Torget labb

Torget labb

Under hösten 2018 lanserade vi Torget Labb, en plats för oss att driva utvecklingsprojekt och skapa kreativa lösningar för en hållbar utveckling inom arkitektur, planering och byggnation. Med lång erfarenhet av arkitektur , plan- och byggprocessen kan vi med hjälp av samarbetspartners tillsammans arbeta mot nya klimatsmarta möjligheter.

Med bas i Uppsala och närhet till forskning och samarbetspartners inom byggbranschen har vi skapat en mötesplats där bärkraftiga idéer uppstår, designas och realiseras.

 

Vårt första projekt rör innovation inom massivträbyggandet.
Fördelarna ur klimat- och miljösynpunkt för att bygga i trä är uppenbara och väl kända Träbyggnation blir allt vanligare men andelen nybyggda flervånings bostadshus i trä är runt 13%, främst modulhus och andelen massivträhus för bostäder är runt 2%. Det innebär att i vårt skogrika land domineras fortfarande nybyggnation av flervånings bostadshus av betong.

 

Utvecklingsprojekt med stöd av Boverket

Under 2019 har Torget Arkitekter tillsammans med Bjerking och Dala Massivträ bedrivit ett utvecklingsprojekt med stöd från Boverket. Vi har utvecklat en prototyp till ett samverkansbjälklag med fokus på flervånings massivträhus. Målsättningen var att utveckla ett bjälklag som skulle passa i det öppna byggsystemet för massivträ och bli så ekonomiskt gynnsamt att använda så att betydligt fler väljer att bygga massivträhus och därigenom öka massivträbyggandet.
Klimat- och miljönyttan för detta skulle bli påtaglig – att bygga i trä ger 40% lägre så CO2 utsläpp per motsvarande enhet sett över hela livscykeln jämfört med betong enligt studier från IVL Svenska Miljöinstitutet i samarbete med Sveriges Byggindustrier, En studie från Linköpings Högskola i samarbete med Tyréns visar att kollagringen som uppstår i hus med trästomme kompenserar för mellan 60 och 100 procent av den belastning som tillverkningen av trähussystemen medför
Protypen har genomgått tester med mycket goda resultat – med några smärre justeringar kan nu ett fullskaligt flerbostadshus i minst fyra våningar med vårt samverkanbjälklag byggas.

 

De största fördelarna med vår utvecklade prototyp till samverkansbjälklag är:
Kompaktare – tvärsnitt 367 mm inklusive golvbeläggning i längder upp till 7 m
Ökad prefabriceringsgrad – förtillverkat betong/trä samverkansbjälklag
Enklare på byggplatsen – komplettering med enbart torra skikt på ovansidan.
Bättre ur miljöperspektiv – minskat CO2 avtryck – trä dominerar över betong
BBR´s regelverk uppfylls – vi klarar ljudklass B

Dagens träbjälklag

Trä är ett mycket lätt byggnadsmaterial med en fjärdedel av betongens vikt per volymenhet. Materialets tyngd har betydelse när man bygger, då bra ljudisolering är svårare att uppnå med lättare material. På grund av detta så är det ofta komplicerat att uppfylla ljudkrav i träbyggnader. Det vanligaste sättet att komma runt detta problem är att man använder ett tvådelat bjälklag, dubbla element som inte är anslutna till varandra eller de bärande väggarna. Problemet då är att dessa bjälklag blir tjocka, ofta 500mm eller mer. I många träbjälklag används även andra flytande material som cement och flytspackel. När dessa material ska gjutas måste alla håligheter tätas. Att behöva transportera och hantera dessa våta material på byggnadsplatsen strider mot hela grundidén om att använda trä som det enkla, snabba och torra byggnadsmaterialet. Slutsatsen är att befintliga träbjälklag har stora kostnadsproblem som branschen löser genom att välja billigare betongbjälklag.

Alternativet är HDF (hålbetongbjälklag), som lättare uppnår akustik- och brandkrav. Här blir problemet istället att betongen inte är lika hållbar i miljöaspekt som trä.

Trä som byggnadsmaterial

Trä är ett smart material som naturen själv tillverkar på löpande band med hjälp av koldioxid, vatten och sol. Dessutom har det stora miljöfördelar jämfört med de flesta andra material. Inte minst är trä det enda förnyelsebara byggnadsmaterialet, men utöver det binds koldioxid medan träet växer och under byggandens livstid fortsätter det att binda koldioxid.

Limträ är uppbyggt av konstruktionsvirke som fingerskarvats för få längre spännvidder. Längderna limmas samman som lameller till önskad dimension.
Massivträskivor består av korsvis staplade brädor som limmas ihop under högt tryck till stora massiva träelement. Andra namn som används för produkten är massivt träelement, CLT (Cross Laminated Timber), eller KL-trä (korslimmat trä).

När man korslimmar brädorna begränsas svällning och krympning till ett minimum vilket betyder att träet uppnår en bra dimensionsstabilitet. Dessutom förbättras den statiska styrkan avsevärt.

Träbyggnadsteknik

Det finns tre olika tekniker för att bygga hus i trä. Det första är pelar-balksystem, det andra är planelement och det tredje är volymelement.

De två sistnämnda teknikerna innebär att man bygger i fabrik och kallas för industriellt byggande och kategoriseras i öppna eller slutna system. Gemensamt för de båda systemen är att de tillverkas på fabrik i en kontrollerad process och gynnsam miljö.

Planelement är ett öppet system och består av separata element med bjälklag, innerväggar, ytterväggar. Volymelement är ett slutet system och består av moduler som kan utgöra ett helt rum. En av styrkorna med att bygga med planelement är att man har större flexibilitet generellt och särskilt med avseende på öppna planlösningar och stora spännvidder.

En fördel med volymelement är att de är självbärande färdiga volymer av ett eller flera rum med väggar golv och tak. Installationer för el, tele, data och VVS är vanligen monterade och olika volymelement sätts snabbt ihop på byggarbetsplatsen till en enhet.

En nackdel med volymelement är att man blir begränsad av transportbredden, en annan är att man generellt blir begränsad vid utformningen särskilt vad gäller planlösningar och större rumsenheter.

Brand

Trä är ett material som är antändligt, vilket historiskt har varit ett stort problem med träbyggnader. Men trä klarar eld bättre än vad man förväntar sig då trä som brinner bildar ett kollager som isolerar och minskar värmeöverföring till det oförkolnade träet under. Sedan 1994 finns det inga regler som begränsar höjden på ett hus som byggs i trä då man införde byggnadstekniska funktionskrav i stället för materialbegränsningar. Material och konstruktioner kan väljas fritt så länge byggnaden uppfyller ställda funktionskrav. Man kan även använda sig av tekniska lösningar såsom sprinklers och brandskyddande behandling av träet för att höja dess brandtekniska egenskaper. Den högsta möjliga brandklassen som trä kan uppnå är B-s1,d0 och den kan uppnås detta vis.

Akustik

De ljudnivåer som är tillåtna i bostäder och lokaler regleras med hänvisning till ljudklassningsstandarder enligt ”Svensk Standard”, SIS fyra ljudklasser: A, B, C och D. Klass C är den miniminivå som uppfyller Boverkets föreskrifter. Det är inte ovanligt att man idag eftersträvar ljudklass B vid bostadsbyggande.

Trä (furu) har en densitet på ca 500kg/m3, detta innebär att trä är ett mycket lätt byggnadsmaterial för stommar i jämförelse med betong som har en densitet på ca 2200kg/m3. Därför benämns ofta träkonstruktioner för ”lätta” konstruktioner i akustiska sammanhang. Tyngden på materialet har stor betydelse för ljudisoleringen vilket medför att det blir mer komplicerat att uppfylla höga ljudkrav i träbyggnader. För att klara ljudkraven används ett tvådelat bjälklag, dubbla element som inte är direkt anslutna till varandra eller de bärande väggarna. Det ger hög luftljuds- och stegljudsileringisolering. Rekommendationen är att montera undertaket fjäderupphängt. Det är också vanligt att man ökar tyngden med material som betongplattor, grus, cement och flytspackel i träbjälklagen. God stegljudsisolering är det som är svårast att åstadkomma. För att minska flanktransmissionen (när ljud sprider sig via anslutningar till väggar) använder man spärrar av elastiska material och även icke-elastiska spärrar i stål. Tunga material specifikt i skarvar och anslutningar hindrar också flanktransmission. Även om det går att räkna fram värden från de enskilda elementen så har samspelet mellan dem stor effekt på ljudisoleringen.

Tillvägagångssätt

Utvecklingsprocess

Vi har under en serie på sju workshops under våren och hösten 2019 studerat och utvärderat olika typer av lösningar och exempel från forsknings och utvecklingsarbete som finns framtagna.

 

Våra mål var att:

  • Minska bjälklagets tjocklek till under 400 mm
  • Öka prefabriceringsgraden – mer rationellt bygge på plats
  • Samtliga krav enligt PBL och BBR ska uppfyllas – brand och akustik – vi strävar mot att uppnå ljudklass B
  • Uppnå god hållfastighet som medger spännvidder på över 6 meter – uppåt 7 meter.
  • Undvika våta material cement/betong/flytspackel på byggplatsen

 

Vi har utgått från ett träbjälklag som för ett i ett flerbostadshus i Uppsala 2018 med en total tjocklek på 536 mm inklusive övergolv.

Ritning på massivträbjälklag som vi jämför med.

Exempel på samverkansbjälklag som vi utgått från.

Vårat bjälklag består i grundutförandet av ett massivt träbjälklag med en betongpågjutning. För att förbättra ljudisoleringen hos bjälklaget krävs en uppbyggd flytande golvkonstruktion.

 

Produktion på fabrik och byggbarhet på plats värderades kontinuerligt hos Dala Massivträ och genom diskussioner med byggentreprenören ”JSB” som har erfarenhet från olika typer av byggsystem – betong såväl som trä.

 

Akustikkonsult på Bjerkings gjorde en första utvärdering av våra alternativa bjälklagstyper.

 

Målet för bjälklaget är att uppnå ljudklass B avseende luft- och stegljudsisolering. För bostäder innebär detta följande funktionskrav:

Luftljudsisolering:   DnT,w,50 = 56 dB.

Stegljudsnivå:           LnT,w,50 = 52 dB.

Med delade bjälklag ovan lägenhetsskiljande väggar uppfylls ljudklass B utan gips.

 

Byggentreprenören betonade att man helst vill minska användandet av våta material som cement, betong och flytspackel på byggplatsen. Olika öppningar som schakt, håltagningar för rör, skarvar måste tätas och bevakas för att slippa genomrinning.

 

De samverkansbjälklag som kvar i vår sista utvärderingsrunda hade betongen underst – vilket innebär att KL träet helt skulle byggas in och därmed förloras träkänslan. Genom att vända på detta så att betongskiktet läggs på KL-träskivan kommer undersidan som är det synliga taket att vara i trä. Eftersom vi valde en 5-skits KL-skiva på 140 mm med yttersta skikt om 40 mm klarar bjälklaget brandklass REI-60. För att klara flammotstånd måste taket målas med flamskyddsfärg. Här kan man välja olika pigmentering beroende på vilket utseende man vill ha.

Typhuset

En hustyp har ritats för två olika fastigheter, en i Uppsala och en i Gävle – vilken det blir är en senare fråga.

Lamellhus tre- fyrspännare har en tjocklek på 14,5 meter. Hustypen tillhör byggnadsklass Br1 samt har fyra till fem våningar ovan mark. Bjälklaget skall utformas med brandavskiljande förmåga ”REI-60”. Ritningarna visar entré, normalplan samt där bjälklagselementen lagts in.

Entréplan respektive normalplan.

Planritning visar bjälklagselement markerade i rött.

Prototyp

Efter en sista utvärdering fick samverkandesbjälklaget följande uppbyggnad.

Tillverkningsritningar utfördes av Bjerking och Dala Massivträ tillverkade två protyper – ”provkroppar”.

 

Prototypen utformades för det framtagna typhuset, det vill säga i full skala.

Tillverkning av prototyp på fabrik – träform på KL-trä, armering i stål, fyllning av betong.

Böjprovning

Provbjälklaget riggades i en hydraulpress som var bestyckad med lastceller (vågsensorer) och mätklockor kunde både belastning och nedböjning mätas. Genom att försiktigt öka hydraultrycket ökade nedböjningen av bjälklaget stegvis.

Provningen genomfördes omsorgsfullt under flera timmar ända tills bjälklaget gick av. Det hade då belastats med ca 13 ton. Omräknat per yta är det som om vi hade klämt in mer än två personbilar per kvadratmeter! Svårparkerat…

Bjälklaget gick av när samverkan mellan materialen upphörde, dvs då trät gick sönder brast även betongen.

Vi är mycket nöjda med böjprovningsresultatet. Utifrån provningen kunde olika materialparametrar beräknas vilket hjälper oss att optimera produkten ytterligare i framtiden.

Resultat och data

Användning på byggarbetsplats

Bjälklagstypen prefabriceras genom armering, gjutning, kanalisation för el, vissa typer av beslag samt lyftanordningar under kontrollerade fabriksförhållanden. Egenkontrollen och uppföljning av processparametrar vid tillverkningen är mycket viktig.

Produkterna emballeras för att skydda känsliga ytor, lastas och körs till byggarbetsplats. Där möter egna eller kundens montagepersonal för att montera direkt från lastbil.

Produkterna kan lagras på byggarbetsplats, men det ökar risken för hanterings- och lagringsskador.

Lyft sker enkelt genom användande av konventionella ingjutna lyftanordningar. Genom samverkansskruven följer träbjälklaget med betonglyftet.

Bilden är manipulerad för att ge en bild av hur montaget kan te sig.

Bjälklagen monteras direkt mot upplag av limträbalkar, stålbalkar eller KL-träväggar. Montageskruvning består av vertikal skruvning av medföljande skruv till underliggande konstruktion. Detta görs med batteridrivna skruvdragare genom förberedda hål i bjälklaget.

Cykeltiden för att montera ett bjälklag är mellan tre och tio minuter per bjälklag, oavsett storlek. Vid montaget krävs en person som kopplar bjälklaget vid upplag eller lastbil, två som tar emot och montageskruvar bjälklaget samt en kranförare.

När bjälklaget säkrats med två skruvar mot varje upplag kan kranen släppas att hämta nästa element medan de resterande skruvarna dras fast. Det krävs inte någon annan montagestabilisering av bjälklaget vilket frigör ytor som annars belagts med bockryggar eller annan stagning.

Efter att bjälklagen monterats kan väggar på nästa plan börja monteras. Färdigt ingjutna beslag för detta montage minimerar buller från betongborrning och kvartsdamm på arbetsplatsen. Montaget kan på det viset flyta på med mycket högt tempo. Luft- och fukttätande EPDM-lister kan behöva monteras mellan undersida av väggen och bjälklaget.

När våningsplanet monterats, eller om det krävs tidigare av konstruktiva skäl, skall bjälklagets längsgående skarv skruvas. Detta sker med diagonalställd skruv från undersidan med hjälp av batteridriven skruvdragare. Dessa skruvhål måste sedan pluggas eller spacklas, beroende på om ytan skall täckmålas eller endast laseras. Ovansidan av skarven kräver inte mer åtgärder eftersom den kommer täckas av de kompletterande skikten, i form av stegljudsisolering och gipsskivor.

Montaget är lika enkelt som montage av KL-träbjälklag, men tjockleken för motsvarande prestanda är lägre. Det är också lika enkelt att fästa andra material eller produkter på ytan.

Jämfört med ett plattbärlag av betong eller trä-betongsamverkansbjälklag minskar antalet moment på arbetsplatsen. Ytnoggrannheten i produkten blir också högre. Uttorkningstider minskar och arbetsplatsen har färre nedsmutsande moment som kan smitta synliga ytor. Att ytorna kan användas utan kompletterande skikt är en stor kostnadsfördel jämfört med andra, lättare, bjälklag.

Den största fördelen är att montageprocessen kan flyta på, utan avbrott eller krångliga lösningar för att hantera pågjutning på bygget. Detta torde vara en mycket stor fördel för högre bostadshus!

Bilderna visar ett exempel på hur skarven och dess skruvning ter sig i ett bjälklag (med tät skruvning), före putsning eller spackling av ytorna.

Då undersidan av bjälklaget kan få märken av hantering kan spackling eller lagning krävas för att få ett tillfredställande utseende på ytan.

Innan bjälklaget byggs in krävs som vanligt kontroll av fukthalten i betongen. Fukt från gjutningen som trängt in i trät och inte åtgått i härdningsprocessen kommer långsamt migrera genom KL-träskivan. I de flesta fall innebär detta inga problem, men i vissa möten mellan byggdelar kan särskild uppmärksamhet behöva riktas mot hur lösningarna utformas. Detta gäller särskilt inplastade ytor som diffusionsspärrar. Eftersom bjälklaget är avsett att vara synligt kan eventuellt kvarvarande fukt diffundera bort från dessa ytor.

Produkten är montagemässigt lik bjälklag av KL-trä, men är i vissa andra aspekter mer likt betonghåldäck, tex avseende uttorkning.

Diskussion och jämförelse

LCA

Livscykelanalys, LCA, är en metodik som används för att bedöma en varas eller en tjänsts miljöpåverkan under hela eller delar av dess livscykel. En livscykelanalys resulterar i en bedömning av miljöpåverkan, exempelvis klimatpåverkan.

Livscykelanalys är ett användbart verktyg i produktutveckling för att hitta ingående material med så bra klimatprestanda som möjligt samt att identifiera ”hot spots” i produktionsprocessen.

Resultaten i denna livscykelanalys presenteras som kg CO2-ekv. per m2 producerat samverkansbjälklag.

En miljövarudeklaration eller Environmental Product Declaration (EPD) innehåller detaljerad, livscykelbaserad miljöinformation för en eller flera produkter. En EPD är tredjepartsgranskad och frivillig och beskriver exempelvis klimatpåverkan för en produkt per producerad enhet.

Som underlag har information erhållits från projektets deltagare på Bjerking, Dala Massivträ samt Torget arkitekter. Emissionsdata som har använts i beräkningarna för material och energibärare är generiska data (genomsnittsdata), representativa för den nordiska bygg- och anläggningssektorn, hämtade från One Click LCA.

Störst klimatpåverkan av de ingående resurserna kommer från betongen, följ av träet, för båda analyserade alternativ.

Att använda trä i samverkansbjälklaget ger lägre klimatpåverkan jämfört med bjälklag helt i betong, då KL-trä har lägre klimatpåverkan än betong.

Genom att aktivt välja ingående material med bra klimatprestanda så är det möjligt att sänka produktens klimatpåverkan ytterligare. Genom att välja ”grön” betong och armering enligt alternativ 2 kan den totala klimatpåverkan sänkas med cirka 10%.

Livscykelanalysen för samverkansbjälklaget, omfattar klimatpåverkan från utvinning av råmaterial, produktion och transport av de material som ingår i samverkansbjälklaget samt spill från KL-träet som uppkommer vid tillverkningen.

Mer läsning – underlagsrapporter