En jämförelse av stomval till skolan i Hagfors

Transkript

1 Fakulteten för teknik- och naturvetenskap Byggingenjörsprogrammet Fredrik Tengelin Johan Axelsson Kristian Roos En jämförelse av stomval till skolan i Hagfors A comparison of framework-choices for the school in Hagfors Examensarbete 22,5 poäng Byggingenjörsprogrammet Datum/Termin: Handledare: Carina Rehnström, Bo Rom Examinator: Malin Olin Karlstads universitet Karlstad Tfn Fax Information@kau.se

2 Sammanfattning Detta arbete baseras på nybyggnationen och ombyggnationen av skolan i Hagfors som NCC gör för Hagfors kommun. Uppgiften är att göra en jämförelse av olika stomalternativ; platsgjuten betong, prefabricerad betong och stålstomme på nybyggnationen med hänsyn till tid, ekonomi och miljöpåverkan. Den nybyggda delen kommer att bli ca 7000 m 2 fördelat på tre plan och stommen utgörs i dagsläget till största del av prefabricerad betong. De frågeställningarna som behandlas i arbetet är Vilket material är mest fördelaktigt utifrån ett tidsperspektiv? Vilket material/stomlösning är ur ett ekonomiskt perspektiv att föredra? Hur påverkas miljön av de olika stomsystemen? Problemlösningen baseras på laster, pelardimensioner, balkdimensioner, antal pelare och balkar. Dessa har tillhandahållits av NCC. Beräkningar genomfördes för att specificera armeringsmängd i betongstommarna och för att dimensionera stålstommen. För att se vad de olika stomalternativen kostade användes BidCon för att få fram en kalkyl på stommen, där material- och arbetskostnader är inkluderade. Resultatet av detta blev att den platsgjutna betongstommen kostar kr, stålstommen kostar kr och den prefabricerade betongstommen kostar kr. Om man ska se till tiden är det den platsgjutna stommen som tar längst tid vid förutsättningen att leveranser och samordning sker planenligt. Sett utifrån ett miljöperspektiv föll valet på att använda betong på grund av lägre energiförbrukning och utsläpp vid tillverkning samt att en byggnad i betong har en stor värmetröghet vilket skapar förutsättningar för ett lägre och jämnare energibehov i den färdiga byggnaden. Transporter till byggplatsen har även betydelse på grund av att de prefabricerade betongelementen i detta fall tillverkas i och levereras från Tyskland. Arbetet utförs på uppdrag av NCC med Bo Rom och Thomas Boman som externa handledare. Handledare på universitetet är Carina Rehnström. i

3 Abstract This work is based on the construction and reconstruction of the school in Hagfors that NCC is building for Hagfors municipality. The object of the study is to make a comparison of different framework choices; in situ concrete, prefabricated concrete and a steel frame for the new building with respect to time, the economy and the environment. The newly built section will be approximately 7000 m 2 divided into three stories and today the frame consists mainly of prefabricated concrete. The issues addressed in the work are Which material is most beneficial on a time proportion basis? Which material / framework solution is from an economic perspective most preferable? What are the impacts on the environment of the various frameworks? The solution of the problem is based on loads, dimensions of columns, dimensions of beams, number of columns and beams. These have been provided by NCC. Calculations were carried out in order to specify the amount of the concrete reinforcement in the concrete frames and to design the steel frame. In order to see what the different framework choices cost, BidCon was used to obtain such a calculation on the framework, where the material and labor costs are included. The result was that the in situ concrete frame costs SEK, the steel frame costs SEK and the prefabricated concrete frame costs SEK. If consideration is taken to the time, the in situ concrete frame takes the longest time on the premises that the delivery and coordination take place as planned. Seen from an environmental perspective, the use of concrete was chosen due to the lower energy consumption and lower emissions in the production, and the fact that a building in concrete has a greater heat inertia which creates conditions of lower and more balanced energy consumption in the finished building. Transports to the construction site are also important because the prefabricated concrete elements in this case are produced in and transported from Germany. The work is conducted on behalf of NCC with Bo Rom and Thomas Boman as the external supervisors. Tutor at the university is Carina Rehnström. ii

4 Innehållsförteckning 1. Inledning Bakgrund Mål Syfte Avgränsningar Frågeställningar Metod Dimensionering Kalkyl Litteraturstudie Genomförande Stål Tid Ekonomi Byggmetod Miljö Dimensionering Betong Tid Ekonomi Byggmetod Miljö Dimensionering Resultat och jämförelse Tid Ekonomi Miljö Diskussion Slutsats Tackord Referenslista Bilagor... A Innehållsförteckning, bilagor... A Bilaga 1. Sammanställning laster...b Bilaga 2. Beräkningsstrategi...C Bilaga 3. Resultat av beräkningar... K Bilaga 4. Kalkyl Stål...M Bilaga 5. Kalkyl Platsgjuten betong... O Bilaga 6. Ritningar...R iii

5 1. Inledning 1.1 Bakgrund Gruppen har fått i uppgift av NCC att undersöka vilken stomlösning på nybyggnationen av skolan i Hagfors som är mest lämpad. Bygget är redan projekterat och igång. Stommen består av bärande pelare och väggar samt balkar och dessa ska utföras i prefabricerad betong. Under detta projekt ska gruppen jämföra detta val med en stålstomme och en platsgjuten betongstomme. Nybyggnationen blir totalt 7000 m 2 stort fördelat på tre plan. Bjälklagen bärs upp av prefabricerade betongbalkar som för ner lasten i runda respektive fyrkantiga, prefabricerade betongpelare. På plan ett fördelas även tyngden på ett antal prefabricerade och platsgjutna väggar. I byggnaden finns även stomstabiliserande betongväggar på alla plan samt en hiss som även har en stomstabiliserande funktion. Med en stomstabiliserade funktion menas förmågan att ta upp horisontella krafter från exempelvis vindlast. Fasaden består till stor del av glaspartier. I en arkitekttävling som arkitektfirman LLP Arkitekt ställde upp i korades de som vinnare med deras förslag över nybyggnationen. Fig. 1: Den nybyggda delen intill den befintliga skolan i Hagfors (LLP Arkitektkontor (2008)). 1

6 Entreprenaden innefattar även en ombyggnation av den befintliga delen av skolan som omfattar ungefär 8500 m 2. Denna del kommer dock inte beröras i vårt arbete. Den totala projektkostnaden är i dagsläget beräknad till 230 miljoner kronor och bygget ska genomföras som en totalentreprenad med partnering mellan NCC och Hagfors kommun. För projekteringen ansvarar WSP Karlstad. Att projektet ska utföras som en totalentreprenad betyder att NCC har ett funktionsansvar för entreprenaden. NCC har det övergripande ansvaret för både projektering, uppförande och samordning med underentreprenörer. Partnering betyder att det sker en öppen redovisning av ekonomin mellan beställare och entreprenör. Bjälklagen i nybyggnaden består av håldäck och plattbärlag som pågjuts. Håldäck och plattbärlag (filigranbjälklag) består av förtillverkade bjälklagsplattor av betong som monteras med kran. Håldäcket har en större tjocklek och är även försett med längsgående hål för att minska vikten och armering för att öka draghållfastheten på elementen. Filigranbjälklaget har en tunnare tjocklek vilket kräver en samverkan med pågjuten betong. Bjälklaget har även armering för att motverka sprickbildning och öka draghållfastheten och denna armering används även för att lyfta plattorna i. Fig. 2: Plattbärlag innan montage Fig. 3: Håldäck (Skanska (2008)) (Betongbanken (2008a)) Den nybyggda delen har relativt stränga krav på låga driftskostnader, hög energieffektivitet och ett bra inomhusklimat. Hagfors kommun har sammanställt ett antal krav på ny- och ombyggnationen i ett slags hållbarhetsdokument. Den nybyggda delen skall till exempel förbruka under 80 kwh/m 2 och återvinning av värme från ventilationen skall ske med 90 %. Faktorer som dessa ska beaktas vid jämförelsen av de olika stomsystemen. 2

7 1.2 Mål Målet med examensarbetet är att välja den mest lämpliga stomlösningen för nybyggnationen av Visa Bildningscentrum i Hagfors på uppdrag av NCC, ur ett ekonomiskt och tidsmässigt perspektiv. De alternativ som ska undersökas och jämföras är stålstomme, prefabricerad betongstomme och platsgjuten stomme. 1.3 Syfte Syftet med arbetet är att kunna få en inblick i hur olika stomsystem utformas, vilka byggmetoder som används, samt göra en jämförelse av stomsystemen som kan generera en relevant slutsats. Vi ska studera ett objekt där stommen redan är vald för att på så sätt få en mer verklighetsanknuten förståelse för problematiken vid val av stomme. 1.4 Avgränsningar Följande avgränsningar gäller för projektet: Den del av stommen som omfattas är pelare, balkar och bärande väggar, dock inte bjälklag Projektet berör endast nybyggnationen Bottenplan på byggnaden ska vara souterräng, de platsgjutna betongväggarna vid denna del tas inte med i beräkningarna eftersom de normalt utförs i betong De stomstabiliserande, prefabricerade betongväggarna är svåra att lösa med stålstomme pga. håltagning för dörrar med mera. Om dessa skulle utföras som stålpelare med stabiliserande kryss medför detta problem eftersom kryssen hamnar ivägen för håltagning för dörrar och rökgaskanaler med mera, därför får väggarna bestå av betong Konstruktionen runt hissen behandlas inte i rapporten Inga nedböjningsberäkningar görs Inga beräkningar görs på infästningar och förband, till exempel bultar och svetsar 3

8 1.5 Frågeställningar För att nå fram till vårt mål, som är att undersöka vilket material som bör väljas för stommen, ska ett antal frågor besvaras. Vilket material är mest fördelaktigt utifrån ett tidsperspektiv? Vilket material/stomlösning är ur ett ekonomiskt perspektiv att föredra? Vilken inverkan har de olika stomsystemen på miljön? Dessutom kommer hänsyn tas till följande frågor: Vilka dimensioner ska väljas för respektive material? Hur påverkar brandskyddskrav utformningen? Vilken inverkan har de olika stomlösningarna på underhåll- och driftskostnader? 4

9 1.6 Metod Dimensionering För att kunna beräkna pris och tid för de olika varianterna av stomsystem måste dimensionerna först bestämmas. Mått på betongbalkar, betongväggar och betongpelare framgår av ritningar men däremot finns inte armeringsförteckningar pga. att alla prefabricerade element projekteras och tillverkas i Tyskland. Därför har NCC försett gruppen med de dimensionerande lasterna i form av normalkrafter, tvärkrafter och moment som påverkar stommen, se Bilaga 1 laster. Resultatet av beräkningarna ligger till grund för en kostnadskalkyl för respektive material. Dimensionering av stål- och betongkonstruktioner ska enligt Boverket utföras enligt partialkoefficientmetoden. Boverkets Konstruktionsregler, BKR, innehåller anvisningar och formler för att tillämpa metoden Kalkyl För att beräkna kostnaden för respektive stomsystem ska en kostnadskalkyl utformas. Denna redovisar materialkostnader och arbetskostnader för de byggnadsdelar NCC tillverkar själva, exempelvis en platsgjuten pelare. För all montering av stål krävs en underentreprenad vilket ger en totalkostnad i kalkylen som innehåller både material- och arbetskostnad för entreprenaden. Kostnader för arbete, material och underentreprenader tillhandahålls av NCC Litteraturstudie En ren litteraturstudie kommer även att genomföras för att få svar på frågeställningarna. Denna kommer även att kompletteras med intervjuer. 5

10 2. Genomförande 2.1 Stål Generellt sett är användandet av stål vid stombyggnad en välkänd och beprövad teknik. Dess för- och nackdelar (vid stombyggnad) presenteras nedan. Fördelar Hög hållfasthet i förhållande till volym och vikt Möjlighet att bygga med snäva toleranser och höga måttnoggrannheter Enkel grundläggning kan väljas på grund av den låga egentyngden Kan återvinnas till nära 100 % Ej skrymmande transporter beroende på dess storlek och vikt Möjlighet till stora spännvidder Nackdelar Underentreprenör måste anlitas för att montera vilket kan ge en högre kostnad och större krav på samordning. Framställs i regel på fabrik vilket kan kräva långa transporter Hållfastheten försämras drastiskt vid höga temperaturer Dåliga ljudisolerande egenskaper Risk för korrosion Tid En fördel med att använda en stålstomme är den låga egentyngden. Pelare och balkar har en låg egentyngd vilket betyder att de kan monteras med en mindre kran och en enklare, och därmed billigare och mindre tidskrävande, grundläggning kan göras än om pelare och balkar skulle utföras i betong. En stålstomme kan även kompletteras med yttervägg relativt snabbt på grund av att det inte kräver någon uttorkningstid på samma sätt som platsgjuten betong. Detta förutsätter att betongplattan och eventuella gjutna bjälklag är uttorkade. Ett snabbt montage på byggarbetsplatsen förutsätter att stålprofiler levereras kapade i rätt längd. Konstruktionsstålet levereras vanligtvis grundmålat vilket ger ett visst skydd mot yttre åverkan. Genom att förtillverka så mycket som möjligt på fabrik kan tidsbesparande och 6

11 kostnadseffektiva lösningar relativt enkelt uppnås. Ett exempel kan vara ett genomföra så mycket svetsarbete som möjligt på fabrik samt att förborra hål för exempelvis anslutningar mellan balk och pelare. Fig. 4: Att förtillverka så mycket som möjligt gör att det blir möjligt att genomföra ett snabbt montage. I exemplet krävs inget svetsarbete alls på byggarbetsplatsen då fot- och topplåt svetsas till pelaren på fabrik. Hål i balken och plåten kan även förborras vilket skapar förutsättningar för ett ännu snabbare montage. Detaljlösningar som dessa sparar tid på byggarbetsplatsen men ställer högre krav på bygghandlingarna då felaktiga handlingar kan få kostsamma följder. (Stålbyggnadsinstitutet, 2008a) Ekonomi Materialkostnaden vid en stålentreprenad står för endast % av den totala kostnaden. Detta betyder att omkostnader för montering, personal, transport m.m. står för de resterande %. Det är på denna del som de stora besparingarna kan göras till exempel genom bättre upphandlingar med mera. (Stålbyggnadsinstitutet, 2008b) Hänsyn måste tas till att hållfastheten kraftigt reduceras vid brand och höga temperaturer. För att begränsa risken för kollaps av stålstommen vid en brand finns ett antal metoder. Dessa är överdimensionering av stålet, brandskyddsisolering med till exempel stenullsskivor eller gipsskivor eller genom att måla stålet med brandskyddsfärg. Vidare kan man bygga in stommen i väggen för att på så vis öka brandmotståndet eller använda sig av betongfyllda 7

12 stålpelare. För att minska risken för brand kan även sprinklersystem installeras. Dessa åtgärder medför givetvis en merkostnad men krav från myndigheter, beställare med mera gör att brandskydd i många fall är nödvändigt. Ett utökat brandskydd kan i många fall även ge en lägre försäkringspremie. (Stålbyggnadsinstitutet, 2008c) Valet av brandskyddsisolering har vid diskussion med NCC landat på att fylla de synliga stålpelarna med betong och att klä in de fyrkantiga VKR-profilerna i gips, det vill säga att bygga in dem i väggen. Detta beror på att brandskyddsmålning medför en större kostnad, dels beroende på kostnaden för färgen och dels att målningen ofta utförs av underentreprenader. För att betongfyllda stålpelare ska ge ett fullgott brandskydd krävs dock att tvärsnittet minst bör vara cirka 100x100 mm. (Intervju med konstruktör Bengt Dahlkvist, WSP) Detta är i detta fall inga problem eftersom den minsta synliga pelaren har ett tvärsnitt på Ø250 mm. Vid kalkylering av kostnaden för att uppföra en stålstomme beräknas vikten på respektive profil. Denna multipliceras sedan med ett kilopris som i dagsläget är 35 kr per kilo för grundmålade profiler så som HEA, HEM och VKR. För mittbalken i varje plan, så kallade SWT-profiler, är kostnaden 70 kr per kilo. Detta pris inkluderar både kostnad för material, transport och montage av underentreprenör. (Intervju entreprenadchef Bo Rom, NCC) Övriga kostnader, exempelvis för ingjutningsplåtar och utfackningsväggar med mera tillhandahålls av NCC. Fig. 5: Bilden visar en SWT-profil som tillverkas av Scandinavian WeldTech. (Scandinavian WeldTech, 2008a) 8

13 2.1.3 Byggmetod Den traditionella stålstommen består av bärande balkar och pelare som i regel är standardiserade profiler. Vanligaste profilerna för pelare är VKR-, KKR- och HE-profiler medan HE-, I- och U-profiler används till balkar. Fig. 6: Från vänster till höger visas några standardprofiler, VKR, KKR, HE, I och U profiler. Grunden i byggsystemet är en svetsad stålbalk med bred underfläns, så kallad hattbalk, i kombination med prefabricerade bjälklagselement, så kallade håldäck eller plattbärlag. Detta ger möjlighet till stora, fria spännvidder. Pelarna utgörs ofta av runda, envånings stålpelare i byggnadens inre och fyrkantsprofiler i fasaden. Fasadpelaren bör ha tillräckligt små dimensioner för att rymmas inom ytterväggskonstruktionen. Betongelementens upplag ute i fasad utgörs ofta av en kontinuerlig stålbalk, exempelvis en U- eller HE-profil. Denna stomkonstruktion kompletteras sedan med olika typer av fasadkonstruktioner. Vanligast är den lätta utfackningsväggen med regelstomme, där stålregeln nu börjat ersätta den traditionella träregelstommen i ytterväggarna. (Stålbyggnadsinstitutet, 2008d) Fig. 7: SWT-balken används som upplag för bjälklagselementen och fylls sedan med betong bland annat för att öka brandmotståndet. 9

14 2.1.4 Miljö Ståltillverkning är en mycket energikrävande process. Energianvändningen kan uppgå till så mycket som 7000 kwh/ton stål om man bortser från användning av återvunnet stålskrot. Tillverkningen är även förknippad med utsläpp av koldioxid och försurande ämnen i stora mängder. (BidCon, 2008a) Totalt används ungefär ton stål i Sveriges byggbransch varje år, varav det mesta går till byggnationer av broar och hallbyggnader. Byggbranschen är en av de branscher som har störst krav på sig att öka materialåtervinningen. Detta beror på ekonomiska och politiska riktlinjer, då en ökad miljömedvetenhet gett sig till känna under den senare tiden. Stål, som till allra största delen består av grundämnet järn, har fördelen att det kan återvinnas i princip oändligt många gånger utan att behöva göra avkall på kvaliteten. Nu för tiden finns även metoder för att avskilja legeringsämnen som kan förekomma, till exempel zinkbeläggningen från en förzinkad stålprodukt. På grund av de goda förutsättningarna vid återvinning av stål finns en väl inarbetad marknad för stålskrot och därför är skrot en viktig råvara inom stålindustrin. (Jernkontoret, 2008) Med återvinning menar man nyttiggörande av restprodukter. Generellt kan man säga att ju mer bearbetning, desto mer miljöpåverkan. Därför ser man återanvändning som den högsta graden och energiutvinning som den lägsta graden av återvinning. Energiutvinning är dock endast möjlig av brännbara material så som t.ex. trä då materialet förbränns och energi i form av värme utvinns. (Stålbyggnadsinstitutet, 2008e), (Byggnadsmaterial, Burström P G, 2001a) De problem som kan uppstå i arbetsmiljön vid en stålentreprenad är att svetsning i stål kan orsaka så kallad metallrökfeber vid inandning av svetsgaser. Belastningsskador är även vanligt förekommande vid skär- och svetsarbeten. (BidCon, 2008a) Dimensionering Stålstommen består av runda, envånings stålpelare och VKR-profiler i kombination med HE-, och SWT-profiler som balkar. SWT-profilen, som tillverkas av Scandinavian WeldTech, är en slags svetsad stålbalk som fungerar som upplag för bjälklagselementen. Balken har en stor fördel därför att den i- och omgjuts vilket skapar en samverkan mellan betongen och stålbalken. Detta ökar både momentkapacitet, tvärkraftskapacitet och brandskydd. SWT- 10

15 balken dimensioneras enligt företagets anvisningar. Alla balkar utförs som kontinuerliga balkar och kontrolleras mot dimensionerande moment och tvärkraft. Fasadbalkarna kontrolleras även för intryckning under koncentrerad last. Pelarna kontrolleras mot knäckning enligt Boverkets handbok för Stålkonstruktioner, BSK. Vindkryss dimensioneras även för att stå emot de horisontella krafter som uppstår på grund av vindlast. I bilaga 2 Beräkningar, finns exempel på hur beräkningarna för balk och pelare utförs. För att på bästa sätt kunna utnyttja stålbyggandets fördelar kan det konstateras att den nuvarande placeringen av pelarna inte lämpar sig för stålbyggande då den inte utnyttjar stålets kapacitet till fullo. De största spännvidderna uppgår till 8,4 m medan de flesta endast är 4,2 m. Om skolan skulle konstrueras med en ren stålstomme kan man konstatera att pelarna skulle kunna placeras glesare. Detta skulle även skapa en mer öppen planlösning. Genom att ta bort vissa pelare och på så vis skapa spännvidder som lämpar sig bättre för stålbyggande kan en mer realistisk kalkyl för en stålstomme beräknas. 11

16 2.2 Betong I dagens samhälle är användningsområdena för betong nästan oändliga - det byggs alltifrån skyskrapor till trottoarkanter i betong. Enligt betongbranschen är betong den moderna tidens viktigaste byggnadsmaterial. (Betongvaror, 2008) Några fördelar och nackdelar med betong sammanfattas nedan. Fördelar: Betong har lång livslängd Betong har god beständighet, formbarhet och tryckhållfasthet Fördelarna med formsättning av betong på plats är att systemet är mycket flexibelt (MDH, 2008) Det kan återvinnas till nästan 100 % Naturprodukter, så som kalksten, ballast och vatten är de största ingredienserna (Svenska Fabriksbetongföreningen, 2008a) Byggnader i betong har en stor värmetröghet vilket skapar förutsättningar för en låg och jämn energiförbrukning. Nackdelar: Betong har låg draghållfasthet och stora spännvidder leder till stora dimensioner Lång produktionstid och dålig arbetsmiljö (Svenska byggbranschens utvecklingsfond, 2008) Uttorkningstiden är lång Väderberoende Fig. 8: Bilden visar en balk som är upplagd på två pelare, pilarna i balken visar hur spänningarna fördelar sig. Där drag- och tryckkrafter uppstår behöver man armera på grund av betongens låga draghållfasthet. 12

17 Betong är ett tungt material med hög förmåga att lagra värme i själva byggnadsstommen. Det gör att materialet kan värmas upp under dagen och hålla kvar en del av värmen under natten. Detta betyder att en lägre energiförbrukning kan uppnås på grund av den så kallade vämetrögheten i betongen. (Betongvaruindustrin, 2008a), (Tillämpad byggnadsfysik, Peterson B-Å 2004) Diagram 1: Inomhustemperatur en vår-, sommar- eller höstdag. En tung stomme håller en jämn temperatur under hela dygnet medan en lätt stomme har ett värmebehov under natten och ett kylbehov under dagen. Det är formbart och tillsammans med armering tål det stora belastningar och ger täta byggnader. I betongen ingår cement, vatten, ballast och tillsatser. Cementen, som har en pulveraktig konsistens, blandas med vatten och ballasten som utgörs av grus i olika storlekar, samt eventuella tillsatser om beställaren har speciella önskemål om betongens egenskaper. Vid gjutning av betongen placeras armeringsjärn av olika storlekar och kvalitéer i gjutformen för att den färdiga betongen ska tåla ännu större belastningar. 13

18 2.2.1 Tid Platsgjuten och prefabricerad betong innehåller samma beståndsdelar men skillnaden i tid beror på att olika byggmetoder används. Vid användning av en platsgjuten betongstomme är det mycket som ska tas hänsyn till, till exempel vädret och hur mycket som kommer att gjutas per dag, det vill säga hur mycket betong man ska beställa från fabriken per dag. Detta är några av orsakerna som kan ge upphov till att byggtiden förlängs om det inte är rätt planerat, det vill säga om det är planerat att gjuta tio stycken pelare per dag och det bara gjuts sju stycken med den arbetsstyrka som finns på byggplatsen. Produktion av en platsgjuten betongstomme sker i flera steg som kan sammanfattas så här: formsättning, armering, gjutning och avformning samt eventuell efterlagning av uppkomna skador på ytan. Enligt Betongvaruindustrin (Betongvaruindustrin 2008b) kan användandet av prefabricerade betongelement och andra förtillverkade komponenter bidra till att byggtiden reduceras kraftigt. Arbetarna slipper långa väntetider för att material måste hämtas, sorteras, täckas över eller helt enkelt letas upp på de olika materialupplagen. Prefabricerat byggande kräver inte lika höga resurser i form av arbetare jämfört med platsbyggt och det har som följd att byggplatsens totala kostnader minskar. Figur 8 visar en grov uppskattning av ackumulerade kostnader och tidsskillnader mellan prefabricerad och platsgjuten stomme. Kostnaden för arbete och material hamnar på ungefär samma slutsumma men den stora skillnaden blir i tid. Den totala tiden för platsgjuten stomme i exemplet är cirka 11 månader medan stommen med färdiga element endast behöver cirka 6 månader för att färdigställas. 14

19 Fig. 9: Tidsvinsten mellan platsgjuten och prefabricerad stomme. (Betongvaruindustrin 2008c) Som figur 9 visar är tiden för tillverkning/montering av bottenplattan i stort sett likadan. Men vid nästa moment, uppförandet av stommen, är tiden för montering av prefabricerade element bara en femtedel av tiden som det tar att bygga med platsgjuten metod. Fig. 10: Tidsskillnaden mellan de vanligast förekommande momenten på en byggnad som uppförs med prefab och platsbyggd stomme. (Betongvaruindustrin, 2008d) 15

20 2.2.2 Ekonomi Inom byggandet med prefabricerade element sker den största besparingen på grund av de lägre räntekostnaderna som är en direkt följd av den korta byggtiden, de lägre kostnaderna för arbetsplatsen samt minskade utgifterna för administration och arbetsledning. För att uppnå de största besparingarna måste man använda sig av denna arbetsmetod genom hela byggandet för det blir ingen större skillnad om endast vissa moment använder sig av prefabricerat byggande. (Betongvaruindustrin, 2008e) Genom att hålla sig till de standarddimensioner som finns hos tillverkarna kan kostnaderna sänkas ytterligare. Fönstrens placering är av stor betydelse eftersom de styr hur många olika typer av prefabricerade element som behövs. Om tillverkaren endast behöver göra ett fåtal typer av prefabricerade element med standarddimensioner kan både tillverkningstider och priser minskas drastiskt. Fel eller förändringar i projekteringen kan dock medföra stora merkostnader när detta upptäcks i ett senare skede och elementen måste kompletteras eller ändras. Vid ekonomisk jämförelse mellan platsgjuten och prefabricerad betong är det viktigt att tänka på helheten. I anbudet för prefab brukar det vanligtvis ingå kostnader för transport, kran, efterlagning av uppkomna skador, montering av elementen, arbetsledning och naturligtvis också konstruktion och produktion av själva elementen. Byggnader som ska uppföras under vintermånaderna har en klar fördel om metoden med färdiga element används, därför att stora mängder energi går åt att värma upp en byggnad som inte är tät. Vid platsbyggnation försöker man minska risken för frostskador när gjutning sker vintertid genom att hålla betongen varm under härdningen. Uppmätta värden visar att merkostnaden vintertid ligger ungefär på 60 kr/m 2 för bjälklag och 40 kr/m 2 för väggar på platsbyggda konstruktioner jämfört med prefabricerat byggande (Betongvaruindustrin 2008f). Kostnaden för de prefabricerade elementen i stommen på skolan i Hagfors uppgår till cirka 70 % av totalsumman på 6,2 miljoner kronor, vilket motsvarar ungefär 4,3 miljoner kronor. Elementen köps in från Tyskland och även om kostnaden för transporten ingår blir totalsumman lägre jämfört med kostnaden för element tillverkade i Sverige. (Intervju, Bo Rom, Thomas Boman, NCC ) 16

21 Enligt Betongbanken är byggnation av bärande konstruktioner med platsgjuten betong ofta den mest lönsamma byggmetoden jämfört med byggnation av prefabricerad betong. (Betongbanken, 2008b) Fig. 11: Grova riktvärden för kostnadsfördelningen vid byggnation med platsgjuten betong. (Betongbanken, 2008c) När platsgjuten betong används kan man se i figur 10 att det är lön för formsättarna och materialet för formen som kostar mest pengar, tillsammans cirka 50 % av hela kostnaden. Detta beror på att formsättning är ett mycket tidskrävande moment. För att hålla ned kostnaderna för formsättning kan formen återanvändas, vilket i sin tur innebär att ny form inte behöver göras för varje nytt element. När det gäller armeringen kommer den oftast förkapad och kan snabbt placeras i formen. Själva gjutningen sker mer och mer med självkompakterande betong som inte behöver vibreras, vilket också medverkar till att tiden för produktionen av ett element blir kortare. Arbetet sker på bygget vilket innebär att det inte krävs fabriksanläggningar förutom fabriken där betongmassan tillverkas. Transporterna till bygget blir oftast korta och billiga eftersom det finns lokala företag som tillverkar betong. Mindre kranar jämfört med prefabricerad betong kan användas eftersom det inte är lika stor last som ska lyftas. Med allt detta inräknat blir det platsgjutna byggandet mycket kostnadseffektivt. Genom noggrann planering med hjälp av datorer, som konstruering, planering och hållfasttillväxt, kan processen av ett element kontrolleras noggrant. Ser man på platsgjuten betong idag, kan man säga att den är en industriell process som verkligen är konkurrenskraftig med andra stomalternativ såsom prefabricerat byggande och stålkonstruktioner. (Svenska Fabriksbetongföreningen, 2008a) 17

22 När ett projekt är så komplext som skolan i Hagfors, är det mycket som kan gå fel inom produktionen av platsgjuten betongstomme. Det är många moment som ska ske i rätt följd och mycket personal som är inblandat i processen av en produktionsdel. Detta gör att det är mycket som ska gå rätt för att tidsplanen ska följas. Om tidsplanen inte följs resulterar det i merkostnader för företaget. Även väderleken har stor betydelse för gjutningen, det är till exempel olämpligt att gjuta när det regnar, och det bör inte vara för varmt eller för kallt heller Byggmetod Betong är bullerdämpande, brandsäkert, har en hög tryckhållfasthet, men en väldigt låg draghållfasthet och för att öka denna gjuter man in armeringsjärn som även motverkar sprickbildning i betongen. När betong framställs blandas cement, vatten, ballast och eventuella tillsatsmedel såsom flyttillsatsmedel, vattenreducerande, luftporbildande, accelaratorer och retarder. Flyttillsatsmedel är den vanligaste tillsatsen och påverkar konsistensen på betongen genom att den blir mer lättflytande och mindre vatten krävs, vilken i sin tur medför att betongens hållfasthet ökar och krympningen reduceras. Vattenreducerande tillsatsmedel minskar friktionen mellan betongens fasta partiklar, det fungerar som flyttillsatsmedel men effekten är inte lika kraftig. Luftporbildande tillsatsmedel används för att göra betongen mer beständig mot frost. Medlet gör att mycket små luftbubblor skapas i stora mängder vilket gör att vattnet som fryser i betongen expanderar i hålrummen. Accelatorer används för att betongen ska få en snabbare härdning och hållfasthetstillväxten ska påskyndas. Retarderande tillsatsmedel fördröjer betongens härdningsprocess, en retarder kan användas för att motverka tillstyvnade i samband med långa transporter och vid höga temperaturer. (Byggnadsmaterial, Burström P G, 2001b) Prefabricerad betong Att bygga med prefabricerade betongelement innebär att man flyttar produktionen från den tillfälliga byggarbetsplatsen och istället tillverkar färdiga element, som till exempel väggar, pelare och balkar, i en fabrik, som sedan levererar de färdiga elementen till byggplatsen. Det arbete som återstår för arbetarna på den tillfälliga byggplatsen är själva monteringen av elementen till en färdig byggnad. Dock kräver själva monteringen en viss förkunskap. Genom att flytta monteringen från en tillfällig arbetsplats där materialet och arbetarna är utsatta för väder och vind minimeras riskerna för olyckor och att fukt byggs in i byggnaden. 18

23 Att bygga med prefabricerade element innebär att själva produktionen av de olika elementen sker inomhus och sedan levereras de till byggplatsen för montering. Fördelarna med denna byggmetod är flera och rätt planerad och utförd så finns det möjlighet till stora besparingar i form av tid, resurser och ekonomi. Dock är denna metod ytterst känslig för förseningar och om detta skulle inträffa kan det få stora konsekvenser både tidsmässigt och ekonomiskt. Det hela bygger på logistiken och att just in time principen fungerar utan missöden. (Svensk byggtjänst, 2008) Just in time principen är ett begrepp som innebär att fler mindre leveranser skickas för att sedan kunna monteras ihop på byggplatsen i stort sett direkt när leveransen anländer till bygget. Allt detta är för att slippa mellanlagra elementen och undvika risk att fukt byggs in i husen. Fig. 12: En prefabricerad vägg lyfts på plats med hjälp av en kran. (Betongvaruindustrin, 2008g) Den prefabricerade stommen för skolan i Hagfors monteras av NCC själva och de undviker på så sätt att blanda in underentreprenörer. Priset kan då troligen pressas ytterligare eftersom montering av elementen, och därmed en pålagd vinst för underentreprenaden undviks. Samtidigt tillkommer kostnader för montage av prefabelementen och detta är inräknat i kostnaden för den prefabricerade stommen. 19

24 Platsgjuten betong Vid byggnation med platsgjuten betongstomme tillverkas betongen på fabrik oftast lokalt. Betongmassan levereras till bygget i betongbilar, som med hjälp av en pump fyller upp gjutformen med betongmassa. Gjutformen är tillverkad för att balkar och pelare ska få rätt dimension. I gjutformen är armeringen placerad för att öka draghållfastheten på betongen. Betong fylls på i gjutformen, för att sedan härda i minst ett dygn. När betongen har härdat plockas formen bort och man har en färdig balk eller pelare, detta görs i regel dagen efter. Betongen fortsätter dock att härda även efter att formen är borttagen. Vid gjutning av vägg eller pelare så står formen på plats innan gjutning. När balkar gjuts görs det inte på plats, utan den lyfts på plats med en kran efter härdningen är färdig. För att gjuta samman pelare och bjälklag är armering ingjuten i bjälklaget och sticker upp där pelaren ska stå. När pelaren sedan gjuts på plats gör den uppstickande armeringen att den blir stabil. Innan det kan byggas vidare på betongen, till exempel med gips eller målning, måste den vara uttorkad, vilket tar tid när stommen är platsgjuten. I brukskedet av byggnaden så är betongen i princip helt underhållsfri och den har lång livslängd, oftast mycket längre än många byggnader. 20

25 2.2.4 Miljö Den största miljöbelastningen vid framställning av betongbeståndsdelarna står cementtillverkningen för sett ur ett livscykelperspektiv. Produktionen av cement är mycket energikrävande. Förbrukningen vid tillverkningen uppgår till kwh/ton. Vid framställning av cement används gamla bildäck och andra restprodukter som bränns i cementugnarna enligt BidCon miljödatabas. Cementugnar ska ha en hög och stabil temperatur, vilket gör att energirikt avfall såsom bildäck lämpar sig väldigt bra. När cement produceras sker det i en dammig och bullrig miljö och en del beståndsdelar är starkt allergiframkallande. Framställningen av cement medför också stora mängder utsläpp av miljöförstörande ämnen såsom svaveldioxider, kväveoxider samt koldioxid. Dessa påverkar miljön genom försurning, övergödning och en ökad växthuseffekt. Inom den svenska industrin står cementtillverkning för två procent av utsläppen av koldioxid. För att minska koldioxidutsläppen försöker man byta ut fossila bränslen vid upphettning av kalk mot alternativa bränslen, och man har även investerat pengar för at minska svaveldioxiderna och kväveoxiderna. En annan beståndsdel i betong är ballasten, som oftast utgörs av natursten och på många håll börjar den bli en bristvara, speciellt invid storstäderna. Som tidigare nämnts blandas betong till större byggen på fabriker och transporterna till byggplatsen är ofta tunga och relativt korta beroende på avståndet till närmaste betongfabrik. Det finns uppemot 200 betongfabriker i landet, så det finns oftast en fabrik i närheten. Jämför man med färdiga betongelement, som bara tillverkas på ett fåtal ställen i landet, så måste dessa nästan alltid transporteras längre. Detta ger en större miljöpåverkan om man ser till koldioxidutsläppet. I vissa fall används tillsatsmedel i betong för att ändra dess egenskaper. Det kan till exempel vara superflytmedel som gör att betongen inte behöver vibreras, vilket i sin tur leder till att vibrationsskadorna på arbetarna minskar. När ett hus uppbyggt av betong rivs kan betongen återvinnas till betongpannor, som används istället för tegelpannor på tak, rör, element eller betongsten. Återanvändning sker också i form av krossning till fyllnadsmaterial till exempelvis vägar eller malning till ny cement som görs till ny betong. (BidCon, 2008b) 21

26 Fig. 13: Bilden visar betongens kretslopp från de olika delarna till färdig produkt (Betongvaruindustrin, 2008h) NCC köper in de prefabricerade elementen från Tyskland på grund av att kostnaden blir betydligt lägre jämfört med att köpa från företag i Sverige. Utsläppen från dessa leveranser medför en ökad belastning och sett ur miljösynpunkt är detta inget bra val. Om man ser till arbetsmiljön på byggarbetsplatsen kan arbetsskador som vibreringsskador på personal vid bearbetning av betongmassan uppkomma. Damm från betong kan även irritera huden, ge allvarligare ögonskador och kan vara farligt vid inandning. (BidCon, 2008b) Dessa problem kan man flytta från byggarbetsplatsen till en fabrik där arbetsmiljön kan kontrolleras på ett bättre sätt genom att välja en prefabricerad stomme, även om man inte helt kan undvika dem. 22

27 2.2.5 Dimensionering Den platsgjutna betongstommen kommer att bestå av runda och fyrkantiga envåningspelare i olika dimensioner. Balkarna som kommer att bäras upp av pelarna kommer att utföras rektangulära. Pelarna kommer att armeras för att inte knäckas, det vill säga de kommer att armeras uppifrån och ner, se figur 13. Balkarna armeras i underkant för att motverka att det uppstår sprickbildning där dragspänningar verkar. Prefabricerade element är tvungna att kontrolleras så att de håller för lyft. Fig.14: Figur till vänster: Snitt på en balk med dragarmering och byglar som även motverkar tvärkrafter i balken. Figur till höger: Snitt av en pelare med längsgående armering som runda ringar samt byglar som håller fast armeringen. 23

28 3. Resultat och jämförelse Vårt projekt går ut på att jämföra olika stomkonstruktioner för att sedan välja den lämpligaste med hänsyn till tid och ekonomi. Miljön har en viss inverkan på beslutet men har ingen avgörande betydelse. Detta beror på att den ekonomiska biten och tiden är de viktigaste faktorerna för ett byggföretag. En kalkyl har upprättats för kostnaderna vid byggnation av en stålstomme och en platsgjuten stomme. Se bilaga 4 och 5 Kalkyl. I kalkylen har det inte gjorts några påslag för arbetsledning och maskiner (arbetsplatsomkostnader). 3.1 Tid Det som kan konstateras om man endast ser till den tiden det tar att bygga de olika alternativen av stommarna är att den platsbyggda stommen bör ta längst tid. Detta beror på att många fler moment måste genomföras på plats. Arbeten så som formning, armering och avformning undkommer man om man istället skulle välja en stålstomme eller en prefabricerad betongstomme. Uttorkningstiden måste även tas med i beräkningen vilket till exempel betyder att stomkomplettering så som isolering av väggar inte bör göras förrän betongen har nått en viss grad av uttorkning. Vidare kan man konstatera att stålstommen kräver stomkomplettering i form av utfackningsväggar vilket även det kräver en del arbete på plats. Om man förutsätter att logistiken är väl samordnad så att just in time principen kan upprätthållas har den prefabricerade stommen en klar fördel på denna punkt. Ju snabbare entreprenaden uppförs, desto tidigare kan byggföretaget få betalt. Även räntekostnaderna för eventuella lån minskar om byggtiden minimeras. En stålstomme och en prefabricerad betongstomme är dock relativt störningskänsligt, dels på grund av att logistiken kräver en omfattande samordning och att delarna tillverkas på fabrik vilket ställer höga krav på bygghandlingar. 3.2 Ekonomi På grund av att arbetsplatsomkostnaderna, APO, skiljer sig för de olika byggmetoderna kan man inte jämföra de direkta kostnaderna för material och arbete med varandra. För en platsbyggd stomme är arbetsplatsomkostnaderna större, bland annat beroende på att det krävs större materialupplag. Enligt NCC ligger arbetsplatsomkostnaderna för en platsbyggd stomme runt 20 % medan siffran endast är ca 6 % för en prefabricerad stomme. (Intervju, Bo Rom, Thomas Boman, NCC, ) 24

29 Tabell 1 visar respektive stommes ungefärliga kostnader för arbete, material och underentreprenader, UE, samt arbetsplatsomkostnader. Här kan man se att platsgjuten betong är det billigaste valet medan en stålstomme genererar de högsta kostnaderna. Tabell 1: De ungefärliga kostnaderna och merkostnaden jämfört med den billigaste stommen. Här kan man även se att platsgjuten betong är det billigaste valet. 3.3 Miljö Prefab-elementens stora nackdel är att de i detta fall tillverkas i Tyskland och kräver därför långa, tunga transporter. Platsbyggande har på den här punkten en fördel beroende på att betongfabriker finns mer lokalt placerade vilket skulle resultera i betydligt kortare transporter. Om man ser till miljöeffekterna vid tillverkningen och användning av respektive material kan det konstateras att användandet av betong är ett mer hållbart val än stål beroende på lägre energiförbrukning vid tillverkning och den stora värmetrögheten i betongen som gör att energiförbrukningen i byggnaden minskar. När det gäller arbetsmiljön på byggarbetsplatsen kräver både stål och platsgjuten betong mer bearbetning på plats jämfört med prefabricerad betong, vilket i sin tur innebär större risk för olyckor och belastningsskador. 25

30 4. Diskussion Kostnaden för byggnadsmaterialet på varje stomval har baserats på NCCs priser och den teoretiska mängd som ligger till grund för kostnaderna har tagits fram från konstruktionsritningar. Prisuppgiften för de prefabricerade elementen har NCC endast fått som en sammanslagen post i kalkylen där det inte framgår priserna för de enskilda typerna. Vi har i samråd med NCC gjort en uppskattning på kostnaden för pelarna och balkarna och de snedställda väggarna på plan ett. Kraven på byggnadens låga energiförbrukning är inte något som talar för att stål skulle vara det mest lämpliga valet. En byggnad konstruerad med en stålstomme har en mycket sämre förmåga att lagra värme än en byggnad av betong. Man brukar säga att en tung byggnad har en större värmetröghet vilket skapar förutsättningar för en lägre och jämnare energiförbrukning. Energiförbrukningen vid tillverkning av en byggnad står bara för en liten del av den totala energiförbrukningen om man ser till hela byggnadens livslängd. När man använder sig av platsgjuten betong till ett så stort bygge som detta är det mycket som kan gå snett. Väderförhållandena spelar roll, det vill säga att det är svårt att gjuta när det regnar och när det är allt för varmt, för då härdar betongen dåligt. Vid gjutningen måste flera formar vara färdiga för att allt gå ska gå så smidigt som möjligt och man inte ska förlora tid. Platsbyggande kräver även stora resurser i form av yrkesarbetare och arbetsledning samt samordningen av dessa. Eftersom det är väldigt många arbetsmoment som är inblandade vid platsbyggande med betong betyder det även att fler moment är kritiska. Ett kritiskt moment är en aktivitet som är tvungen att utföras inom tidsplanen, annars är risken stor att byggtiden förlängs. Vid produktion av prefabricerade element kan man undvika de flesta problem som väder orsakar vid användning av platsgjuten betong. All produktion sker inomhus i fabriker och förutom att problem på grund av väderförhållanden minimeras så minskas även olycksrisken. Prefabricerat byggande har dock nackdelen att det är mycket störningskänsligt på grund av att det förlitar sig helt på att logistiken fungerar utan några förseningar. Skolan i Hagfors är alltså beroende av punktliga leveranser från prefabföretaget i Tyskland och när leveranserna sker på så stora avstånd är riskerna betydligt större för förseningar. Sett ur miljösynpunkt är leveranser från Tyskland en belastning för miljön och är inte att föredra. Men på grund av de 26

31 vinster som ett väl fungerande prefabbygge kan medföra överväger den ekonomiska vinsten belastningen som leveranserna har på miljön. Om leveranserna skett från ett företag i Sverige hade belastning på miljön minskat betydligt och prefabricerat hade varit ett starkare alternativ. Dock kan leveranstiderna på prefabricerat vara upp till ett år i Sverige och priset är mycket högre än utomlands. Beräkningarna som har utförts är gjorda endast i brottgränstillstånd. Det vill säga att ingen hänsyn har tagits till nedböjningar (bruksgränstillstånd). Skulle detta ha gjorts är det sannolikt att det skulle krävas större dimensioner på stålstommen och mer armering i den platsgjutna betongstommen. Detta skulle även betyda att kostnaderna för en stomme av platsbyggd betong eller stål skulle öka ytterligare och i så fall är prefabricerat byggande ett ännu bättre val. 27

32 5. Slutsats Användning av prefabricerade element till stommen ger en kortare byggtid och har ett lägre behov av resurser i form av arbetare, vilket även innebär enklare samordning. Dock kräver denna större noggrannhet i planering och en mycket väl fungerande logistik. Förseningar i leveranser medför att hela bygget blir stillastående och kostnaderna ökar. Eftersom NCC själva monterar den prefabricerade stommen minskar även risken för problem eller tvister som kan uppstå med underentreprenörer. Den platsbyggda betongstommen ger enligt vår modell en mindre kostnad jämfört med den prefabricerade betongstommen men den snabbare monteringen gör att det blir stora vinster i form av tid. Detta betyder även att administrations- och räntekostnader minskar samt att en tidigare inflyttning ger tidigare intäkter för NCC. 28

33 6. Tackord Vi vill tacka NCC för att vi har fått chansen att göra vårt examensarbete på uppdrag av dem. Vi vill också tacka våra externa handledare Bo Rom och Thomas Boman på NCC för all hjälp vi har fått. Till sist vill vi också tacka Carina Rehnström, vår handledare på universitetet. 29

34 Referenslista Litteratur BidCon (2008a): Uppslagsbok miljö, sökord stål ( ) BidCon (2008b): Uppslagsbok miljö, sökord betong ( ) Burström P G (2001a): Byggnadsmaterial sid.10. Studentlitteratur, Lund. Burström P G (2001b): Byggnadsmaterial sid Studentlitteratur, Lund. Johannesson P, Vretblad B (2005): Byggformler och tabeller, Liber, Malmö. Petersson B-Å (2004): Tillämpad byggnadsfysik sid. 40. Studentlitteratur, Lund. Internet Betongbanken (2008b): hämtat från < Betongvaror (2008): hämtat från < Betongvaruindustrin (2008a): hämtat från < Betongvaruindustrin (2008b): hämtat från < Betongvaruindustrin (2008e): hämtat från < Betongvaruindustrin (2008f): hämtat från < 30

35 Jernkontoret (2008): hämtat från < (MDH, 2008) kompendium Betong hämtat från < Stålbyggnadsinstitutet (2008a): hämtat från < Stålbyggnadsinstitutet (2008b): hämtat från < Stålbyggnadsinstitutet (2008c): hämtat från < Stålbyggnadsinstitutet (2008d): hämtat från < Stålbyggnadsinstitutet (2008e): hämtat från < Jernkontoret%20(2001).pdf> Svenska Byggbranschens Utvecklingsfond (2008): hämtat från < Svenska Fabriksbetongföreningen (2008a): hämtat från < Svenska Fabriksbetongföreningen (2008b): hämtat från < Svensk byggtjänst (2008): Hämtat från < 31

36 Muntliga källor Boman, Thomas entreprenadingenjör NCC Dahlkvist, Bengt konstruktör WSP Rom, Bo entreprenadchef NCC Bilder Betongbanken, (2008a): hämtat från < Betongbanken (2008c): hämtat från < Betongvaruindustrin (2008c, 2008d): hämtat från < Betongvaruindustrin (2008g): hämtat från < Betongvaruindustrin (2008h): hämtat från < LLP Arkitektkontor (2008): hämtat från < Scandinavian WeldTech (2008a): hämtat från < Scandinavian WeldTech (2008b): hämtat från < Skanska (2008), hämtat från < 32