Sidostabilisering av fackverkstakstolar i trä för långa spännvidder

Figur 1: Illustration av olika bärande delar i ett taksystem konstruerat med spikplåtsförbundna fackverkstakstolar.

Parallellt med det ökande intresset för träbyggande i allmänhet och bostadsbyggande med lastbärande trästomme i synnerhet pågår en utveckling där trä används i allt mer komplicerade konstruktionstyper. Vi ser exempel på limträstommar med mycket långa spännvidder, broar med trä som lastbärande material för trafiklaster och tak konstruerade av fackverkstakstolar i trä där spännvidderna successivt ökas. Många gånger är det ett utmärkt val med trä i de lastbärande delarna, men det ställer höga krav på konstruktörer som utformar konstruktionernas funktionalitet och säkerställer deras bärförmåga. Utvecklingen ställer också krav på att de verktyg och riktlinjer som finns att tillgå är tillräckligt noggranna och flexibla för att lösa de dimensioneringsutmaningar konstruktören måste hantera. Under senare tid har en metodik som är särskilt anpassad för tak bestående av fackverkstakstolar där spännvidden är mycket lång [3] vidareutvecklats [5] och delar av arbetet presenteras här.

En korrekt uppförd takkonstruktion bestående av parallellt placerade fackverkstakstolar i trä utgör en effektiv struktur för att bära last mellan väggar på ett givet avstånd från varandra. Prefabricerade takstolar bestående av konstruktionsvirke sammanfogat med spikplåtar i knutpunkterna tillverkas på många ställen i landet och levereras till byggarbetsplatser där de lätt kan lyftas upp på plats och sammanfogas med andra takstolar genom takläkt. Konstruktionstypen har blivit så pass populär att den används flitigt för tak med medellånga spännvidder, upp till omkring 18 meter, men den används också i allt högre utsträckning även för spännvidder betydligt längre än så. Även för sådana tak kan fackverkstakstolar i trä vara det bästa valet av konstruktionstyp, men krafterna ökar avsevärt med ökande spännvidd vilket ställer höga krav vid den statiska analysen med avseende på takkonstruktionens bärförmåga när stabilitetfenomen beaktas. Genom åren har det rapporterats om takras för samtliga konstruktionsmaterial varvid konstaterats brister vid såväl utförandet, som vid den statiska analysen eller avvikelser när det gäller materialet [2]. Konkreta förslag på hur takras bör undvikas anges i exempelvis [1] varvid påpekas vikten av att säkerställa att erforderlig styvhet uppnås i de förband som ingår i takkonstruktionen, särskilt om dessa har som syfte att motverka att instabilitetsfenomen uppträder. Ett effektivt sätt att genomföra en analys där styvhet och eventuella glapp i förband inkluderas är att modellera takets funktionalitet med hjälp av finita elementmetoden. Detta kan göras för enskilda lastbärande element [4] eller för hela eller stora delar av tak [6]. En alternativ och flexibel analytisk metod som lämnar utrymme för att inkludera vekheter i systemet på ett systematiskt sätt är att betrakta den tryckta över-ramen som en normalkraftsbelastad strävasidostagad av en elastisk fjäderbädd. Den fiktiva elastiska bädden som sidostagar överramen utgörs i realiteten av bärläkten som fästs mot överramen i respektive takstol och som har sitt andra stöd i det parallellfackverk som i normalfallet placeras med jämna mellanrum i överramarnas plan mellan två takstolar, se figur 1. Två viktiga aspekter avseende denna metod behandlas i de kommande avsnitten; dimensionering av parallellfackverket och av överramen.

Artikelförfattare
Johan Vessby, Lektor, Karlstads universitet
Bo Källsner, Professor, Linnéuniversitetet
Sigurdur Ormarsson, Professor, Linnéuniversitet

Läs hela artikeln i Bygg & teknik 4/19