Större bärverk av trä

Under 1800-talet och början av 1900-talet utvecklades flera nya konstruktionsmaterial som stål, armerad betong, limträ och andra sammansatta bärverk av trä. Materialkostnaden var oftast den dominerande kostnadsposten medan arbetskostnaden var obetydlig. De nya beräkningsmodeller, som då utvecklades, syftade till att optimera bärverkens dimensioner.

Under 1900-talets senare hälft har arbetskostnaden blivit den dominerande kostnadsposten inom allt byggande. För att sänka arbetskostnaden har bärverkens ingående delar förenklats och förgrovats. Men som en följd av IT-utvecklingen, med exempel som CAD-program och 3D-simuleringar, kan vi i dag åter optimera bärverkens form och dimensioner. Det betyder också att bärverken med fördel kan göras synliga och utnyttjas som arkitektoniskt uttrycksmedel.

Olika bärverkssystem
Ett bärverk kan utformas materialeffektivt samtidigt som det ges en form som på ett bra sätt för ned de laster byggnaden utsätts för. Rätt utformning av tvärsnitten på de ingående delarna medverkar också till en effektiv lastöverföring.

Det enklaste bärverkssystemet är balk på pelare. Kraven på stabilitet mot sidolaster och vind leder dock ofta till andra lösningar när det gäller bärverk i trä med stor spännvidd.

Bågar har en mycket effektiv form. För byggnader med stor spännvidd väljer man dock ofta i stället ramar som normalt får kraftigare dimensioner. Balkar kan göras slanka genom att bygga upp dem med stänger som fackverk. De kan också förses med underspänt dragstag. För att sådana konstruktioner ska bli både effektiva och estetiskt tilltalande är det av största vikt att knutpunkterna studeras ingående.
 
I olika byggdelar, bjälklag, väggar med mera ingår ofta skivmaterial för att bilda yta. Om det också kan ingå i den bärande konstruktionen kan denna bli mycket materialeffektiv. Skivmaterial och förband som ingår i den bärande konstruktionen ska motsvara särskilda kvalitetskrav när det gäller hållfasthet och beständighet vilket ställer högre krav på tillverkningen. Motsatsen till detta är massiva plattor och skivor uppbyggda av trä av låg kvalitet sammansatta mekaniskt eller med lim. De kan användas som enkla bärande och stabiliserande konstruktionselement, till exempel för tak och väggar i hallbyggnader, eller ingå som ytbärande i sammansatta bärverk. Ett cylindriskt eller sfäriskt skal är också en effektiv ytbärande konstruktion om det formges rätt. Det kan byggas som ett nätverk med stänger och knutar eller med skivor fogade till varandra.

Materialegenskaper
Trä har många fördelar framför andra byggmaterial – hög hållfasthet i förhållande till sin vikt, lätt att hantera, låga byggkostnader, flera miljöfördelar med mera. Med modern träbyggnadsteknik är det möjligt och ofta fördelaktigt att uppföra även större byggnadsverk i trä. Materialegenskaperna hos trä är av betydelse för bärverkets utformning.

Stammens uppbyggnad


Trä är anisotropt, det vill säga det har olika egenskaper i olika riktningar, det kan finnas växtfel som påverkar hållfastheten och materialet påverkas av fuktvariationer och av belastningstidens längd. I förhållande till sin vikt är träfiberns draghållfasthet jämförbar med höghållfasthetsstål.

Förutsättningen är att virket är av god kvalitet så att inte träfibrerna störs av kvistar och andra felaktigheter. Hållfasthet och hårdhet i fiberns längdriktning är åtminstone 5 gånger högre än vinkelrätt mot den. Om en träkonstruktion ändå måste belastas vinkelrätt mot fibern kan man åtgärda detta exempelvis genom att öka upplagsytan med stålbeslag eller mellanlägg av hårdare träslag till exempel ek.


Interiör från Copperhill i Åre där olika belastnngsfall blivit ett pedagogiskt motiv i interiören.

Trä är känsligt för fuktvariationer. Hög fuktkvot ger lägre bärförmåga och variationer i fuktkvot medför att krypningen ökar.

Ett bärverk, som utsätts för mycket stora fuktvariationer, får under långtidslast mycket större nedböjning än om fuktnivån varit stabil. Eftersom fuktkvoten i konstruktioner med grova dimensioner varierar måste de utformas så att svällning och krympning kan ske fritt. Exempelvis kan ett ramhörn som låses genom plåtar lätt få sprickor om man inte från början, genom anvisningar eller dylikt, samlar spänningarna till ett ställe.

1: Pelar-balkanslutning med svetsad balksko.
2: Anslutning vindförband.
3: Montage av stort limträfackverk.

Sågat virke har begränsade dimensioner. Att öka tvärsnittets dimensioner kan ske genom att ett antal virkesdelar läggs på varandra. Historiskt sett har detta skett genom att virket sammanfogats mekaniskt. Nackdelen med mekaniska förband är att det under belastning sker glidningar i förbanden som ökar deformationerna och sätter ned bärförmågan. Limning ger styva förband vilket ger stora fördelar.

Limträ
Genom att limma samman brädor/plankor till limträ får man ett material som kan ges avsevärda dimensioner och som får förutsägbara tekniska egenskaper. De enskilda lamellerna kan förlängas genom limmad fingerskarv. Genom att sammanlimma brädor till limträ minskas spridningen i materialets hållfasthetsvärden vilket gör det möjligt att räkna med högre bärförmåga för detta sammanlimmade material än man kan räkna med för brädorna.

För limträ begränsas bredden normalt av de ingående lamellernas sågade bredd. I Sverige överskrider bredden på tillgängligt virke i allmänhet inte cirka 225 mm eller efter hyvling 220 mm. För att kunna göra bärverk med större bredd kan man limma samman två enheter till en med bredden maximalt cirka 440 mm. Ett annat sätt är att dubblera bärverken. Detta har gjorts med de stora fackverken i Vikingaskibet i Lillehammer.

Tillverkning av träbågar. Foto: Moelven Töreboda.

Nya limmade trämaterial
Nya typer av limmade starka trämaterial har under de senaste decennierna utvecklats. LVL, Laminated Veneer Lumber, är ett plywoodliknande material uppbyggt av tunna fanerskikt, som skiljer sig från plywood genom att alla fanerskikten i regel har fibrerna orienterade i en riktning. I den riktningen blir drag- och tryckhållfastheten mycket hög. Materialet lämpar sig därför väl som balkar med homogena tvärsnitt eller som flänsar i balkar med tunna liv. LVL tillverkas i USA under namnet Microlam.


Fanerträ (LVL, Laminated Veneer Lumber). Foto: Moelven Töreboda.