fAN

6,2

,, 3,0 dfM kuRky



18

a är antalet hål i snittet d0 är håldiametern

Hållfasthet i försvagat snitt enligt ekvation 11:

(11)

Där: Npl,Rd är dimensionerande bärförmåga i bruttosnittet

Bruttoarean fås genom ekvation 12:

(12)

Där: b är bredden för plåten tp är tjockleken på plåten

3.3.5 OMRÅDESBROTT

Plåten kontrolleras också mot områdesbrott mot excentriskt last enligt Eurokod 3, del 8,

ekvation 13:

(13)

Där: Ant är nettoarean utsatt för dragning Anv är nettoarean utsatt för skjuvning

0

,

M

y

Rdpl

fAN

02

,1,3

15,0

M

nvy

M

ntuRdeff

AfAfV

pgr tbA



19

4 RESULTAT

4.1 LASTNEDRÄKNING

I tabell 3 sammanställs resultaten från lastnedräkningen enligt avsnitt 3.1.

Tabell 3. Lastsammanställning för ett 8 våningshus.

Resultaten delas upp för varje våning för att kunna anpassa antalet skarvbeslag och skruv för varje våningsplan. Med negativa är tryckkraft och positivt är lyftkraft i beslaget På så sätt minimeras antalet beslag och får således en mer tids- och kostnadseffektiv byggnad. För beräkningsgång se bilaga A.

4.2 SKRUVENS HÅLLFASTHET

Nedan sammanställs resultaten för de olika förbandskonfigurationerna enligt figur 5, 6 och 7 med hänsyn till skruvens hållfasthet enligt avsnitt 3.3.1 i tabell 4.

Tabell 4. Bärförmåga för skruvarna i förbandstyp A, B och C.

Brottmod G blir den teoretiskt framräknande brottmodern. För beräkningsgång se bilaga B.

Våningsplan Dimensionerande lyftkraft [kN] Dimensionerande Skjuvkraft [kN]

1 110,37 21,21

2 65,58 51,71

3 26,73 76,40

4 -4,97 100,15

5 -28,77 122,85

6 -44,08 143,97

7 -50,47 163,04

8 -47,57 179,07

Förbandstyp Dimensionerande bärförmåga för en skruv [kN] Antal skruv Total hållfasthet för skruvar [kN]

A 7,62 6 47,7

B 7,62 12 91,4

C 7,62 18 137,1



20

4.3 PLÅTENS HÅLLFASTHET

Nedan sammanställs resultaten för plåten enligt avsnitt 3.3.3 – 3.3.5 i tabell 5.

Tabell 5. Bärförmåga i plåt för förbandstyp A, B och C.

Bärförmågan är lika i alla tre typer av förbandstyp. Hålkanttrycket jämförs med skruvens hållfasthet som är 9,14 kN så det betyder det att skruven går sönder innan plåten, eftersom 9,14 kN < 18,1 kN. För beräkningsgång se bilaga C

4.4 DIMENSIONERING

I Tabell 6 sammanställs samtliga resultat ur 4.2 och 4.3 där brottmod med minsta hållfasthet för respektive förbandstyp blir dimensionerande.

Tabell 6: Sammanställning bärförmåga förbandstyp A, B och C

För samtliga förbindare är det skruvarna som är den svagaste delen i förbandet. Men man ser att för förbandstyp C är områdesbrottet ganska nära vilket betyder om man vill ha fler skruv per beslag bör man använda sig av en tjockare plåt. Vid dimensioneringen bestämmer man sig för ett lämpligt antal förband per skjuvvägg där den mest belastade skjuvväggen avgör valet mellan de olika förbandstyperna för att kunna uppnå tillräcklig hållfasthet. Förbanden dimensioneras med fördel per våningsplan.

Brottmod Dimensionerande bärförmåga [kN]

Bärförmåga i försvagat snitt 201

Bärförmåga i snitt 206

Bärförmåga m.h.t. hålkanttryck 18,1

Områdesbrott 99,1

Förbandstyp Total hållfasthet för

skruvar [kN]

Bärförmåga i försvagat

snitt (kN)

Bärförmåga i snitt (kN) Områdesbrott (kN)

A 32,0 201 206 99,1

B 59,7 201 206 99,1

C 86,1 201 206 99,1



21

5 DISKUSSION

Brottmoder

Viktigaste resultatet att notera är att skruven är den svagaste delen i beslaget. Det betyder att

om man hittar en skruv med bättre egenskaper, eller med en större dimension skulle den totala

hållfastheten för förbandstyperna A och B bli bättre, men där områdesbrott skulle mest

sannolikt blir brottmoden för förbandstyp C.

Brottmoderna F, G och H för flerskiktsskivor och plåt, där obeprövade formler för denna typ av

flerskiktsmaterial (board med LVL-kärna) där vi har stora skillnader mellan hårdheten skikten. I

beräkningarna användes medelbäddhållfastheten för plyboarden för att anpassas till

existerande formlerna i Eurokod. Man skulle behövt använda sig av nya härledda formler för en

flerskiktad skiva, likt plyboarden där man kan använda sig av de olika egenskaperna hos de olika

skikten.

Beräkningar

Att använda sig av Excel för programmering av beräkningarna var väldigt tidkrävande och

resultatet blev ändå inte önskvärt. Det skulle varit bättre att använt en del av tiden till att lära

sig ett program är utformat åt beräkningar, till exempel Matchad.

Beräkningar med Eurokod och BKR

Viktigt att notera när lastnedräkningen är gjort enligt BKR och hållfasthetsberäkningarna enligt

Eurokod är att partialkoefficienten för säkerhetsklass, γn/ γd inte tas hänsyn till då den återfinns

i bärförmågan i BKR och på lasten i Eurokod, se tabell 7.

Tabell 7: Jämförelse partialkoefficienter Eurokod och BKR

Eurokoderna ger alltså större laster då partialkoefficienten γf är 1,5 i Eurokod jämfört med 1,3 i

BKR. Alltså skulle lasterna från lastnedräkningen blivit större om de gjordes i enlighet med

Eurokod för säkerhetsklass 2 och 3.

Last

Bärförmåga SK 1 SK 2 SK 3

Eurokod γd=0,83 γd=0,91 γd=1,0

BKR γn=1,0 γn=1,1 γn=1,2

kfdd FF

kfd FF

m

kd

XX

nm

kd

ff



22

6 SLUTSATS OCH FORTSATT ARBETE

Slutsatsen efter det här arbetet är att mycket arbete återstår för att börja använda förbandet i Masonites flexibla byggsystem. Det här arbetet är en inledande studie som kan användas som underlag för en fördjupad utveckling av beräkningsmetoder och som underlag vid provningar. Skarvbeslaget har stor potential för att användas som väggskarvbeslag åt MFB. Det är ett flexibelt förband med godtycklig placering i den kontinuerliga slitsen, anpassningsbar hållfasthetsförmåga och möjlighet till en hög prefabricering. Den dimensionerande delen av beslaget är skruvens och dess hållfasthet. Den skruv som användes hade borrspets, men utan förborrning visade det sig att skruven började rotationswobbla när den nådde plåten och hålet blev därmed för stort och koniskt. Med förborrning med en borrdiameter något mindre än skruven fungerade det utmärkt med handhållen skruvdragare. Den största kraften från ett 8-våningshus är ca 180 kN. Det innebär att vi nästan klarar oss med 3 st förband med totalt 36 skruv. Nedan följer förslag på fortsatt arbete för att vidare utveckla skarvbeslaget och systemet;

1. Fullskaleförsök

Den teoretiska hållfastheten framräknat i arbetet är inte anpassade efter Masonites board, därför skulle det vara intressant och se hur de beräknade resultat överensstämmer med ett fullskaleförsök. Då kan också beteendet vid olika brott studeras och undersöka alternativa brottmoder som är okända. Försöket skulle även vara värdefullt för att se hur effektivt det går att montera beslaget och vilka eventuella förbättringar som kan behöva göras. 2. Förfina och fördjupa beräkningarna Vidareutveckla och anpassa beräkningsmetoderna för den här typen av förbindare framtagna genom experimentella försök. Man behöver också titta på de olika brotten som kan uppstå i plyboarden som inte tagits i beaktning i det här arbetet. Ta fram en lathund/beräkningshandbok för att underlätta vid dimensionering. 3. Annan typ av skruv Det skulle vara bra att välja en annan mindre skruv med ett segare brott så att använda brottmod H skulle uppträda. Skruvens diameter bör ligga kring 4-5mm för att få ett tätt skruvmönster. Får man problem med hålkanttryck kan hålbilden med lätthet göras med förskjutna skruvrader för att minska inverkan av inbördes avstånd för skruvarna.



23

4. Vägg med dubbla plyboard skivor Vid höga hus kan stora krafter uppstå t.ex. bottenvåningen, där finns det kanske inte tillräckligt med plats alla väggskravbeslag. Där skulle man kunna placera väggar med dubbla skivor för att kunna fördubbla antalet beslag i väggelementet. 5. Undersöka flera användningsområden För att ytterligare kunna optimera dimensioneringen kan man försöka få samverkan mellan flera skjuvväggar genom att förbinda flera väggelement med varandra med en vertikalslits och plåt. Om det är möjligt kan man ta lasten på fler beslag och man kan minska antalet skruv och plåtar i väggarna. Utforma ett T-beslag vid knutpunkterna för att förbinda tre stycken väggelement med varandra skulle också vara intressant.



24

7 LITTERATURLISTA

Tryckta källor

Källsner, Bo och Girhammar, Ulf Arne: Horisontalstabilisering av träregelstommar, Plastisk dimensionering med träbaserade skivor. SP Rapport 2008:47, SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, 2008. Boverkets Handbok om snö- och vindlast, Utgåva 2, 1997. Carling, Ove, Svensk Byggtjänst, Trätek: Dimensionering av träkonstruktioner, 1992. Johansen, K. W.: Theory of timber connectors. Proceedings of the International Association of Bridge and Structural Engineering (IABSE), Vol. 9, 1949. MFB handboken, förhandsutgåva 2010:1 Rios, Maya: Utformning av beslag för infästning av prefabricerade stomelement i Masonite Flexibla Byggsystem, 2010. SS-EN 1993-1-8:2005. ”Eurokod 3: Dimensionering av stålkonstruktion – Del 1-8: Dimensionering av knutpunkter och förband”, utgåva 1. SS-EN 1995-1-1:2004. ”Eurokod 5: Dimensionering av Träkonstruktioner - Allmänna regler och regler för byggnader” utgåva 1.

Muntliga källor och mailkorrespondens

Daerga, Per-Anders (2010) : Umeå Universitet Edvinsson, Roger (2010): Masonite Beams AB Girhammar, Ulf Arne (2010): Umeå Universitet Höök, Matilda (2010): Masonite Beams AB Johanson, Björn (2010): Bjerking AB Svensson, Mats (2010): Karto



A1

Figur A1. Karakteristiskt

hastighetstryck, qp

pqgCCskjuvvägdVåningshöjH

BILAGA A - LASTNEDRÄKNINGAR

I avsnittet kommer indata enligt tabell 1.1 och 1.2 användas samt medelbäddhållfasthet 58,14Mpa för 5 faner, 1 board som tagit fram genom experimentella undersökningar på Masonites plyboard. (Rios, 2010) - Vindlast Det karakteristiska hastighetstrycket qp, interpolerades fram med hjälp av tabell 2:21a, ur BSV, Snö- och Vindlast för höjder med 3 meters intervall. Takets hastighetstryck antogs vara en på halv våningshöjd. Resultatet visas i figur A1. Dimensionerande kraft per våning enligt ekvation 3:

kk qW

Då blir Vindlasten för respektive våningsplan enligt:

2/27,16_ mkNVåning 2/22,15_ mkNVåning

2/16,14_ mkNVåning 2/08,13_ mkNVåning 2/98,02_ mkNVåning

Den framräknade lasten räknas sedan om från kN/m2 till en punktlast H vid centrum skjuv-väggen, se figur A2. Punklasten beräknas då enligt:

Då blir Punktlasten för de olika planen:

2/33,111,1)3,09,0(8_ mkNVåning

2/31,109,1)3,09,0(7_ mkNVåning

2/83,01_ mkNVåning

2/34,112,1)3,09,0( mkNTak



A2

Figur A2: Illustration av vindlaster

kNH

kNH

kNH

kNH

kNH

kNH

kNH

kNH

kNH

Vån

Vån

Vån

Vån

Vån

Vån

Vån

Vån

Tak

45,125383,0

70,145398,0

20,165308,1

40,175316,1

30,185322,1

05,195327,1

65,195331,1

95,195333,1

10,205334,1

1

2

3

4

5

6

7

8

-

Dimensionerande lyftkraft Den karakteristiska lyftkraften i hörnet på skjuv-väggen för respektive våningsplan fås genom ekvation 1:

(1)

Först räknas enbart lyftkraften:

kNRVån

kNRVån

kNRVån

kNRVån

kNRVån

kNRVån

kNRTak

Lyft

Lyft

Lyft

Lyft

Lyft

Lyft

Lyft

03,1993

02,1504

10,1075

92,916

18,41))177(65,19(8

3))178(95,19(

8

3))5,079(10,20(

8

37

79,18)18895,19(8

3)5,08910,20(

8

38

77,3))5,099(10,20(8

3

n

i

taki

n

i

ilyft GGiHb

hR

11 2

1

kN

RVån

kNRVån

Lyft

Lyft

69,312)111822,0(8

3

)112978,0(8

3)113083,1(

8

3)114164,1(

8

3)115218,1(

8

3

)116266,1(8

3)117308,1(

8

3)118344,1(

8

3)5,0192(

8

31

52,2532



A3

Lägg märke till att takets inverkan antas vara på en halv våningshöjd. Den totala dimensionerande lyftkraften i vägghörnet där egenvikten agerar positivt och variabel huvudlast är vindlasten. Därav multipliceringen med 1,3 enligt lastkombination 1. Då blir den dimensionerande lyftkraften:

Där:

Då fås:

-Dimensionerande skjuvkraft

Enligt ekvation 2 fås:

n

i

iskjuv HH1

0, (2)

Kraften från varje våningsplan adderas ner i byggnaden.

VägglängdGGGRR bjklväggtaklyftnettoLyft )(5.03,1,

kNVån

kNVån

kNVån

kNVån

kNVån

kNVån

kNVån

kNVån

37,1108)915813115(5,03,169,3121

58,658)815713115(5,03,152,2532

73,268)715613115(5,03,102,1993

97,48)615513115(5,03,102,1504

77,288)515413115(5,03,11,1075

08,448)415313115(5,03,171,706

47,508)315213115(5,03,118,417

57,478)215113115(5,03,179,188

gCCskjuvvägGG ktak

vägglängdGG kvägg

gCCskjuvvägGG kbjkl

kNVånVånHVån

kNVånVånHVån

kNVånVånHVån

kNVånVånHVån

kNVånVånHVån

kNVånVånHVån

kNVånHVån

kNHVån

skjuv

skjuv

skjuv

skjuv

skjuv

skjuv

skjuv

skjuv

07,1792.8.3,135822,01

04,1633.8.3,135978,02

97,1434.8.3,135083,13

85,1225.8.3,135164,14

15,1006.8.3,135218,15

40,767.8.3,135266,16

71,518.3,135308,17

21,213,135344,18

1,

1,

1,

1,

1,

1,

1,

1,



B1

Figur B1: Brottmod F

Figur B2: Brottmod G

BILAGA B- BROTTMODER SKRUV

Skruven kontrolleras för de olika brottmoderna F, G och H där den lägsta hållfastheten är dimensionerande. -Skjuvhållfasthet skruv Med indata från testrapporten enligt tabell 1.3, beräknas värdet på karakteristiskt flytmoment enligt ekvation 7: (7) Med insatta värden fås:

Om hållfastheten är liten i boarden och skruv och plåt är överstarka

får vi brottmod F enligt ekvation 4:

dttftfF swkwhbkbhRkv )](2[ ,,,,, (4)

Med insatta värden fås:

Om vi får flytbrott i förbindaren vid plåten och hålkantbrott i

boarden får vi brottmod G enligt ekvation 5:

(5)


skärkNF Rkv /46,137,6))426(0,498214,58(,

41

42

,

2

1,1,

,

1,1,,

Rkax

kh

Rky

khRkv

F

tdf

MdtfF

skärkN

F Rkv

/57,44

0

1197,614,58

21600427,61914,58

2,

6,2

,, 3,0 dfM kuRky

26,2

, /7,216457,64,5133,0 mmNM Rky



B2

Figur B3: Brottmod H

Om vi får hålkanttryckbrott i LVL-kärnan och dubbelt flytbrott i förbindaren får vi brottmod H enligt ekvation 6:

43,2

,

,1,,,

Rkax

khRkyRkv

FdfMF (6)


Sedan beräknas det dimensionerande värdet för de olika förbanden med minsta värdet av de möjliga brottmoderna. Eftersom det gäller 2-skärigt förband kan vi multiplicera de framräknade värdet för brottmoden med 2, då fås:

Med insatta värden i respektive förband:

Förbindare A: kNF totRdv 7,452,1/657,42,,

Förbindare B: kNF totRdv 4,912,1/1257,42,,

Förbindare C: kNF totRdv 1,1372,1/1857,42,,

skärkNF Rkv /67,64

07,614,58216003,2,

nF

FM

Rkv

totRdv 2

,

,,

min2

Utveckling och dimensionering av väggbeslag

Emil Edvinsson 2012-10-04

C1

Figur C1. Illustration Ant, Agr och Anet i plåten.

BILAGA C - BROTTMODER PLÅT

Utgångspunkten för kantavstånden blev en jämförelse mellan tabell 8.2, Eurokod 5 del 1, och tabell 3.3, Eurokod 3, del 8.

För träet är minimi kravet är 7d för obelastad ände med förborrat hål, d )sin3( och

dcon )4( för spikavstånd parallellt respektive vinkelrätt fiberriktningen.

För stålet är minimikravet för centrumavstånd spik 2.2d0 och 1.2d0 för ändavstånd och kantavstånd. Därför valdes det största av samtliga vilket är 7d, som vi också fick reducera med 0.7 eftersom vi har stål-träförband vilket leder till ett minsta centrum och kantastånd 337,677,0 mm.

Väljer 50 mm med hänsyn till montagetoleranser. Plåten kontrolleras för en plastisk bärförmåga för bruttotvärsnittet, Npl,Rd och en dimensionerande bärförmåga vid brott vid snitt genom hål för skruv, Nu,Rd samt områdesbrott. 2 olika områdesbrott kan uppträda röda och svarta linjerna i figur C1. Eftersom kantavståndet i y-riktning är större än i x-riktning blir områdesbrottet i plåten genom en skruvrad, Ant som i det här fallet är samma som Anet.

-Hålkantstryck

Hålkantstrycket för plåten beräknas enligt ekvation 8:

dim

2

1, F

tdfakF

M

ubRdb

(8)

Med insatta värden för de olika förbandstyperna:



C2

Förbindare A:

Förbindare B:

Förbindare C:

Som väntat har vi ingen reduktion med hänsyn till hål- och kantavstånden eftersom de är stora i förhållande till skruvdiametern. De tilltagna hål- och kantavstånden gör också att även om de specificerade måtten skulle avvika vid montering blir inte det avgörande för förbandets hållfasthet.

-Bärförmåga försvagat snitt Nettoarean för skjuvning fås ur ekvation 10: (10) Med insatta värden fås: Förbindare A: Förbindare B: Förbindare C:

26243))76(250( mmAnet

26243))76(250( mmAnet

26243))76(250( mmAnet

pnet tdabA )( 0

5,2)5,2,7,17

458,2min(5.2,7.1

8,2min:

1)0,1,275

430,

73

35min(0.1,,

3min:

01,182,1

37,643015,2

0

2,

0

1,

,

1

d

ek

f

f

d

e

kNF

p

u

ubp

b

Rdb

5,2)5,2,7,17

458,2min(5.2,7.1

8,2min:

1)0,1,275

430,

73

35min(0.1,,

3min:

01,182,1

37,643015,2

0

2,

0

1,

,

1

d

ek

f

f

d

e

kNF

p

u

ubp

b

Rdb

5,2)5,2,7,17

458,2min(5.2,7.1

8,2min:

1)0,1,275

430,

73

35min(0.1,,

3min:

01,182,1

37,643015,2

0

2,

0

1,

,

1

d

ek

f

f

d

e

kNF

p

u

ubp

b

Rdb



C3

Sedan beräknas hållfastheten enligt ekvation (9): (9) Med insatta värden för de olika förbandstyperna fås Förbindare A: Förbindare B: Förbindare C: -Bärförmåga snitt Bruttoarean för plåten fås ekvation 12: (12)

Med insatta värden för de olika förbandstyperna fås:

Förbindare A:

Förbindare B:

Förbindare C:

Sedan beräknas hållfastheten enligt ekvation 11: (11)

Med insatta värden för de olika förbandstyperna fås:

Förbindare A: Förbindare B: Förbindare C:

kNN Rdu 2012,1

4306249,0,

kNN Rdu 2012,1

4306249,0,

kNN Rdu 2012,1

4306249,0,

kNN Rdpl 2061

275750,

kNN Rdpl 2061

275750,

kNN Rdpl 2061

275750,

2

, 9,0M

unetRdu

fAN

27503250 mmAgr

27503250 mmAgr

27503250 mmAgr

pgr tbA

0

,

M

y

Rdpl

fAN



C4

-Områdesbrottplåt Plåten kontrolleras också mot områdes brott enligt ekvation 13:

(13)

Eftersom Ant (inget drag) kan vi bortse från första termen. Med insatta värden för de olika förbandstyperna fås:

Förbindare A: Förbindare B:

Förbindare C:

Här ser vi att hållfastheten blir samma eftersom det i alla fall är brott genom en skruvrad.

02

,1,3

15,0

M

nvy

M

ntuRdeff

AfAfV

kNV Rdeff 07,991

624275

3

1,1,

kNV Rdeff 07,991

624275

3

1,1,

kNV Rdeff 07,991

624275

3

1,1,



D1

BILAGA D – ADJUFIX

Här redovisas dragresultatet från 3 skruvar gjorda av karto, se tabell D1 Beräknade spänningar är utvärderade på arean i skruvens släta del. Vi ser att brotten som väntat uppkommit i skruvarnas gänga där tvärsnittsarean är mindre, se figur D2. Tabell D1: Resultat av dragprov för Adjufix skruv, källa Karto



D2

Figur D2: Dragprov för en Adjufix skruven, källa Karto

masonites flexibla byggsystem - utformning av skarvbeslag ...610893/fulltext02.pdf ·...

Documents