In the beginning stage when a building is to be constructed it can be difficult to choose the material for the supporting frame. Today there is a lot of different materials with different properties, each material often has good properties while at the same time there is a worse property, heavy weight for example. The growing debate about climate change has led to an increased use of building with wood, as it is positive from a climate perspective. Structor Byggteknik Umeå AB has in their work as construction consultants received questions from customers who want to know more about the differences between cross-laminated wood (CL-wood) and light beams. These questions are the foundation to this project, in which the differences between how the chosen material affects the living area will be compared. The project will also include a comparison to see which material that consumes the most amount of wood. The aspect of climate impact will also be compared in the unit CO2-equivalents, which is a topical question today. To produce the data that will be used to compare the material two buildings where dimensioned, one with CL- wood and one with light beams. To perform the dimensioning a reference building made with concrete was used, from which a section of the building was retrieved as well as loads. In consultations with Structor, requirements were set for sound, U-value, and fire for the buildings that were dimensioned. The load countdown was performed with the program Statcon structure where the most loaded walls and floor slabs were checked in both serviceability limit state (SLS) and ultimate limit state (ULS). From the structure of the floor slabs and walls the amount of wood per 1 m2 were calculated for every building component. With known wall thickness two 3D-modells were produced, one for each material. From the 3D-modells the living area was compared. For the comparison of climate impact two climate declarations including module A1-A5 was created with the construction sector’s environmental calculating program (BM). The comparison of the living area resulted in a difference of 0,8 m2 per floor where the CL-wood was the larger one, despite that the exterior walls and the dividing walls were thicker for the building with CL-wood. This might be because the load-bearing inner walls in the light beam building were a lot thicker than the inner walls in the CL-building. The material consumption was compared by calculating the volume of wood for 1 m2 for every building component. The result showed a difference of 327 % where the light beam building consumed a smaller amount of wood. Most likely this is because the CL-slabs are homogeneous wood elements which increase the amount of wood per m2, while the light beam in the construction is placed with a center distance of 600 mm. One climate declaration was made for each building, the climate impact was compared both component against component and with a total of 1 m2 of every building component. The result showed that when all the building components is compared the CL-building generated a higher climate impact. A closer comparison between component against component shows that the floor slabs in the CL-building has a lower climate impact than the floor with light beams. The conclusion of the project is that both CL-wood and light beams have its advantage, but it can be difficult to say exactly which material is the better one. Despite this, light beams have two advantages in this project while CL-wood only has one. To facilitate the choice a check should be done where all the conditions and requirements are listed. With that list it’s possible to compare which material suits for the specific project. / I den initierande fasen för en byggnad kan det vara svårt att välja material för den bärande stommen. Idag finns det många olika material med olika egenskaper, varje material har någon eller några fördelar samtidigt som de också har en eller flera sämre egenskaper. I och med den växande klimatdebatten har allt fler valt att bygga med trä, då det är positivt ur ett klimatperspektiv. Structor Byggteknik Umeå AB (hädanefter Structor) har i sitt arbete som byggnadskonsulter fått frågor från kunder som vill veta mer om skillnaden mellan KL-trä och lättbalkar. Structor vill ha ett underlag för att kunna visa sina kunder vilket av de två alternativen som lämpar sig bäst för deras projekt. Detta är de som låg till grund för det här projektet där KL-trä och lättbalkar jämfördes med aspekter på hur materialvalet påverkar boarean samt materialåtgången av volymen trä. Även en jämförelse av klimatpåverkan i CO2-ekvivalenter utfördes för att belysa skillnader i ett dagsaktuellt ämne. För att ta fram det underlag som senare användes för att bedöma materialens för- och nackdelar dimensionerades två byggnader, en byggnad med KL-trä samt en byggnad med lättbalkar. Dimensioneringen utgick från en betongbyggnad som Structor dimensionerat under 2021, från den hämtades en sektion av byggnaden som gav bestämda mått samt laster. I samråd med Structor sattes krav på ljud, U-värde och brand för byggnaderna som dimensionerades. Lastnedräkningen utfördes med hjälp av programmet Statcon där de mest belastade väggarna och bjälklagen sedan kontrollerades i både bruksgränstillstånd samt i brottgränstillstånd. Den färdiga uppbyggnaden av bjälklag och väggar användes för att sammanställa mängden trä för 1 m2 av respektive byggdel. Med kända väggtjocklekar 3D-modellerades en våning av varje byggnad, 3D-modellerna användes därefter för att jämföra boarean. För jämförelsen av klimatpåverkan skapades en klimatdeklaration för modul A1-A5 med byggsektorns miljöberäkningsprogram (BM). Boarean som jämfördes utifrån 3D-modellerna resulterade i en skillnad på 0,8 m2 vilket blev cirka 0,47 % per våning där KL-byggnaden var den större, trots att ytterväggarna och de lägenhetsavskiljandeväggarna var tjockare i KL-byggnaden. Detta kan bero på att de bärande innerväggarna var tjockare för lättbalks-byggnaden, vilket var den avgörande faktorn för boarean. Materialåtgången jämfördes genom att beräkna volymen trä för 1 m2 av varje byggdel för respektive byggnad. Resultatet visade en skillnad på 327 % där lättbalksbyggnaden förbrukade mindre trä. Detta beror mest sannolikt på att KL-skivorna är homogena träelement som ökar mängden trä / m2, medan väggar med lättreglar endast placeras med centrumavstånd på 600 mm. En klimatdeklaration för varje byggnad gjordes i BM, klimatpåverkan jämfördes både byggdel mot byggdel och totalt där 1 m2 av varje byggdel sammanställdes. Resultatet visade här att KL-byggnaden genererade en högre klimatpåverkan när alla byggdelar jämförs. Granskas i stället varje byggdel för sig så har bjälklagen i KL-byggnaden en lägre klimatpåverkan än bjälklagen i lättbalksbyggnaden. Slutsatsen från projektet är att KL-trä och lättbalkar har sina fördelar och att det är svårt att dra en tydlig slutsats och säga vilket av dem som är det bättre. Dock så har lättbalkar två fördelar i detta projekt och KL-trä har endast en. Kontroll av förutsättningar och krav bör göras för varje projekt där materialet sedan jämförs för att ta reda på vilket som lämpar sig bäst för just det projektet.

The building industry currently accounts for about a fifth of Sweden's climate emissions. By 2030, the industries goal is to halve its emissions in order to have net-zero greenhouse gasemissions by 2045. From 1 January 2022, the Act on Climate Declaration applies to new construction. This is to try to draw attention to and reduce the climate impact of the construction sector in general.  This study has been done in collaboration with Umeå municipality. Umeå municipality has a preschool of six departments. The preschool is currently designed with CLT and stud wall, mineral wool insulation and slab-on-ground with water-cement ratio required at 0.38, and this building serves as a reference building. In this report, building materials are compared through climate calculation to investigate possible reduction of the preschool's climate impact. The climate calculation consists of an LCA in module A1-A5 with the same scope as the current legal requirements for the climate declaration. The comparasions that has been made are between climate impact of the CLT-frame againsta frame made of lightweight beams. Comparasion of three different insulation options, mineralwool, cellulose, and hemp as well as concrete with different water-cement ratio and strengths. In the concrete comparison, a short calculation on drying times was made to investigate the consequences of any replacement of the concrete strength. The calculations in this study show that the climate impact of the preschool, in stage A of an LCA, has a low value compared to IVL's recommended requirements when procuring a building of solid CLT-frame. The results for other comparisons showed that the most effective change is to replace the frame with lightweight beams instead of CLT and stud frame. This would result in a reduction in the climate impact of the load-bearing frame by 30%. Next comes the change of insulation to cellulose insulation, which would provide a reduction in climate impact by 25 % compared to mineralwool insulation. Overall, the building's climate emissions in stage A with the recommended solutions above could be reduced by 19-23,5 % depending on the choice of concrete in slab-on-ground and in terms of what drying time that is acceptable.

I samband med att intresset för att bygga högre trähus har ökat så krävs nya lösningar för att t.ex. kunna möta efterfrågan på stora öppna ytor och långa spännvidder. Träbjälklag med lång spännvidd har dock oftast svårigheter med att klara kraven på svikt och vibrationer. Ett nyutvecklat förslag på träbjälklag som förmodas klara dessa krav bättre än traditionella träbjälklag har varit utgångspunkten för detta examensarbete där syftet har varit att undersöka bjälklagets styvhet. Detta gjordes laborativt genom att bygga och testa en prototyp av det föreslagna bjälklaget och genom att en numerisk modell baserad på finita element metoden togs fram och användes för att studera hur olika parametrar påverkar bjälklagets styvhetsegenskaper. Bjälklagets design bygger på fackverksprincipen i primärriktningen och på balkverkan i sekundärriktningen. De ingående komponenterna har kommit prefabricerade till Växjö universitet där de har monterats ihop till ett fullskaligt bjälklagselement. Elementet har sedan utsatts för ett antal belastningsfall där nedböjningarna uppmätts vilka sedan givit underlag för att få värden på bjälklagets effektiva styvhetsegenskaper. Både de laborativa och de simulerade resultaten visar på en hög böjstyvhet i primärriktningen d.v.s. 18,9•106 Nm2/m [EI/b] respektive 18,6•106 Nm2/m [EI/b]. Även böjstyvheten i sekundärriktningen är hög d.v.s. motsvarar 21,2 % respektive 17,1 % av styvheten i primärriktningen. I beräkningsmodellen har det dessutom undersökts hur ett övre lager av spånskivor inverkar på bjälklagets styvhet. / The interest for building higher and larger wooden houses has increased in Sweden during the last decade resulting in higher requirements on the technical performance of such structures in order to met demands on large open surfaces and large spans of floors. Wooden floor systems with large spans often have difficulties, however, to meet the vibration requirements. A novel floor system, likely to handle the vibration requirements better than traditional wooden floor systems, is the basis for this master thesis. The purpose is to examine the stiffness of the floor by building and testing a prototype and by producing a numerical model based on the finite element method. In the longitudinal, main load-bearing direction the floor system works as a truss with flanges of longitudinal oriented timber members and web diagonals of transversely oriented members. In the transverse direction the web diagonals work as beams. The components were prefabricated elsewhere and assembled at Växjö University into a prototype. The prototype was then exposed to a number of different load cases. Deflections were measured and stiffness properties of the floor were derived. In addition to the experimental analysis the numerical model was used to calculate deflections when subjected to different load cases and for evaluating the principal stiffness properties of the floor. Both the experimental and the calculated results using the numerical model show high bending stiffness in the longitudinal direction, EI/b = 18,9•106 Nm2/m and 18,6•106 Nm2/m respectively. Also the bending stiffness in the transversal direction is high and equivalent to 21,2 % or 17,1 % (testing and simulation respectively) of the bending stiffness in the longitudinal direction. Using numerical analysis, also the effect on the stiffness of adding an upper layer of a 22 mm particleboard was examined.

<p>I samband med att intresset för att bygga högre trähus har ökat så krävs nya lösningar för att t.ex. kunna möta efterfrågan på stora öppna ytor och långa spännvidder. Träbjälklag med lång spännvidd har dock oftast svårigheter med att klara kraven på svikt och vibrationer. Ett nyutvecklat förslag på träbjälklag som förmodas klara dessa krav bättre än traditionella träbjälklag har varit utgångspunkten för detta examensarbete där syftet har varit att undersöka bjälklagets styvhet. Detta gjordes laborativt genom att bygga och testa en prototyp av det föreslagna bjälklaget och genom att en numerisk modell baserad på finita element metoden togs fram och användes för att studera hur olika parametrar påverkar bjälklagets styvhetsegenskaper.</p><p>Bjälklagets design bygger på fackverksprincipen i primärriktningen och på balkverkan i sekundärriktningen. De ingående komponenterna har kommit prefabricerade till Växjö universitet där de har monterats ihop till ett fullskaligt bjälklagselement. Elementet har sedan utsatts för ett antal belastningsfall där nedböjningarna uppmätts vilka sedan givit underlag för att få värden på bjälklagets effektiva styvhetsegenskaper.</p><p>Både de laborativa och de simulerade resultaten visar på en hög böjstyvhet i primärriktningen d.v.s. 18,9•106 Nm2/m [EI/b] respektive 18,6•106 Nm2/m [EI/b]. Även böjstyvheten i sekundärriktningen är hög d.v.s. motsvarar 21,2 % respektive 17,1 % av styvheten i primärriktningen.</p><p>I beräkningsmodellen har det dessutom undersökts hur ett övre lager av spånskivor inverkar på bjälklagets styvhet.</p> / <p>The interest for building higher and larger wooden houses has increased in Sweden during the last decade resulting in higher requirements on the technical performance of such structures in order to met demands on large open surfaces and large spans of floors. Wooden floor systems with large spans often have difficulties, however, to meet the vibration requirements. A novel floor system, likely to handle the vibration requirements better than traditional wooden floor systems, is the basis for this master thesis. The purpose is to examine the stiffness of the floor by building and testing a prototype and by producing a numerical model based on the finite element method.</p><p>In the longitudinal, main load-bearing direction the floor system works as a truss with flanges of longitudinal oriented timber members and web diagonals of transversely oriented members. In the transverse direction the web diagonals work as beams. The components were prefabricated elsewhere and assembled at Växjö University into a prototype. The prototype was then exposed to a number of different load cases. Deflections were measured and stiffness properties of the floor were derived. In addition to the experimental analysis the numerical model was used to calculate deflections when subjected to different load cases and for evaluating the principal stiffness properties of the floor.</p><p>Both the experimental and the calculated results using the numerical model show high bending stiffness in the longitudinal direction, EI/b = 18,9•106 Nm2/m and 18,6•106 Nm2/m respectively. Also the bending stiffness in the transversal direction is high and equivalent to 21,2 % or 17,1 % (testing and simulation respectively) of the bending stiffness in the longitudinal direction. Using numerical analysis, also the effect on the stiffness of adding an upper layer of a 22 mm particleboard was examined.</p>

Byggande står för betydande resursanvändning och miljöbelastning. Att bygga i trä är en möjlighet att bidra till ett mer hållbart byggande och de senaste 10 åren har det skett en snabb utveckling av byggsystem och lösningar för flerbostadshus med stommar av trä. Samtidigt når inte alltid kunskap om dessa byggnaders detaljlösningar fram till beställare i byggprojektens tidiga skeden — kunskap som är viktig för ett mer hållbart byggande.  I syfte att öka kunskapen om hur byggtekniska detaljer påverkar en byggnads miljöbelastning så har det här arbetet studerat och dimensionerat byggtekniska detaljer för flerbostadshus med stommar av trä. Med utgångspunkt i de studerade detaljerna har fem byggnader modellerats och deras miljöbelastning utvärderats. Detaljerna har dimensionerats för att klara gällande lagkrav och vanligt förekommande beställarkrav. Byggnadernas miljöbelastning har utvärderats med hänsyn till resurseffektivitet, klimatpåverkan och innehåll av farliga ämnen.  Resultatet visar att krav på luftljudsreduktion, nedböjning av bjälklag, ytterväggens U-värde och brand blir avgörande vid dimensionering.  Utvärdering av byggnaden visar att isolering och stommar i KL-trä är de mest resurskrävande byggdelskategorierna. En av detaljerna bidrar till högre klimatpåverkan per BTA än krav i LFM30 och alla detaljer innehåller farliga ämnen. Några av lärdomarna från arbetet är att detaljer med pågjutning av bjälklag bidrar negativt till byggnadens klimatpåverkan och att dimensionering av detaljer är beroende av en mängd olika skivmaterial. Skivmaterial bidrar till en betydande del av byggnadens klimatpåverkan. Det finns många miljövinster att göra då byggnader uppförs med stommar av trä. Trots detta är det inte självklart att den byggtekniska detaljen är fri från miljöbelastande innehåll och utvärdering måste göras från fall till fall. Förhoppningsvis kan det här arbetet öka förståelsen för vilka faktorer som påverkar dimensionering av byggtekniska detaljer och hur detta i sin tur sitter ihop med byggnadens miljöbelastning, så att nya lösningar kan utformas och bidra till ett mer hållbart byggande. / Construction is responsible for significant resource use and environmental impact. Building with wood is an opportunity to contribute to more sustainable construction. Over the past ten years, there has been a rapid development of construction systems and solutions for residential buildings built with wood. However, knowledge about the construction details of such buildings does not always reach clients during the early stages of project development – knowledge that is important for sustainable construction. With the aim to increase knowledge on how construction details affect the environmental impact of a building, this study focus on construction details for residential buildings built of wood. The environmental impact of five buildings have been evaluated using models based on the studied details. The details were designed to meet both legal requirements as well as clients’ requests. The environmental impact was assessed with regard to resource efficiency, climate impact and hazardous substances. The results show that requirements for sound reduction, deflection of floors, heat transmission and fire are crucial to the design process. The evaluation of the buildings shows that insulation and CLT frames are the most resource-intensive components. One of the details studied contributes to higher climate impact per GFA than requirements in LFM30, and all the details contain a fraction of hazardous substance. Details with casted floors contribute negatively to the climate impact of the building and the design process greatly depends on various sheet materials. Sheet materials contribute to a significant part of the building’s climate impact. Many environmental gains can be made when buildings are constructed in wood. Nevertheless, it is not self-evident that construction details are free from environmentally harmful content and evaluation must be done on a case-by-case basis. Hopefully this study can illuminate factors that influence the design process of construction details and how they are connected to the environmental impact of the building, so that new solutions can be formed and contribute to more sustainable construction. / <p>2023-06-26</p>