Gånginducerade vibrationer i korslimmade träbjälklag : Hur ökad massa påverkar maximala spännvidder

Sammanfattning: En konsekvens av snabbt växande städer och samhällen är ett ökat behov av stora byggnader, men också av hållbart byggda sådana. Det relativt nya byggmaterialet korslimmat trä, förkortat KL-trä, presenteras som ett svar på dessa behov. En nackdel med KL-träbjälklag är dock att de, precis som övriga träbjälklag, begränsas i sina möjliga spännvidder baserat på vibrationskrav. Dimensionering mot vibrationer i KL-träbjälklag baseras vanligtvis på samma krav som ställs på mer traditionella träbjälklag, vilket kan vara problematiskt då KL-träbjälklag är betydligt tyngre i jämförelse. En tyngre egenvikt kan vara både en nackdel och en fördel i en dynamisk analys – en nackdel då bjälklagets egenfrekvenser är lägre men en fördel då vibrationernas maximala acceleration också sänks. Syftet med examensarbetet var att, med detta i åtanke, öka kunskapen kring gånginducerade vibrationer i KL-träbjälklag och hur bjälklagets massa spelar in i detta. Ett delsyfte var att se om en ökad massa i utvalda bjälklag – utan att styvheten ökades – skulle sänka accelerationen tillräckligt för att kompensera för de sänkta egenfrekvenserna. Målet var dels att se om det gick att beskriva ett matematiskt samband mellan bjälklagens egentyngd och möjliga spännvidder enligt Eurokod-komplementet EUR 24084 EN, dels att skapa en grund för vidare utveckling och efterforskning kring vibrationer i KL-träbjälklag. Den maximala spännvidden för två typer av KL-träbjälklag – en 5-skiktsskiva och en 7-skiktsskiva – med olika tjocklekar tung fyllning söktes. I studien beaktades var för sig nedböjningskrav, kravet f1 > 8 Hz samt ett övre krav på parametern OS-RMS90 för bjälklag där f1 ≤ 8 Hz. Undersökningarna gjordes med hjälp av finita elementmetoden i programvaran Dlubal RFEM. Resultaten visade att de maximala spännvidderna för de två bjälklagstyperna minskade i alla experiment när massan ökades, förutom hos de allra tyngsta bjälklagen baserade på 7-skiktsskivan där spännvidderna enligt EUR 24084 EN ökade igen. Spännvidderna ökade på grund av att bjälklagen blev så tunga att de accepterades även när deras egenfrekvenser befann sig i det känsligaste området gällande gångtrafik (f1 ≈ 2 Hz). På grund av denna plötsliga ökning kunde författaren inte beskriva ett matematiskt samband mellan bjälklagens egentyngd och deras möjliga spännvidder enligt EUR 24084 EN. Resultaten visade också att för samtliga testobjekt var kravet f1 > 8 Hz dimensionerande om bjälklaget var fritt upplagt i den dynamiska analysen. Vad som dock intresserade författaren var att nedböjning istället blev dimensionerande om man antog att bjälklagen på grund av sin relativt höga egentyngd kunde modelleras som fast inspända i den dynamiska analysen. Detta ansågs betydelsefullt då det kan innebära att KL-träbjälklag har dimensionerats allt för konservativt om antagandet gjorts att de, precis som andra träbjälklag, bör antas vara fritt upplagda i den dynamiska analysen. Även om bjälklagen utan tung fyllning som begränsats av nedböjningskrav endast var 0,3 respektive 0,6 m längre kan det innebära mer spelrum för projektörer ifall nedböjningen skulle hanteras genom exempelvis en pelare eller överhöjning. I ett sådant fall hade, för denna studies 5- och 7-skiktsskiva, spännvidder upp till 8,5 respektive 8,9 m kunnat nyttjas innan kravet f1 > 8 Hz blivit dimensionerande.