Användningen av trä som byggmaterial i stomsystem har ökat markant. I takt med att förfrågan ökar, blir det allt mer relevant att undersöka hur materialet kan utnyttjas optimalt. Av KL-träbjälklag som tillverkas idag, är majoriteten homogena och tillverkade av konstruktionsvirke med hållfasthetklass C24. Idag finns nya metoder på marknaden för att hållfasthetssortera konstruktionsvirke. Genom att sortera två hållfasthetsklasser samtidigt, är det möjlighet att erhålla ca 30 % C40 tillsammans med 69 % C24, alternativt 46 % C35 tillsammans med 54 % C18. Genom att utnyttja parallell sortering av två hållfasthetsklasser, skulle tillgängligheten av konstruktionsvirke med hög hållfasthet öka och därmed även möjligheten för bjälklag att tillverkas med högre hållfasthet i det yttersta lamellerna. Genom att använda styvare lameller i ytterkanterna, där störst belastning uppstår, uppnås bättre mekaniska egenskaper. Optimeringen skulle kunna leda till längre spännvidder eller tunnare element. Syftet med arbetet är att kartlägga dimensioneringsprinciper i byggnorm, standarder, handböcker och KL-trätillverkarnas rekommendationer med avseende på bjälklag. Vidare är syftet att påvisa prestandaförbättring hos elementen genom teoretiska beräkningar, där styvare virke utnyttjas i ytterlamellerna. Arbetet kommer även att belysa huruvida elementen kan optimeras med avseende på tjocklek och spännvidd. De element som har undersökts består av tre, fem och sju lameller. En jämförelse mellan KL-träskivor beståendes av enbart C24 och likvärdiga skivor med C40+C24 och C35+C18 har också utförts. Resultatet visar att bruksgränstillståndet är uteslutande dimensionerande vid dimensionering av bjälklag. De dimensionerade faktorerna varierar mellan första egenfrekvens och punktlastnedböjning. För skivor med tre skikt är punktlastnedböjning dimensionerande, medan för skivor med sju skikt är första egenfrekvensen dimensionerande. För fem skikt varierar det beroende på tjockleken på KL-träskivan och styvheten hos de yttre lamellerna. Tillverkare av KL-trä rekommenderar ofta mycket högre styvhet hos bjälklaget, än vad som rekommenderas av Eurokod. Södra och Setra har högst rekommendationer med hänsyn till styvhet, medan Martinsons rekommenderar högre första egenfrekvens. Stora Enso rekommenderar dimensionering enligt Eurokod 5. Resultatet visar att det teoretiskt är möjligt att öka spännvidden eller reducera tjockleken, om bjälklag tillverkas med styvare lameller i ytterskikten. Störst förbättring av prestanda erhölls för kombinationen C40+C24, men även C35+C18 uppvisar bättre resultat jämfört med ett homogent bjälklag med C24. En sjuskiktsskiva bestående av C40+C24 uppvisar den högsta förbättringspotentialen för att minska mängden material, där det är möjligt att minska tvärsnittet från 280 mm till 240 mm, motsvarande en tjockleksminskning på 14,3 %, samtidigt som de mekaniska egenskaperna upprätthålls. Vid undersökning av ökad spännvidd klarade samtliga KL-träskivor beståendes av styvare lameller i ytterkanterna av en större spännvidd, än KL-träskivor beståendes av enbart C24. Spännviddsökningen är beroende av KL-träskivans tjocklek och på överbyggnadens egenvikt. För C40+C24 ligger spännviddsökningen på 4,1-10,0 %, medan för C35+C18 ligger spännviddsökningen på 3,3-7,3 %. / The use of wood as a construction material has increased significantly in recent years. As demand for wood products grows, it becomes increasingly important to examine how the material can be used in a more efficient way. Today, the majority of cross laminated timber (CLT) panels, including floor elements, are manufactured homogeneously, with all layers consisting of the same strength class, most commonly C24. However, studies have shown that with new technologies for strength grading, it is possible to yield higher amounts of C40 and C35. By grading two strength classes simultaneously, it is possible to yield 30% C40 and 69% C35, or 46% C35 and 54% C18. By using parallel grading, the availability of structural timber with high strength would increase, thus enabling the possibility to manufacture CLT floor panels with higher strength in the outer layers. By using laminations of a higher strength class for the outer layer, the stiffness of the panel increases. This optimization could lead to longer spans and thinner panels. This thesis aims to investigate principles for designing CLT floor panels in regard to building codes, construction standards, handbooks and recommendations provided by CLT manufacturers in Sweden. It also investigates the potential improvements in mechanical performance, in terms of increased span length and decreased thickness of optimized CLT panels, by using laminations of a higher strength class in the outer layers. In the study, CLT floor panels made of three, five and seven layers were examined. A comparison was conducted between homogenous panels made of C24 and equivalent panels made of C40+C24 or C35+C18. The results show that designing a CLT floor panel is governed by the requirements of service limit state (SLS). The most common governing requirements are natural frequency and stiffness measured by point load deflection. The study shows that three layered CLT floor panels are governed by stiffness, while seven layered CLT floor panels are governed by natural frequency. For five layered CLT floor panels it varies depending on the thickness of the CLT panel and the stiffness property of the outer laminate. Manufacturers often have higher recommendations regarding stiffness than recommended by Eurokod. Södra and Setra have the highest recommendations in terms of stiffness, while Martinsons has the highest recommendation regarding natural frequency. Stora Enso applies recommendations according to Eurokod. With a CLT floor panel made of stiffer outer laminate, it is possible to increase the span or reduce the thickness of the panel. The best improvement in mechanical performance was obtained for panels consisting of C40+C24. Furthermore, panels of C35+C18 also shows enhancement, in comparison to panels made of C24. For a seven layered panel (consisting of C40+C24), the calculations show that it is possible to reduce the thickness from 280 mm to 240 mm, corresponding to 14,3% thickness reduction, while maintaining all mechanical performances. In regard to increased span, the calculations show that it is beneficial to use stiffer lamellas in outer layers. The increase in span depends on the thickness of the panel and the self-weight of the supplemented flooring. By combining C40+C24, the span could be increased by 4,1-10,0%, and by combining C35+C18, the span could be increased by 3,3-7,3%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:lnu-121900 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Kjellberg, Frida, Bergman, Sofia |
| Publisher | Linnéuniversitetet, Institutionen för byggteknik (BY) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0033 seconds