Ett kompositbjälklag av trapetskorrugerade plåtar sammansatta med reglar och glespanel studeras. Bjälklaget ska vara bärande i två riktningar för att på så sätt uppnå konkurrenskraftig prestanda jämfört med andra bjälklagstyper. Arbetet undersöker de båda bärriktningarnas upplagskapaciteter för att på så sätt ge underlag om praktiskt tillämpbara spännvidder. Svaga punkter/delar redovisas också för att ge underlag om i vilken prioritetsordning förbättringar kan göras.

Masonite Beams is a company that produces I-beams. They are also working on developing a building system for industrial production of building components. A part of their building system is a composite floor, consisting of LVL and I-beams. At the moment they are working with a new type of joint between floor and wall, where the connection between floor and wall will be solved by a protrusion of the LVL being placed of a hanger mounted on the wall. The aim for this project was to find a screw pattern where the resistance of the protrusion is enough to handle the support reaction that can occure. A screw pattern that would be capable to manage the support reaction was derived by practical tests, done in Masonite Beams lab. When a screw pattern with a capacity high enough for the support reactions had been found, 5 samples of the same screw pattern were tested to be able to calculate a characteristic resistance. During the testing the performance of the included components were also evaluated. The support reaction that floor potentially could be exposed to was calculated to 6,25 kN, a value lower than the resistance, that was calculated to 7,27 kN.

Denna rapport ingår som avslutande examensarbete i magisterutbildning i byggteknik med inriktning hållbart samhällsbyggande. Rapporten behandlar akustiska egenskaper hos ett prefabricerat samverkansbjälklag sammansatt av en tunn betongplatta, konstruktionsvirke och en massivträplatta. Dels görs en sammanfattning över byggbranschens miljöpåverkan och hur effektivare användning av byggnadsmaterial kan bidra till en mer hållbar utveckling. Det undersöks också hur ljud-miljöer påverkar människor och hur detta behandlas med akustiska krav inom byggandet i Sverige ur ett hållbarhetsperspektiv. Det aktuella samverkansbjälklaget har tagits fram i samarbete mellan Hedareds Sand & Betong AB, AB Fristad Bygg, Högskolan i Borås och SP Sveriges Tekniska Forsknings-institut och steg- respektive luftljud har provats i SP:s akustiklaboratorium i Borås. Provdata har sedan utvärderats och jämförelser görs med byggreglerna liksom med andra bjälklagssystem. En studie över vilka typer av kompletteringar av bjälklagselementen som behöver göras för att uppfylla myndighetskraven på ljudmiljöer i bostäder görs också. / This report is a part of the one year master programme in Civil Engineering - Sustainable Built Environment. The report focuses on the acoustic properties of a prefabricated composite floor slab built with three main components; a thin concrete slab, timber beams and a cross laminated timber slab. Initially a study of the environmental impact of the building industry, and how more effective use of building materials can contribute to a more sustainable development, is made. A study of how different sounds affects people is made and also how this is considered by different requirements in the Swedish building regulations to reach a more sustainable built environment. The studied floor slab is part of a cooperation project between Hedareds Sand & Betong AB, AB Fristad Bygg, The University of Borås and SP Technical Research Institute of Sweden and the sound tests are made in an acoustic laboratory at SP in Borås. The results of the tests are evaluated and are compared with the building regulations as well as with other types of floors. A study of the types of complements that are needed to reach the requirements in the building regulations is made.

Timber-concrete composites is more and more frequently used in timber structures, as the structures grow taller and taller. This is due to its ability to increase the span of the slabs, improve the acoustic characteristics and improve the capacity of side loads, such as wind loads. The issue when executing this kind of composites is the different materials and how they react differently to moisture. Despite this, there is not much research on the subject. The purpose of this report is therefore to investigate what moisture contents to expect, both on short- and long-term, when different kind of executions of the timber-concrete slab is applied and what impact these values could lead to. The aim has been to contribute to a better understanding of what impact moisture in timber-concrete composites have, and how to handle this. To find out the moisture content, both laboratory tests and simulations has been carried out. From these tests we have been able to make calculations and assumptions in order to give suggestions on moisture barriers between the materials.

Genom en jämförelseanalys mellan KL-träkonstruktion och träbaserad hybridkonstruktion har för och nackdelar identifieras gällande fukt- brand- och ljudegenskaper. En undersökning sker utifrån möjligheten att uppnå högre ljudklasser än minimikrav för BBR samt en utformning för att klara brandteknisk klass REI60. Rapportens teori baseras på en litteraturstudie. De källor som lagt grunden för litteraturstudien utgörs av vetenskapliga artiklar, rapporter, facklitteratur och examensarbeten. Den träbaserade hybridkonstruktionen är utformad med gjuten betong på en KL-träskiva i bjälklag vilande på bärande KL-träväggar. KL-träkonstruktionen är utformad helt i KL-trä både bärande väggar och bjälklag. Båda konstruktionerna är relativt känsliga för fukt då betong och trä är porösa material. Vid utformning av hybridkonstruktionen finns risker för fuktbetingade rörelser som kan resultera i sprickor och springor som försämrar bland annat akustiska egenskaper. Trä är ett organiskt material som kan bli angripet av röt- och mögelsvampar, detta kan både försämra träkonstruktionens bärförmåga och vara farligt för människan sett ur en hälsoaspekt. Hybridkonstruktionen har bättre brandegenskaper än KL-trä. KL-trä är ett antändligt material, till skillnad mot betong men trots detta är brandegenskaperna förutsägbara. Detta innebär att KL-trä kan användas som material i stora konstruktioner. Betong och trä i en samverkan fungerar på ett effektivt sätt under brand och materialens enskilda egenskaper utnyttjas till dess fördelar som resulterar i höga brandkrav. Gällande ljudegenskaper hos KL-träkonstruktioner finns det vissa svårigheter som behöver beaktas för att uppnå uppsatta ljudkrav. KL-träkonstruktioner behöver någon form av ljudisolering för att uppnå ställda minimikrav, speciellt för stegljudsisolering. Även för hybridkonstruktionen behövs ljudisolering i viss mån för att uppnå minimikraven. / <p>Examensarbetet är utfört vid Institutionen för teknik och naturvetenskap (ITN) vid Tekniska fakulteten, Linköpings universitet</p>

Tillgången av skog har gjort att vi i Sverige har en god tradition av att bygga med trä. 1994 blev det igen tillåtet att bygga hus högre än två våningar vilket lett till att intresset för trä som konstruktionsmaterial har ökat på senare år. Trä är ett förnybart material vilket gör det till ett högst intressant material i klimatomställningen. Dock har trä sina begränsningar i sina akustiska, brand- och fukttekniska egenskaper. Trä som stommaterial till bjälklag har heller inte setts som tillräckligt starkt för att kunna byggas med längre spännvidder då det oftast är nedböjningen som blir begränsande. I det här examensarbetet kommer samverkansbjälklag med KL-trä och betong att studeras för att hitta dess för- och nackdelar samt kontrollera om det är möjligt att nå längre spännvidder. För att åstadkomma samverkan mellan KL-träskivan och betongen används skjuvförbindare. I analysen har en typ av skruvförbindare använts; SFS Intec VB screw. Sexton olika bjälklagskombinationer med olika dimensioner och kvaliteter beräknats för hand och sedan kontrollerats i finita element-program, FEM-design. Vid handberäkningar har 𝛾 -metoden från Eurokod 5 använts för att beräkna samverkansgraden mellan materialen. Studien visar att samverkansbjälklag med KL-trä och betong har goda egenskaper för att klara akustiska och brandtekniska krav och är även lämpligt för längre spännvidder i jämförelse med bjälklag i endast KL-trä. / The availability of forest has meant that we in Sweden have a good tradition of building with wood. In 1994, there was allowed again to build houses higher than two floors, which has in recent years led to an increase of interest in wood as a construction material. Wood is a renewable material, which makes it a highly interesting material in climate change. However, wood has its limitations in its acoustic, fire- and moisture technical properties. Wood as a frame material for joists has also not been seen as strong enough to be able to be built with longer spans, as it is usually the deflection that becomes limiting. In this degree project composite joist with CLT (Cross Laminated Timber) and concrete will be studied to find its advantages, disadvantages and check if it is possible to reach longer spans. To achieve cooperation between the CLT and the concrete, shear connectors are used. In the analysis, one type of screw connector has been used; SFS Intec VB screw. Sixteen different joist combinations with different dimensions and qualities calculated by hand and then checked in finite element software, FEM design. In hand calculations, the 𝛾-method from Eurocode 5 has been used to calculate the degree of interaction between the materials. The study shows that composite joist with CLT andconcrete have good properties to meet acoustic and fire engineering requirements and are also suitable for longer spans in comparison with joists made only from CLT. / <p>2023-07-11</p>

Detta arbete utreder utmaningarna och möjligheterna med att använda kassettbjälklag av KL-träskivor förstärkta med limträbalkar som alternativ till betong- och stålbjälklag med längre spännvidder. Arbetet syftar även till att ge ett perspektiv på miljö- och kostnadsskillnaderna mellan bjälklag av trä och andra konventionella material. Målet är att kunna presentera en kostnadsoptimerad alternativ utformning som tar även hänsyn till akustik- och brandkrav, samt rumshöjd och installationsmöjligheter. Utformningen av kassettbjälklaget baserades på bruks- och brottgränsberäkningar utförda både för hand och med beräkningsprogram, samt förenklade ventilations-, brand- och akustikdimensioneringar. Miljöberäkningarna baserades på specifika miljödeklarationer och kostnadskalkylen baserades på en priskatalog. Språkskolan i Umeå användes som referensprojekt. I arbetet presenteras två utformningar av kassettbjälklag som klarar referensbjälklagets längsta spännvidd, men deras skilda för- och nackdelar innebär att de lämpar sig bäst för olika förhållanden och planlösningar. Den valda utformningen har en jämförbar kostnad per kvadratmeter med referensbjälklaget. Dessutom fastslås det att kassettbjälklaget har upp till nio gånger lägre klimatpåverkan än stål- och betongbjälklaget, vilket skulle kunna sänka hela skolans klimatutsläpp under byggskedet med ungefär 20%. Slutsatserna från detta arbete är att kassettbjälklag bör utformas med tunna KL-träskivor för att vara kostnadseffektiva och ha jämförbara kostnader med referensbjälklaget, samtidigt som dess klimatpåverkan är mycket lägre än referensbjälklaget. Bjälklagets brand- och akustikkrav kan uppfyllas med tilläggsisolering under KL-träskivan samt ett undertak, men med andra förutsättningar kan det krävas ytterligare åtgärder. Till sist konstateras det att kassettbjälklag kan utformas på olika sätt för att optimeras för diverse byggnadstyper med korridorplanlösningar eller större öppna ytor. / This thesis investigates the challenges and opportunities of using cassette floors made of CLT slabs reinforced with glulam beams as an alternative to concrete and steel floors with long spans. The thesis also aims to provide a perspective on the environmental and cost differences between timber floors and floors of other conventional materials. The goal is to present a cost-optimized alternative design that also considers acoustic and fire requirements, as well as room height and the possibility of installing ventilation ducts. The design of the cassette floors was based on serviceability and ultimate limit state calculations performed both by hand and with software, as well as simplified ventilation, fire, and acoustic design. The environmental calculations were based on specific environmental declarations and the cost calculation was based on values from a price catalogue. The language school in Umeå was used as the reference project. The study presents two alternative designs of cassette floors that can manage the longest span of the reference floor, but their separate advantages and disadvantages mean that they are best suited for different conditions and floor plans. The chosen design has a comparable cost per square meter to the reference floor. In addition, it is determined that the cassette floor has up to nine times less impact on the climate than the steel and concrete floor, which could reduce the entire school's climate emissions from the construction phase by almost 20%. This study concludes that cassette floors should be designed with thinner CLT slabs to be cost-effective and have comparable costs to the reference floor, while their climate impact is much lower than the reference floor. The fire and acoustic requirements of the floors can be met with additional insulation under the CLT slab and a suspended ceiling, but further measures could be required. Lastly, the cassette floor can be designed in different ways to be optimized for various building types with corridor floor plans or large open plans.

En i dagsläget vanlig byggteknik i Sverige är användandet av en stålstomme i kombination medprefabricerade betonghåldäck. Detta arbete grundar sig på frågeställningen om KL-träbjälklag skullekunna vara ett reellt alternativ till betongbjälklag i en sådan konstruktion, i kombination medhattbalkar. Som ett första steg skisserades en typkonstruktion för att ha en väl definierad utgångspunkt för enanalys. Utgångspunkten för denna typkonstruktion var främst en studie av två tidigare konstruktioner,konstruerade med stålstomme med hattbalkar och håldäcksbjälklag. Litteraturstudien fokuserade påbakomliggande teorier i relation till bjälklagets funktion i konstruktionen. Ett antal områdendefinierades som utgångspunkt för en teknisk utvärdering. Dessa områden var spännvidder,dimensionering i brottgränstillståndet, dimensionering i bruksgränstillståndet, knutpunkter,dimensionering för olyckslaster, akustik och byggbarhet. Utgående från ovanstående områdenutvärderades så tekniska förutsättningar för användandet av KL-träbjälklag i den aktuellakonstruktionstypen. Det konstaterades att det på många områden finns väl fungerande lösningar ochatt det finns många positiva aspekter med ett lätt och lättmonterat KL-träbjälklag. De problemområdensom hittats kan sammanfattas som: 1. Begränsad spännvidd 2. Ökade horisontella deformationer i bjälklaget 3. Beräkning av svängningar med hänsyn till upplag på stålbalkar 4. Förband mellan bjälklag och hattbalkar 5. Akustisk dimensionering Två av dessa områden valdes för vidare analys; förband mellan bjälklag och hattbalkar samt denbegränsade spännvidden. För förbandet utvecklades en lösning med en klack på hattbalkens fläns ikombination med en slits i KL-träskivan som enkelt ska kunna hakas på vid montage. För att ta krafterlängs balkens längd måste dock lösningen sedan kompletteras med ett skruvförband genombalkflänsen. Förhoppningen är att en enklare lösning för att ta dessa förhållandevis små krafter skakunna utvecklas som komplement till det primära förbandet med klack och slits. Handberäkningarutfördes för det utvecklade förbandet och det konstaterades att det är möjligt att utforma ett sådantförband, med rimliga dimensioner, för alla verkande laster. Som den sista delen av arbetet studerades lösningar för att kunna uppnå längre spännvidder, för ettplattbjälklag är spännvidden begränsad till något mindre än 7,7m. Olika typer av samverkansbjälklagstuderades och det konstaterades att samverkan med ett prefabricerat betongbjälklag med en limmadförbindelse skulle kunna vara en lämplig lösning. Limmade förbindelser studerades så mer ingåendeoch det konstaterades att en limmad förbindelse mellan trä och prefabricerad betong medför storstyrka och styvhet. Upp mot 100% samverkan har observerats för samverkansbjälklag med denna typav förbindelse. En osäkerhetsfaktor är dock långtidseffekter, där fler studier behöver hittas ellerutföras för att få en större kunskap på området. Handberäkningar utfördes enligt teorin i SS-EN 1995-1-1 på två typer av samverkansbjälklag med ett antal olika dimensioner. I beräkningarna medräknades100% samverkansgrad. Det konstaterades att 9m spännvidd skulle kunna uppnås med en kombinationav KL-trä och betong, medan 12m spännvidd kan uppnås med hjälp av mellanliggande träreglar. Andraberäkningsmodeller för svängningar där egenfrekvensen inte är den begränsande faktorn skulle kunna leda till bättre resultat för denna typ av samverkansbjälklag. / A currently common building technology in Sweden is the use of a steel structure in combination withprefabricated HD/F concrete slabs. This work is based on the issue of whether CLT slabs could be asuitable alternative to concrete slabs in such a structure, in combination with the type of weldedplated beams that are often called hat beams. As a first step a type-structure was sketched to have a well-defined starting point for an analyze. Thebasis for this structure was mainly a study of two designs constructed with steel structures composedof hat beams and HD/F slabs. The literature study was focused on underlying theories in relation to theslabs function in the structure. A number of areas were defined as a basis for an evaluation of thebuilding type. These areas where spans, design in the ultimate limit state, design in the serviceabilitylimit state, joints, design for accidental actions, acoustics and constructability. Based on the above,technical conditions for the use of CLT slabs in the building type in question were evaluated. It wasfound that in many areas there were working solutions, and that there are many positive aspectsrelated to the use of a light and easily mounted CLT slab. The issues that were found can be concluded as: 1. Limited span lengths 2. An increase of horizontal deformations in the slab 3. Calculations of vibrations with respect to the flexible support 4. Joints between slabs and hat beams 5. Acoustic design Two of these issues were chosen for further analysis: joints between slabs and beams and the limitedspan length. A solution was developed for the joint, composed of a heel on the flange of the steelbeam in combination with a slit in the CLT slab. The joint is supposedly easy to mount during assembly.To be able to handle the forces along the length of the beam the solution must however becomplemented with a secondary screw joint through the flange of the beam. The hope is that a simplersolution to handle these relatively small forces can be developed, as complement to the primary jointmade up of the heel and slit. Calculations were performed by hand for the developed joint and it wasfound that it is possible to design such a joint, with reasonable dimensions, for all the acting loads. As the last part solutions to achieve longer spans were studied, for a flat CLT slab the span length islimited to somewhat less than 7,7m. Different types of composite slabs were studied and it was notedthat a composite with a prefabricated concrete slab and a glued connection could be a suitablesolution. Glued connections were then studied more closely, and I was found that a glued connectionbetween wood and prefabricated concrete entails great strength and rigidity. About 100% unitedaction has been observed for this type of connection. An uncertain factor is however long-term effectswhere further studies need to be found or performed to achieve more knowledge. Hand calculationswere performed using the theory in SS-EN 1995-1-1 on two types of composite slabs for a couple ofdifferent dimensions. In the calculations 100% united action was used. It was found that 9m span couldbe achieved with the combined action of CLT and concrete, while 12m could be achieved using woodenstuds for spacing. Other theories for the calculations where the natural frequency isn’t the limiting factor could lead to better results for this kind of composite slabs.

Byggbranschen har som alla branscher en önskan att minska sin klimatpåverkan. Genom att ersätta betongbjälklag med samverkansbjälklag kan cementanvändningen minskas. För att kunna ha stora spännvidder är det nödvändigt att de ingående materialen samverkar i så stor grad som möjligt. Här är förbindaren en viktig komponent då styvheten i förbindaren är en viktig faktor för att öka graden av samverkan. Syftet med denna rapport är att undersöka deformationsegenskaperna hos förbindare i trä och betong. Ökad kunskap inom detta område kan leda till bättre förutsättningar att dimensionera samverkansbjälklag samt andra trä- och betongkonstruktioner. Beräkningsmodeller för flytledens läge baserades på Johansens teorier samt teorierna för balk på elastiskt underlag. Tryckprover utfördes med flera olika förbindare i både trä och betong för att ta reda på bäddmodul och bäddhållfasthet. Dragprover utfördes på samtliga av dessa förbindare för att fastställa sträckgränsen av varje enskild förbindare. För att styrka omberäkningsmodellerna uppvisade korrekta resultat böjdeformerades förbindare förankrade i provkroppar av betong och trä. Provkropparna delades och en flytled mättes ut på två olika sätt för varje provkropp. De nödvändiga materialparametrarna tillämpades sedan i beräkningsmodellerna och kontrollerades med de utmätta flytlederna. Resultaten från provningar och beräkningar tyder på att Johansens teorier fungerar bra i brottgränstillstånd samt att spänningsfördelningen då ter sig som en jämnt utbredd fördelning. Då materialen fortfarande är elastiska fungerar teorin om elastiskt underlag bra och spänningsfördelningen ter sig då triangulärt. Proverna tyder även på att träets bäddhållfasthet och bäddmodul påverkas beroende på om förbindaren är spetsig eller trubbig. / Just as other industries, the construction industry wishes to reduce its climate impact. By replacing traditional concrete flooring with composite action flooring, the used amount of cement can be reduced. To be able to reach longer spans it is necessary that the composite action between the components is as high as possible. The stiffness of the fastener is one crucial factor that has a large impact on the composite action. The purpose of this report is to examine the deformation properties of the connectors when fastened in wood and concrete, respectively. Increased knowledge in this area may lead to more efficient ways of designing composite action constructions. In this report, the location of the yield hinge was determined with models based on Johansens theories for nails in wooden structures as well as the theory of beams on elastic foundations. Compression tests were performed on several different connectors in concrete and wood to determine the foundation modulus and embedment strength. Tensile tests were performed on the same type of fasteners to determine the yield strength of each connector. Bending-tests on specimens made of wood and concrete with connectors anchored to them was used to verify if the calculation-models displayed a correct result. The specimens were then split in half and the location of the yield hinge was measured in two different ways. The necessary characteristics acquired from the tests were afterwards used in the calculations and compared to the obtained yield hinge. The results from the performed tests and calculations show that Johansens theories are applicable in ultimate limit state. They also show that when within ultimate limit state, the stress distribution in the material tends to be evenly distributed. The theory of beam on elastic foundation tends to work well when all materials are still acting linear-elastic. When this is the case, the stress distribution seems to be triangular. The results also show that whether the fastener is sharpened or not has an influence on the embedment strength as well as the foundation modulus of the wood.

Syfte: Syftet med denna studie var att undersöka skillnaderna mellan bjälklag av Grön betong och ett samverkansbjälklag med traditionell betong och KL-trä med avseende CO2-ekv. Syftet har även varit att identifiera i vilka skeden i en livscykel som skillnaderna i koldioxidutsläppen är som störst mellan dessa bjälklag samt presentera förbättringsförslag för att minimera utsläppen. Metod: En litteraturstudie genomfördes av tidigare forskning kring miljöpåverkan av de ingående materialen i de utvalda bjälklagstyperna. Dokumentanalys av LCA-data utfördes för att inhämta data för varje delmaterial och identifiera skillnaderna med avseende på koldioxidutsläpp. Likaså utfördes intervju samt fallstudie för att besvara frågeställningarna i denna studie. Resultat: Ett betongbjälklag av Skanskas Gröna betong släpper ut 16 885 kg CO2-ekv och samverkansbjälklaget med KL-trä och traditionell betong släpper ut 10 395 kg CO2- ekv under skede A1-A4 i en livscykelanalys enligt utförd fallstudie. Skillnaderna mellan bjälklagen är som störst i skede A1-A3. Förbättringsarbeten som kan utföras för att reducera koldioxidutsläppet i respektive bjälklagstyp är bland annat att återanvända betong som ballast i nya betongframtaganden enligt Skanskas tekniska specialist. Konsekvenser: Ett betongbjälklag av Skanskas Grön betong släpper ut mer CO2-ekv än ett samverkansbjälklag av traditionell betong och KL-trä. Fallstudien påvisar att utsläppen mellan bjälklagstyperna är störst under skede A1-A3. Resultaten från denna studie kan tillämpas som en indikator i valet av bjälklagsort eller betongsort. Begränsningar: Denna studie har varit begränsad till att endast behandla skede A1-A4 i en livscykelanalys. Med avseende miljöpåverkan har endast CO2-ekv beräknats och analyserats