Optimerat bjälklag av korslimmat trä genom styvare virke i ytterlameller

Sammanfattning: 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 %.