Lärdomar från raset av Tarfalahallen - En experimentell studie av spikförbandets inverkan på stabiliteten ur plan

Sammanfattning: I mars 2020 rasade Tarfalahallen i Kiruna. Idrottshallens takkonstruktion bestod av långa underspända limträbalkar upplagda på limträpelare. Balkarna var underspända med hjälp av två trycksträvor som stöttades med dragband av stål och anslutningen mellan trycksträvorna och balken bestod av spikförband. Statens Haverikommission (SHK) har en pågående utredning kring raset, och har hittills bland annat kommit fram till att takkonstruktionen är starkt beroende av sidostabilisering och känslig för geometriska avvikelser, samt att den sannolika brottmekanismen för raset är att en av de underspända balkarnas underkant har vippat vid anslutningen mellan balk och trycksträva. Spikförbandet som ansluter mellan trycksträva och balk är en av flera parametrar som kan påverka konstruktionens stabilitet ut ur plan, vilket genom laborativa försök har undersökts i studien. Studien syftar också till att undersöka om ras likt det i Tarfalahallen hade kunnat undvikas i framtiden genom att använda andra konstruktionstekniska lösningar, vilket har undersökts genom en litteraturstudie som bland annat innefattar utredningar som gjorts med anledning av raset. Provkropparna som testades är utformade som en anslutning mellan takbalk och trycksträva, där anslutningen består av ett spikförband vars spikplåttjocklek varierades. Provkropparna belastades dels enbart med vertikallast respektive moment, dels biaxiellt genom samtidig vertikallast och moment, där momentet under studien uppkommer från en transversell last som verkar över spikförbandet i dess veka riktning. Studien omfattade också vertikal belastning av provkroppar utan ett anslutande spikförband. Vertikallasten motsvaras exempelvis av egentyngd, snölast på tak eller den axiella tryckkraft som uppkommer i trycksträvan från förspänningen av dragbanden i balkkonstruktionen. Den transversella lasten motsvarar det moment som uppkommer i förbandet från sidokrafter på grund av bland annat geometriska imperfektioner och stagningskrafter mot vippning. Den experimentella studien har visat att biaxiella försök för denna typ av anslutning är möjliga att genomföra, men att resultaten till stor del beror av vilka metoder man använder för att bestämma styvhet och hur brott definieras. Genom analys av studiens resultat har man kommit fram till att styvhetens inverkan av vertikalbelastning vid samtidigt moment visade sig starkt beroende av vilken metod som användes för att bestämma styvheten. Gemensamt för metoderna som användes under studien är att förbandets styvhet ur plan minskar vid hög vertikalbelastning. Förbandets rotationsstyvhet med hänsyn till andra ordningens effekter ser inte ut att variera oavsett belastningen i förbandet. Studien har dessutom kommit fram till följande slutsatser: -Vid samtidigt moment och hög vertikalbelastning uppvisar spikförband med tjocka spikplåtar en lika stor eller något högre styvhet jämfört med tunna spikplåtar. För ett endast momentbelastat spikförband anses plåttjockleken i spikförbandet inte påverka styvheten ut ur plan. -För ett spikförband belastat med samtidig vertikallast och moment medför en ökning av vertikalbelastningen en minskning av momentkapaciteten. -Cirka en tredjedel av lasten tas upp av spikförbandet i en anslutning mellan balk och sträva vid vertikalbelastning. Undersökningen av Tarfalahallen har visat att den troliga orsaken till raset är vippning av takbalkens underkant vid anslutningen mellan takbalk och trycksträva. Möjliga alternativ för att förhindra vippning av takbalken är: -Att introducera ytterligare ett stagningssystem mellan limträbalkarnas underkant vid anslutningen med trycksträvorna. -Att öka limträbalkens tvärsnittsbredd.