Stabilisering av byggnader och takkonstruktioner i tra, 7,5 hp

Transkript

1 Kurs-PM Stabilisering av byggnader och takkonstruktioner i tra, 7,5 hp EN KURS INOM EXPERTKOMPETENS FÖR HÅLLBART TRÄBYGGANDE Skrivet av: Johan Vessby Termin: Hösten 2017 Kurskod: 4BY108

2 Introduktion Syftet med kursen är att ge studenterna fördjupade kunskaper inom området bärande träkonstruktioner med särskilt fokus på instabilitetsfenomen i olika delar av den lastbärande stommen. På senare år har det vid ett flertal tillfällen förekommit att delar eller hela konstruktioner har kollapsat. En av anledningarna till kollapserna är höga lastnivåer orsakade av betydande snömängder i vissa fall kombinerat med vind. Trots att lasterna kan vara höga är det inte ovanligt att de ligger under de normvärden som fås genom dimensioneringsstandarder. En viktig förklaring till kollapserna är stabilitetsproblem i enskilda element eller i sammansatta konstruktionsdelar. Takkonstruktioner med långa spännvidder är vanliga bland de konstruktioner som kollapsar. De tryckande normalkrafterna är ofta stora och i vissa fall är det sidostabiliserande systemet utformat på ett bristfälligt sätt med för låg styvhet och/eller hållfasthet. I denna kurs behandlas stabilitet i enskilda element, sammansatta konstruktionsdelar och för hela byggnader. Kursen är uppdelad i tre moduler. Var och en av dessa tre moduler omfattar 2,5 högskolepoäng (hp). En hp motsvarar ca 3 dagars heltidsstudier inklusive självstudier. Kursen ges på kvartsfart, dvs. den är förlagd över större delar av höstterminen 2017 med start i september och slut i december. Kursupplägg Kursen är uppdelad i tre moduler, var och en av omfattningen 2,5 hp. För att gå vidare från en modul till nästa krävs i denna kurs att man avslutat föregående kursmodul eller att den studerande kan visa sådan dokumentation avseende kunskap och erfarenhet att kursansvarig kan medge undantag. Modul 1 omfattar främst självstudier med hjälp av föreläsningar i sal, filmade föreläsningar och handledning från lärare. I Modul 2 genomförs ett större projektarbete i mindre grupper. Modul 3 innefattar studiebesök på en arbetsplats och laborationer på universitetet i Växjö. I var och en av de tre modulerna träffas studenterna fysiskt vid ett eller två tillfällen. Redan innan kursstart förväntas studenterna ha kunskap motsvarande innehållet i boken Dimensionering av träkonstruktioner (P. Bergkvist ed.). Boken finns att beställa via Svenskt trä inom bransch- och arbetsgivareorganisationen Skogsindustrierna. Modul 1 Den första modulen omfattar föreläsningar och övningar som behandlar olika aspekter av stabilitet, inriktad så väl på den teoretiska bakgrunden som på den praktiska tillämpningen i dimensioneringssammanhang. Den studerande får här i detalj gå igenom första och andra ordningens teori vid pelarknäckning och de olika moment som anges för dimensionering av tryckta element i Eurokod och handböcker inom området. Utöver det analyseras instabilitetsfenomen också på systemnivå. Det kan vara mycket besvärligt att få en uppfattning om hur knäckningslängder varierar om randvillkoren i de tryckta elementen skiljer sig från standardfallen. En metodik att hantera denna typ av fenomen som bygger på numerisk analys visas inom denna modul. Modulen är upplagd med inspelade föreläsningar som kan nås via internet och räkneövningar som löses på egen hand. Ett individuellt projektarbete skickas in till kursansvarig för bedömning och utgör en del av examinationen. Mer information kring detta ges senast i samband med kursstart. Uppskattad tidsåtgång för det individuella arbetet är 10 timmar. Till detta ska läggas tid för arbete med övningsuppgifter som ansluter till föreläsningar. 2 (8)

3 Modul 2 I den andra modulen genomförs ett större projektarbete där studenterna i mindre grupper om två till tre studenter ska arbeta med konstruktionsuppgifter där instabilitet riskerar att uppstå. Syftet med projektet är att praktisera de nyvunna kunskaperna/metoderna i ett verklighetstroget fall. Projektuppgiften kan handla om instabilitet i enskilda bärande element eller totalstabilitet i större konstruktionsdelar som exempelvis takkonstruktioner. Projektidén bör i första hand hämtas från studentens hemmiljö och väljas i samråd med lärare. Finns inte en sådan projektidé kan ett lämpligt alternativt projekt väljas i samråd med kursansvarig. Projektet skall redovisas i form av en skriven rapport där skisser, beräkningar och ritningar finns med som delar av rapporten. Omfattningen av projektet ska motsvara en tidsåtgång av ca 5 dagar heltidsarbete. Projektet rapporteras i en skriven rapport som sänds till kursansvarig för bedömning och utgör en del av examinationen. Projektet presenteras också muntligt för övriga studenter under ett seminarium. Modul 3 Den tredje modulen omfattar två delar, studiebesök och laborationer. Under studiebesöken kommer åtminstone fyra större arenabyggen att besökas. Studenterna skall i grupper om två till tre personer dokumentera stabilitetsaspekter vid ett av de besökta objekten i rapportform. Rapportens upplägg och inriktning bestäms i samråd med läraren och behandlar i första hand stabilitetsfrågor som berör hela eller delar av den bärande stommen i ett av de objekt som besökts. Del två av modul 3 omfattar två dagar vid Linnéuniversitetet. Under dessa dagar genomförs experimentella försök i labbet och/eller genom inspelat material och tillhörande analyser av de planerade experimenten. Planen är att prova en träpelare med och utan avstyvning i veka riktningen till knäckning och en balk belastad i två olika lastfall (varierande randvillkor) så att vippning uppstår. De experimentella försöken som behandlar balken ska rapporteras i en labrapport där studenterna ska redogöra för experimentet och genomföra dimensionering av motsvarande balkar enligt den gällande dimensioneringsnormen Eurokod. Rapporten skickas till kursansvarig för bedömning och utgör en del av examinationen. Lärandemål Efter genomgången kurs skall studenten: ha kunskap om verkningssättet hos tryckbelastade träbaserade konstruktionselement ha kunskap om stabilisering av hela träkonstruktioner så väl som delar av träkonstruktioner som exempelvis takstolar och system av takstolar ha förmåga att dimensionera träkonstruktioner inklusive stabilisering av dessa ha en uppfattning om den senaste utvecklingen inom området stabilisering inom sitt eget yrkesområde kunna tillämpa, fördjupa och delge de kompetenser som förvärvats. Kursinnehåll Kursen innehåller: stabilisering av träkonstruktioner i allmänhet, principer för totalstabilisering av takkonstruktioner, bakgrunden till konstruktionsnormerna och lastberäkningar, användning av trä som konstruktionsmaterial; inverkan av hållfasthetsklass, klimat och lastvaraktighet, dimensionering av träelement utsatta för tryck men också drag eller böjning, dimensionering av och verkningssätt i mekaniska träförband, 3 (8)

4 introduktion till dimensionering i bruksgränstillstånd. Förkunskapskrav För att vara behörig krävs examen på grundnivå i ämnet byggteknik eller motsvarande. Den tidigare utbildningen ska innehålla en grundläggande kurs i byggnadsmekanik och minst en grundläggande kurs i konstruktionsteknik eller motsvarande. Sökande som inte uppfyller dessa formella krav men kan visa att de har motsvarande förkunskaper exempelvis genom arbete som konstruktörer kan söka kursen och valideras som behöriga. Kurslitteratur Obligatorisk litteratur Kompendiematerial tillhandahållet av Institutionen för Byggteknik vid Linnéuniversitetet inklusive övningsuppgifter. Crocetti, Roberto (ed.) (2013). Limträhandboken, Stockholm: Svenskt Trä Källsner, Bo och Girhammar, Ulf Arne (2008) Horisontalstabilisering av träregelstommar, SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut. Referenslitteratur Bergkvist, Per (ed.) (utgåva 2:2016). Dimensionering av träkonstruktioner. Stockholm: Skogsindustrierna. S. Heyden, O. Dahlblom, A. Olsson, G. Sandberg (2011) Introduktion till strukturmekaniken Stabilisering genom skivverkan (2012). Stålbyggnadsinstitutet. EN 1990: Eurokod Grundläggande dimensioneringsregler för bärverk EN : Laster på bärverk Del 1-1: Allmänna laster Tunghet, egentyngd, nyttig last för byggnader EN : Laster på bärverk Del 1-3: Allmänna laster Snölast EN : Laster på bärverk Del 1-4: Allmänna laster Vindlast EN : Eurokod 5: Dimensionering av träkonstruktioner Del 1-1. Allmänt Gemensamma regler och regler för byggnader Lärare Examinator och kursansvarig Johan Vessby () johan.vessby@lnu.se Övriga lärare Bo Källsner (BK) Sigurdur Ormarsson (SO) Marie Johansson (MJ) Bertil Enqvist (BE) Linnéuniversitetet Linnéuniversitetet Linnéuniversitetet Linnéuniversitetet Examination Var och en av de tre modulerna i kursen ger 2,5 hp då examinationen är godkänd. I kursen examineras var och en av de tre modulerna för sig. Modul 1 examineras på de hemuppgifter som inlämnas till läraren i form av en sammanställd rapport. Modul 2 examineras genom den skriftliga projektrapporten och modul 3 examineras genom deltagande i studiebesök och laborationer samt på den skriftliga rapporteringen från dessa. 4 (8)

5 Schema Justeringar av schemat kan förekomma, bland annat beroende på antalet studenter som antas till kursen. Datum Föreläsning Kommentar Lärare Modul 1 - Föreläsningsserie Torsdag 21/9 Kursintroduktion, upprop och presentation av var och en av studenterna. Presentation av kurser inom Expertkompetens för hållbart träbyggande. Presentation av kursen, bland annat info kring det enskilda arbetet som planeras i modul 2. Introduktion till instabilitet. Stabilitet i enskilda element som utsätts för normalkraftsbelastning. Stabilitet i enskilda element, normalkraftsbelastning och excentrisk last. Initialkrokighet. Approximativa beräkningar enligt andra ordningens teori. Metod för beräkning av kapaciteten hos tryckta och sidobelastade pelare enligt EC5. Knäckning och vippning. Paus Analys av stabilitet i enskilda element med FEM (Effekter av eftergivliga inspänningar, knäcklängder, påverkan av fuktkvotsvariation etc.) Kap 12 o 13 Introduktion till strukturmekaniken. Kap 12 o 13 Introduktion till strukturmekaniken. Structural timber design Design of timber structures EC5 Structural timber design EC5 Abaqus Fredag 22/ Analys av tryckta och sidostagade enskilda element. Stabilitet i sammansatta element och strukturer (stabilitet i överramens plan) Structural timber design Limträhandboken Eget material Principer för stabilisering av takkonstruktioner Limträhandboken BK BK 5 (8)

6 (stabilisering i underramen och i andra stävor) Eget material - Analys av stabilitet i sammansatta element och strukturer med FEM Structural timber design EC5 Abaqus Fredagen 6/10 Uppgifter läggs på Mymoodle för nedladdning. De skall lösas individuellt och sedan skickas till kursansvarig för bedömning. Måndag 9/10 Enskilt arbete kring Modul 1 mailas till kursansvarig för bedömning. Presentation av förslag till projektarbete i mindre grupper mailas till kursansvarig. Torsdag 12/ Sammanfattning av föreläsningsserien, Exempelräkning och diskussion Genomgång av och information kring det enskilda arbetet Exempel på utformning och dimensionering av stabiliserande system Skivverkan i bjälklag och väggar, plastisk dimensionering, del 1 Eget material Horisontalstabilisering av träregelstommar Modul 2 - Projektarbete Fredag 13/ Skivverkan i bjälklag och väggar, del 2 Horisontalstabilisering av träregelstommar Studenterna presenterar förslag till projektarbete under ca 15 ALLA 6 (8)

7 minuter - Diskussion i små grupper om projektarbetet och hur det ska genomföras ALLA Handledare tilldelas respektive projektgrupp och överenskommelse fattas kring hur arbetet ska genomföras. Lördag 4/11 Slutversionen av projektarbetet skickas till kursansvarig Modul 3 - Studiebesök och laborationer Torsdag 9/ Presentation av och diskussion kring projektarbeten från modul 2 Studiebesök, Arenastaden (Fortnox, Telekonsult, Tipshallen och Myresjöhus arena), Tennishallen vid Södra skogsägarna ALLA +fler Fredag 10/ Pelarknäckning Inspelad film kompletterat med lastförskjutningssamband på stål. Beräkna kapacitet med och utan andra ordningens teori Räkneexempel Abaqusfil/filer som kan användas för att räkna på experiment intro till cae och presentation av Genomgång av uppgifter inför sista träffen Studenterna kan köra bucklingsanalys och andra ordningens analys för centrisk och excentrisk belastning Ev. tillgång till Abaqus för att köra några simuleringar. fixar PM och skript som kan användas för 7 (8)

8 att räkna på vippning av aktuell balk. Torsdag 30/ Räkneexempel Abaqusfil som kan användas för att räkna på experiment Laboration Vippning av böjbelastad balk Laboration Vippning av böjbelastad balk med sidostöd förbereder uppgifter kopplade till labben. förbereder uppgifter kopplade till labben. Fredag 1/ Räkneexempel Abaqusfil som kan användas för att räkna på experiment Böjning med samtidig normalkraft och med avstagningar med varierande styvhet Sammanfattning av kurs och kursvärdering Nödvändig styvhet för att precis uppfylla knäckning som S (mod 2) istället för knäckning som C (mod 1). Schemat för de fysiska träffarna och bokade lokaler kan nås från timeedit.net, sök på kursnamn (Stabilisering av byggnader och takkonstruktioner i trä) eller kurskod (4BY108) Eventuellt kan denna länk användas: - 8 (8)