Projekt 13169 – Avslutat Stabilitet- och stabiliseringskrav på slanka stål- respektive träkonstruktioner

De övergripande syftet har varit att medvetandegöra behovet av att säkerställa adekvat säkerhet hos slanka takkonstruktioner, i synnerhet avseende stabilisering, och att bidra med viss teknisk kunskap rörande dimensionering av dylika konstruktioner.

- Många av de takras som skett var relaterade till grova konstruktionsfel, inte extrema snölaster. Liknande dimensioneringsfel som har orsakat takras under snörika vintrar kan ses hos konstruktioner som rasade under 1970-talet och hos mer moderna konstruktioner som byggdes efter 1980. Detta indikerar en begränsad erfarenhetsåterföring i byggbranschen.

Flera rasutredningar pekar på ett behov av att rasfall rapporteras noga för att undvika att liknande fel upprepas. Information från byggnadsras bör finnas tillgänglig i öppna databaser; eller åtminstone i databaser som aktiva ingenjörer/konstruktörer har tillgång till.

Extern tredjepartsgranskning av ritningar och beräkningsdokumentation ses som viktiga åtgärder för att upptäcka potentiella fel och brister.

- Modellering av slanka konstruktioner involverar vanligen ett antal osäkra parametrar. Konstruktörer behöver därför ofta göra vissa subjektiva val avseende indata för att kunna modellera en slank konstruktion.

Exempel på en osäker parameter vid modellering av ett slankt konstruktionselement är dess initialkrokighet (imperfektion). Ett konstruktionselements initialkrokighet är generellt sett av slumpartad natur, det vill säga okänd. Detta betyder att konstruktörer måste använda säkra/konservativa antaganden vid modellering. Det kan dock vara svårt att i varje läge säkerställa att antagen vald initialkrokighet är den mest kritiska för bestämning av konstruktionens bärförmåga. Vidare så är initialkrokigheten som är kritisk för elementets bärförmåga oftast inte samma initialkrokighet som leder till de största stagningskrafterna. Detta betyder att fler än en modell för initialkrokighet behöver beaktas när slanka konstruktioner modelleras/dimensioneras.

- Det har visats att glidning i stagningssystem, som är ett annat exempel på en osäker parameter, kan ha en signifikant inverkan på kapaciteten hos stagade konstruktionselement. Detta eftersom spänningarna i det stagade elementet och stagningskrafterna blir större om glidning förekommer i stagningssystemet.

Glidning i stagningssystem kan bero på toleranser i bultförband (av montageskäl måste hålet vara något större än bulten), slackande diagonaler i stabiliseringssystemet, och initialkrokighet hos olika delar av stabiliseringssystemet (t.ex. takåsar).

- En enkätstudie riktad till erfarna konstruktörer har utförts. Studien fokuserade på konstruktörernas antaganden rörande slanka takkonstruktioner men innehöll också en mer generell del om dimensionering och konstruktörsyrket i allmänhet.

Konstruktörerna som deltog i studien representerar 6 olika länder, nämligen Sverige, Norge, Polen, England, Italien och Iran. Deras genomsnittliga (relevanta) arbetslivserfarenhet var 20 år. Totalt deltog 17 konstruktörer i studien.

Enligt resultaten från den generella delen av enkätstudien tror många verksamma konstruktörer att bristfälliga konstruktioner till stor del beror på felaktiga konstruktionsberäkningar. De tror också att mer granskning och förbättrad kommunikation i dimensioneringsprocessen har potential att förbättra säkerheten hos slanka konstruktioner generellt.

Den mer specifika delen av enkätstudien har påvisat en diskrepans mellan deltagarnas antaganden rörande slanka tak. Det har visats att vissa konstruktörer gör ickekonservativa val, t.ex. rörande vippningslängd hos en balk, som skulle leda till reducerad säkerhet. Vidare så har några konstruktörer föreslagit statiska system till takkonstruktioner som är teoretiskt instabila.

Resultatet av enkätstudien understryker behovet av oberoende granskning för att upptäcka potentiella fel.

- En metod för oförstörande provning av takkonstruktioner presenterades i avhandlingen. I praktiken kan metoden komma till användning i fall där många osäkerheter råder avseende stagningssystemet hos ett slankt bärverk. Ingenjörer kan till exempel använda resultatet från provningen till att verifiera olika dimensioneringsantaganden och eventuellt även uppdatera sina numeriska modeller med mer korrekta styvhetsparametrar.

Metoden bygger på punktvis mätning av den horisontella styvheten i takkonstruktionen. Detta genom att påföra en horisontell last och samtidigt mäta deformationen i en given riktning, vanligtvis vinkelrätt primärbärverket. För detta utvecklades en speciell provningsrigg.

- Laboratorieförsök på vanliga stagningssystem för träkonstruktioner (samma principer är applicerbara för stålkonstruktioner) har utförts. Två olika stagningsprinciper beaktades, nämligen skivverkan i taket och ett horisontellt fackverk i takets plan. I testet ”mättes” styvheten (kraft och deformation) i takets plan i åsarnas längdriktning.

Resultatet användes till att kalibrera en motsvarande datormodell. På detta sätt kunde det utredas hur styva olika delar av konstruktioner var.

Till exempel kunde det visas hur antalet skruv, såsom mellan takskivan och takåsarna, och i skjuvförbanden mellan åsarna och primärbärverket, påverkade totalstyvheten.

Bland annat visar resultaten att styvheten hos takkonstruktionen kraftigt påverkas av dess förband, speciellt de förband där tryckkraft överförs med en viss vinkel mot träets fiberriktning.

Styvheten hos en takkonstruktion kan överskattas kraftigt, speciellt för träkonstruktioner, vid numerisk modellering om inte förbanden är idealiserade på ett adekvat sätt.