Stålfackverk i hallbyggnader : En studie om sadelfackverk med tillhörande analys i FEM-Design

Sammanfattning: Anledningen till att samhället fungerar som invånare förväntar sig och är vana vid är att det mesta är uppstrukturerat med lagar och regler varav många grundar sig i erfarenheter från verkligheten. Till exempel dimensioneras byggnader efter regler som har prövats fram såsom ändrade regler för snölast. Den senaste ändringen skedde i EKS 10 år 2016 vilket bland annat kan ha påverkats av det som skedde vintern 2009/2010 då många tak rasade in på grund av en förhöjd mängd snö jämfört med tidigare dimensioneringsriktlinjer. Ändringen påverkades även av insikten för risken med ojämn fördelning av snön. Samtliga bärande delar i en byggnad är alltså dimensionerade av en konstruktör för att hålla för en viss last. Syftet med arbetet var att kartlägga och öka kunskapen om dimensionering av stålfackverk i hallbyggnader, varav denna undersökning fokuserar på sadelfackverk. Att belysa brandskyddsfrågan var också en del av syftet. Arbetet genomfördes med hjälp av en faktaundersökning som understöddes av intervjuer, beräkningar i programmet FEM-Design och ett studiebesök på SWL. Resultatet av beräkningarna gjordes i två delar, snittkrafter respektive bärförmåga i fackverkets överram med dubbla vinkeljärn. Momentet beräknades för hand med tre olika metoder som påminde om varandra men också med FEM-Designs analys. Denna jämförelse avslöjade att fördelningen mellan moment i stöd och fält var omvänt mellan handberäkningar och FE-analys vilket berodde på att stödsjunkningen inte hade beaktats i handberäkningarna, enbart i analysen. Jämförelser gjordes sedan för snittkrafterna mellan ett fackverk med ledade livstänger samt ett fackverk med fast inspända knutpunkter. Framtagningen av överramens bärförmåga gjordes med tre olika metoder för att sedan jämföra dem mot varandra i form av överramens utnyttjandegrad. Den första metoden innehöll en fiktiv linjelast för att ta hänsyn till imperfektion, utnyttjandegraden som räknades fram blev 89 %. Den andra metoden, vid namn allmän metod, beräknades med en kritisk parameter från FEM-Design som gav utnyttjandegraden 98 %. Till sist utfördes beräkningen med FEM-Design (Steel design) för att med dimensioneringsverktyget ta fram två utnyttjandegrader att jämföra mot de två förstnämnda metoderna, som blev 82 % respektive 99 % som tar hänsyn till böjknäckning respektive böjvridknäckning. Den mest trovärdiga utnyttjandegraden som beräknades var med den allmänna metoden (98 %) eftersom den tar hänsyn till flest knäckningsfall. En negativ aspekt med dimensioneringsprocessen är att reglerna som ska beaktas är utspridda i flera eurokoder. Det leder till att det många gånger krävs en erfaren konstruktörs kunskaper för att ta hänsyn till samtliga skrifter som berör konstruktionsdelen som ska dimensioneras. Det visade sig också att fokus ligger på fel område när det gäller uppbyggnaden av brandskyddskravet för hallbyggnaders stålfackverk. Med syftet att rädda liv handlar kraven idag om att brandskydda stålstommen istället för att fokusera på det mest avgörande problemet som hotar människoliv i denna situation – värmestrålning. Problemen måste prioriteras och åtgärdas i rätt ordning för att det ska vara någon mening med kraven som bestäms av myndigheterna. Metoden som användes för hela arbetet var optimal för att få fram ett resultat med denna kvalitet med de förutsättningar som rådde. Ett mer omfattande arbete, exempelvis en doktorsavhandling, hade kunnat göra mer omfattande studier än detta. Felkällan är främst den mänskliga faktorn då kunskaperna om programmet FEM-Design är begränsade. Slutsatserna som dras av detta examensarbete sammanfattas genom att svara på frågeställningarna för arbetet med nästföljande två textstycken. Problematiken i dimensioneringsprocessen är framför allt avsaknaden av regler i eurokoderna som behandlar bärförmåga av icke dubbelsymmetriska tvärsnitt. Som det är idag krävs analys i komplexa beräkningsprogram för att använda de alternativa metoderna som nämns i eurokoderna (allmän metod och metoden med imperfektioner för global analys). Om konstruktören vill använda beräkningsprogram som FEM-Design fullt ut för att beräkna bärförmågan av överramen med dubbla vinkeljärn är problemet att programmet inte kan räkna med (egendefinierade) sammansatta dubbeltvärsnitt. Anledningen till att stålfackverk i hallbyggnader inte behöver brandskyddas är för att syftet att rädda liv inte uppfylls genom detta. Innan risk finns för kollaps av byggnaden uppkommer ett annat problem, nämligen ökande värmestrålning. När värmestrålningen överstiger 200°C är människors liv i fara vilket innebär att problemet inte ligger i stålstommens bärförmåga utan värmestrålningen orsakad av branden. Det här arbetet tillför mycket för konstruktörer som ska dimensionera fackverk med exempelvis dubbla vinkeljärn eftersom det är en svår process att genomföra, åtminstone för konstruktörer som brukar använda något enklare beräkningsprogram. Resultatet som däremot påvisade att brandskyddet av stålfackverk är onödigt är väldigt viktigt för samhället att uppmärksamma eftersom det kan betyda att Sveriges krav för brandskydd i hallbyggnader är felaktig eller undermålig för att rädda liv vid brand.