SIMULERINGSMODELLER BIDRAR VID FLERVÅNINGSHUSBYGGANDE I TRÄ

EFFEKTIVA SIMULERINGSMODELLER

Kan bidra till att hantera utmaningar med flervåningshusbyggande i trä

ANNIKA WIHLBORG

Bland svenska trähusproducenter finns ett stort intresse av att utforska nya sätt att använda trä som lastbärande material i flervåningsbyggnader. Att bygga med prefabricerade volymmoduler är en utbredd och innovativ konstruktionsmetod för låg- och medelstora träbyggnader. På senare år har även intresset för att bygga flervåningsbyggnader på upp till åtta våningar i trä ökat. Forskare vid Linnéuniversitetet har i ett gemensamt forskningsprojekt analyserat utmaningarna med att bygga högt i trä.

TEXT: ANNIKA WIHLBORG

Att bygga modulbaserade flervåningsbyggnader i trä är utmanande på grund av trämaterialets låga vikt, vilket genererar utmaningar, bland annat vad gäller byggnadens vindstabilitet. I det treåriga forskningsprojektet ”Design av innovativa modulbaserade flervåningshus i trä”, som pågår på Linnéuniversitetet fram till hösten 2021, har man därför tittat närmare på faktorer som horisontell stabilitet och anslutningsdesign avseende glidning, lutning och stjälpning av hela byggnaden. obos, Moelven Byggmodul, Derome och Vida Buildings deltar i projektet. – Forskningsprojektets övergripande syfte är att öka förståelsen av kraftflödet i höga träbyggnader, i hopp om att kunna optimera vissa konstruktionsdelar utan att riskera byggnadens säkerhet. Under projektets gång har vi testat, analyserat och jämfört styvhet och bärförmåga hos olika trämoduler som används för flervåningsbyggnader, säger Sigurdur Ormarsson, professor vid Linnéuniversitetet och ansvarig för forskningsprojektet.

GODA FÖRUTSÄTTNINGAR ATT ÖKA ANDELEN FLERVÅNINGSHUS I TRÄ FRAMÖVER

Med hjälp av Linnéuniversitetets testanläggning har man utvecklat en tredimensio-

nell finita element-modell som simulerar hur modulerna påverkas av exempelvis vind och andra typer av laster. Simuleringsverktyget har verifierats mot omfattande experimentella modulresultat framtagna i projektet. Samtliga moduler har visat ganska hög styvhet och bärförmåga när de utsätts med stora horisontella krafter. Det finns också en relativt stor spridning i resultaten som visar behovet av ett flexibelt simuleringsverktyg. Under en stor pålastning visade vissa av modulerna ett segt olinjärt deformationsbeteende samt en överraskande stor återfjädring när de avbelastades. Inom ramen för projektet har man också tagit fram olika modulfaktorer som beskriver hur mycket styvare och starkare moduler är jämfört med enskilda väggelement. – Modulbaserade flervåningshus i trä är ett effektivt sätt att bemöta bostadsbristen. Tekniken för att bygga flervåningshus i trä är välutvecklad och jag bedömer förutsättningarna för att öka andelen höga hus i trä framöver som goda. Det är viktigt att byggnationen av flervåningshus i trä föregås av en ordentlig analys av hur huset beter sig i en kritisk belastningssituation. Fullskaliga experiment är av naturliga skäl mycket kostsamma. Här kommer simuleringsverktyg in i bilden som ett kostnadseffektivt sätt att prova sig fram, säger Sigurdur Ormarsson.

Om akademin kan utveckla innovativa simuleringsverktyg och analysmetoder i samverkan med trähusindustrin så kan det, enligt Sigurdur Ormarsson, bidra till ett ökat flervåningshusbyggande i trä. – Effektiva analysmetoder innebär förstås att vi kan optimera trähusbyggandet, men vi ska aldrig utmana gränserna så mycket på höjden att vi börjar kompromissa med säkerheten. Det finns en gräns för hur högt man kan och bör bygga i trä och den gränsen har vi ännu inte identifierat fullt ut. Även här kan simulering vara ett kraftfullt verktyg. En stor fördel med denna konstruktionsmetod är att tillverkningen av trämodulerna sker i en skyddad och kontrollerad fabriksmiljö. Montaget av modulerna på plats sker också snabbt för att minimera vädermässig påverkan. Eftersom man använder sig av relativt lätta trämoduler som staplas ovanpå varandra är det också viktigt att modulernas förankring säkras, säger Sigurdur Ormarsson.

VILJAN ATT MINSKA KLIMATAVTRYCKET ÖKAR TRÄHUSBYGGNATIONEN

– Andelen flervåningshus som byggs i trä har ökat från 14 till 20 procent på kort tid och efterfrågan fortsätter att öka. Industriellt trähusbyggande på höjden är hett just nu, många byggherrar vill satsa på det. Till 2025 är det inte omöjligt att flervåningshus i trä står för drygt 40 procent av samtliga flervåningshus som byggs. En viktig drivkraft är förstås att kunskapen kring möjligheten att minska klimatavtrycket genom att bygga i trä ökar stadigt. När klimatdeklarationer på nybyggda fastigheter blir ett lagkrav från 2022 kan det också bidra till ett ökat intresse för flervåningshus i trä, säger Anders Carlsson, FoU-chef på Derome.

Derome är bland annat involverade i byggnationen av Sara Kulturhus i Skellefteå, ett banbrytande tjugo våningar högt träbyggnadsprojekt som står klart hösten 2021. Sara Kulturhus knyter an till Skellefteås långa träbyggnadstradition och kommer att bli världens högsta träbyggnad, räknat i antal våningar. Byggnationen av Sara Kulturhus är möjlig tack vare mångåriga forskningsprojekt kring brandsäkerhet, akustik och stabilitet i flervåningshus i trä. – Vår ambition är förstås att lära oss så mycket som möjligt från ett prestigeprojekt som det här och kunna tillämpa erfarenheterna från Sara Kulturhus även i andra projekt framöver. När man bygger så pass höga träbyggnader är precisionskraven nästintill

Sigurdur Ormarsson, Linnéuniversitetet.

Cederhusen i stadsdelen Vega, Haninge. Inflyttningsklara 2019.

Sara Kulturhus Skellefteå ska stå klart hösten 2021.

Mjösatårnet i Brummedal, Norge blir med sina 85,4 meter värdens högsta trähus.

Foto Moelven

extrema. När man bygger en träbyggnad på åttio meter kan en liten måttavvikelse i de nedre delarna av byggnaden växa till ohanterbara differenser i toppen, med industriellt tillverkade moduler har vi god kontroll på detta och säkerställer goda mått toleranser i toppen av byggnaden, säger Anders Carlsson.

Han upplever att efterfrågan på flervåningshus i trä har ökat på senare år och ser inga tecken på att trenden skulle avta. Den främsta drivkraften bakom den ökade träbyggnationen är strävan efter att minska byggprojektens klimatavtryck och kom åt de goda effekterna med industriellt producerade och högt prefabricerade byggdelarna.

RÄTT FÖRANKRING GÖR TRÄHUSEN TILLRÄCKLIGT STYVA

– När man bygger enfamiljshus i trä är kraven vad gäller brandsäkerhet, ljudisolering och liknande inte så höga, men när det gäller flervåningshus i trä ser kravbilden annorlunda ut. När rätt brandprestanda och ljudprestanda säkerställs involveras ofta tunga material som bidrar till att öka fastighetens klimatavtryck något. Den stora utmaningen rent konstruktionsmässigt är förstås att ett högt trähus har en tendens att röra på sig när det blåser, det är därför mycket viktigt att vidta rätt åtgärder för att minimera rörelserna. En utmaning är därför att förankra huset i backen och därigenom göra det tillräckligt styvt i hela dess höjd, säger Anders Carlsson.

Derome valde att delta i forskningsprojektet på Linnéuniversitetet för att få större klarhet i hur de flervåningshus i trä som företaget producerar kan klara lasterna bättre. – Vi vill självklart vara trygga i att vi har rätt säkerhetsmarginaler, men är förstås samtidigt intresserade av att utforska eventuella möjligheter att effektivisera produktionen ytterligare. Forskningsprojektet visade att vi hade betydligt större lastkapacitet i våra moduler än vi ursprungligen trott, säger Anders Carlsson. ■

Till 2025 är det inte omöjligt att flervåningshus i trä står för drygt 40 procent av samtliga flervåningshus som byggs.

Anders Carlsson, Derome.

ANNIKA WIHLBORG