LIMTRE som konstruksjonsmateriale

Presentasjon om: "LIMTRE som konstruksjonsmateriale"— Utskrift av presentasjonen:

1 LIMTRE som konstruksjonsmateriale
I denne forelesningen skal vi se nærmere på limtre som konstruksjonsmateriale. Limtre har mange av de samme egenskapene som limtre, men også noen spesielle egenskaper. Vi skal se litt på utviklingen av limtre, og hvordan og hvorfor vi velger å bruke limtre i bærende konstruksjoner. Videre skal vi ta for oss hvordan limtreelementer produseres, og viktige egenskaper som styrke og stivhet og brannmotstandsevne, og hvordan vi unngår fuktskader i konstruksjonen. Til slutt ser vi på vanlig brukte forbindelsesmidler, og ulike konstruksjonssystemer for limtre. Forelesning i faget Materiallære av Liv Torjussen, høgskolelektor ved HIG

2 Vi skal se på Bestandighet mot fukt Historikk Brannmotstandsevne
Styrke og stivhet Forbindelsesmidler Konstrksjonssystemer Historikk Anvendelse Hvorfor limtre? Produksjon Ferdig element Ulike tverrsnitt

3 Historikk Limtre er et relativt nytt konstruksjonsmateriale Historikk
Tyskeren Otto Herzer tok patent på rette limtreelementer i Sveit i 1901, og på krumme elementer i Tyskland i 1906. Limtreteknikken ble etter 1900 også utprøvd i Norden. Treteknisk har arbeidet med fingersjøting, limtyper og limte treelementer fra oppstart i 1949. Limtreprodusenten som ligger nærmest Gjøvik, og som HIG-studenter ofte besøker er Moelven Limtre AS. Denne bedriften ble etablert i 1959. Bruken av limtre i Norge har utviklet seg fra enkle rette søyler og bjelker i bygninger til også å omfatte krumme konstruksjoner, og sammensatte konstruksjoner i store byggverk og i bruer.

4 Anvendelse Anvendelse
Limtre blir mest brukt i bygninger, som industri-, lager- og idrettshaller, skoler, barnehager, parkeringshus, driftsbygninger i landbruket og bolighus. I store åpne byggverk benyttes gjerne limtre av estetiske grunner, de fleste liker utseendet av gode limtreskonstruksjoner. Limtre til gangbruer har vært brukt i mange år, men i de siste 20 til 30 årene har limtre blitt vanlig brukt også i kjørebruer med aksellast opp til 60 tonn, og i enkeltilfelle også 120 tonn (militære kjøretøyer). Dekket i kjørebruer lages nå ofte av limtre i kjøreretningen spent sammen med stål i kanaler på tvers, såkalt tverrspent dekke. Avanserte limtreskonstruksjoner spesialbestilles hos produsent for konkrete bygg og anleggsprosjekter. Lokale og godt kjente prosjekter er Vikingskipet på Hamar, Håkonshall på Lillehammer, og publikumsterminalen på Gardermoen.

5 Hvorfor limtre Gode egenskaper som teller ved valg av bærende
Konstruksjonselementer av limtre har lav egenvekt og høg styrke og kan benyttes i konstruksjoner med krav til store frie spenn. Limtrekonstruksjoner kan utformes på mange ulike måter, som rette, krumme eller dobbeltkrumme elementer i kompakt limtre, eller som forskjellig utformede fagverksbjelker. Selv om tre jo er et brennbart materiale, har kompakte limtrekonstruksjoner god brannmotstandsevne, og kan benyttes også i publikumsbygg . Limtre produseres ofte av lokale og ”kortreiste” råvarer, og tre er som kjent en fornybar ressurs. Tilveksten av tre bidrar til å motvirke drivhuseffekten. Kapp, rester og rivingsavfall brukes i egne Bioenergianlegg ved produksjonssted eller i andre anlegg. Ved riving kan større uskadde limtreelementer demonteres og gjenbrukes. Da er det viktig å kontrollere elementene nøye og sjekke bæreevnen for det nye formålet. Gode egenskaper som teller ved valg av bærende konstruksjon: - styrke - egenvekt - brannmotstand - miljø Limtre fra Moelven i Håkonshall, Lillehammer

6 Produksjon Lameller Valg av konstruksjonsvirke
Lamellene limtreelementet er sammensatt av er sortert konstruksjonsvirke oftest i gran eller også i furu dersom elementet skal trykkimpregneres. Norsk limtre produseres normalt i fasthetsklasse L40 med lameller i styrkeklasse C 18 (innerlameller) og C 30 (ytterlameller) for visuelt sortert virke og i fasthetsklasse GL32 og med lameller i styrkeklasse LS15 og LS 22 for maskinelt sortert virke. I produksjonen er fuktigheten i materialet rundt 12 %, og fuktigheten i materialet bør ligge mellom 8 og 15 % gjennom hele produksjonsprosessen og frem til ferdig montert konstruksjon på byggeplassen. Vanlig lamelltykkelse for gran er 40mm og for furu 33mm. For krumme elementer med radius mindre enn 5 m brukes tynnere lameller. Virket blir fingerskjøtt til ønsket lamell-lengde og høvles. Deretter påføres lamellene lim. For å få minst mulig spenning i tverrsnittet limes lamellene sammen slik at kjerneveden vender i samme retning i alle lameller så nær som den siste, som snus slik at kjerneveden vender ut. Lamellene presses så sammen og elementet herdes. Lameller Valg av konstruksjonsvirke Fingerskjøting og høvling Påføring av lim Sammensetning av lameller Sammenpressing

7 Ferdig element Herding Høvling Evt. utsparinger Emballering Frakt
Når limet er herdet, høvles elementet på to eller fire sider, endene renskjæres og elementene pakkes for utsending. For konkrete prosjekter kan det lages detaljerte utsparinger i elementet på fabrikken. 3 kvaliteter leveres: Konstruksjonskvalitet: Limtre i gran eller furu, ingen visuelle krav til overflate og med vannfast mørkt eller lyst lim. Standardkvalitet: Høvles på fire sider. Ved synlige virkesfeil skal disse utbedres. Spesialkvalitet: Høvles på fire sider. Kvaliteten må være så god at kun to mindre virkesfeil pr. løpemeter kan forekomme og skal utbedres. Vanlige limtyper som benyttes i produksjonen er PRF-lim som er mørkebrunrød og MUF-lim som er lys på farge. Ved store klimapåkjenninger , når fuktigheten er over 20 %, anbefales PRF-lim som det beste alternativet. Treteknisk er kontrollinstans og sekretariat for Norsk limtrekontroll . 4 bedrifter var i mai 2008 godkjent for produksjon av konstruksjonslimtre: Moelven Limtre AS, A/S Sørlaminering, Vestlandske Limtreindustri A/S og Namdalsbruket AS. Herding Høvling Evt. utsparinger Emballering Frakt Montasje

8 Ulike tverrsnitt Rektangulære tverrsnitt Sammensatte tverrsnitt
Rektangulære tverrsnitt er det vanligste, med bredder fra 80 til 220mm (med 20 mm sprang). En kan produsere bredere limtreselementer enn 220 mm ved å lime sammen flere elementer. Det produseres også I, L og T-tverrsnitt. Rørtverrsnitt som er rektangulære eller mangekantede kan også produseres, og de benyttes f.eks. til søyler eller master. Buede/krumme bjelker og sammensatte fagverkskonstruksjoner spesialbestilles. Største høyde begrenses av høvelutstyret og bjelkene er sjelden høgere enn 2 m. Fagverkskonstruksjoner kan selvsagt være langt høgere. Lengden begrenses av praktisk håndtering under frakt og montasje. Vanlig lastebil kan ta med elementer opp til 10m, med semitrailer opp til 15 m, og med spesialbil og særskilt tillatelse av myndighetene opp til 30 m. Rektangulære tverrsnitt Sammensatte tverrsnitt Spesialbestilte tverrsnitt Bredde, høgde, lengde

9 Bestandighet mot fukt Fukt i limtre = fukt i tre Fuktbevegelser
Fuktinnholdet i limtre fra fabrikk er 12 % når fuktigheten i fabrikklokalet er ca. 65 %. Konstruksjoner innendørs i oppvarmede rom vil ha ca. 8 % fuktinnhold, utendørs under tak ca. 16 %. Limtre sveller når fuktinnholdet øker, og krymper når fuktinnholdet minker. Fuktbevegelsen i klimaklasse 1 og 2 tvers på fiberretningen kan bli ca 10mm pr. m, og langs fiberretningen ca 0,01mm pr. m. Lengdeendringen kan derfor som regel neglisjeres for vanlige lengder. Bøyestyrke og trykkfasthet mer enn fordobles ved en senking av fuktigheten fra 30 % til 10 %. Massive limtreselementer vil sprekke opp hvis de blir utsatt for varierende fuktighet over tid. Sprekkene vil deretter være utsatt for soppangrep og råte. Utendørs limtrekonstruksjoner trenger konstruktiv beskyttelse, regnskjerm, og bør være produsert av trykkimpregnert furu. Limtre kan overflatebehandles som annet treverk, særlig fuktutsatte elementer trenger jevnlig overflatebehandling. Elementet bør få en vannavvisende, pigmentert behandling som skal trenge så langt inn som mulig. Fukt i limtre = fukt i tre Fuktbevegelser Bøye- og trykkfasthet Overflatebehandling Trevirket fordobler bøyestyrken ved senking av fuktigheten fra 20 % til 10 %. (Treteknisk)

10 Brannmotstandsevne Grove trekonstruksjoner beholde
bæreevnen i svært lang tid Kullsjiktet isolerer og hindrer oksygentilgang Overflatebehandling forsinker antennelsen Her står limtrebjelkene igjen, mens alt av metall i bygget har smeltet. Etter brann med spesielt høy temperatur. Brannmotstandsevne Ved brann vil grove trekonstruksjoner beholde bæreevnen i svært lang tid, derfor tillates limtre i bærekonstruksjonen i bygg med høye krav til brannsikkerhet. Ved normal brann vil overflaten antennes raskt. Men innbrenningen skjer langsomt, da kullsjiktet som dannes vil varmeisolere konstruksjonen og hindre oksygentilgang. Etter lang tids brann vil indre deler av en grov limtreskonstruksjon ikke være over 100. Limtrekonstruksjoner blir av forsikringsselskapene vurdert å ha dårligere brannmotstandsevne enn plasstøpt betong, men bedre enn stålkonstruksjoner og betongelementer. Limtreskonstruksjoner kan overflatebehandles med spesielt utviklet brannbeskyttende middel som forsinker antennelsen. BT ™ (Branntrygt Tre) er trelast av gran og furu, vakuum-trykkimpregnert med Moelvens patenterte FireGuard brannhemmende væske. Fokus på tre, nr. 31.

11 Styrke og stivhet Fasthetsegenskaper Bedre enn for konstruksjonsvirke
Fasthetsegenskaper er ca. som for konstruksjonsvirke: varierer med vinkelen mellom kraft og fiberretning avtar med økende fuktighetsinnhold avtar med økende belastningstid Limtre har høyere styrke og mindre spredning i styrkeegenskapene enn tilsvarende element i konstruksjonsvirke. For konstruksjonsvirke vil virkesfeilen være det svake punktet som kan gi brudd. Risikoen for at grove feil skal havne i samme snitt i enkeltlamellene i det sammensatte limtreelementet er liten. Ved bøyeprøving av limtresbjelke vil ofte stukning inntreffe på bjelkens trykkside først, men det endelige bruddet kommer på strekksiden ved en virkesfeil eller ved fingerskjøt i de nederste lamellene. Sannsynligheten for at en slik defekt finnes i de avgjørende lamellene blir større dess større tverrsnitt limtresbjelken har, dette kalles volumeffekten. Eurocode 5 fikk status som norsk standard i 2005 med norsk tittel: NS-EN , 1. utgave februar 2005 Eurocode 5: Prosjektering av trekonstruksjoner. NS-EN Eurocode 5 vil gjelde parallelt med NS fram til NS vil bli trukket tilbake som norsk standard senest mars 2010. Fasthetsegenskaper Bedre enn for konstruksjonsvirke Egenskaper ved bøying Volumeffekt Limtre fra Moelven i ekspedisjonsbygningen på Gardermoen

12 Forbindelsesmidler Spiker Treskruer
Bolter Tømmerforbinder, tosidig bulldogg Tømmerforbindere Spikerplater Stavdybler Knutepunkt med innslissede stålplater og stavdybler Forbindelsesmidler Vanlige forbindelsesmidler i limtreskonstruksjoner er spiker, treskruer, bolter, spikerplater, tømmerforbindere som bulldogg og stavdybler med stålplater innslisset. Forbindelsesmidlene kontrolleres for aksialbelastning eller uttrekk, tverrbelastning og hullkanttrykk. Dette gjøres både for enkeltforbindelsesmidler (som spiker, bolter og treskruer) og for grupper (som spikerplater, tømmerforbindere og stavdybler). Dimensjoneringsreglene tar hensyn til om det er tre til tre forbindelse eller for eksempel stål mot tre forbindelse osv. Håndbok Mekaniske treforbindelser - dimensjonering (Treteknisk) gir en rekke regler og tallverdier for kapasiteten på en rekke treforbindelsesmidler, og er basert på dimensjoneringsprinsippene angitt i NS-EN , 1. utgave februar 2005 Eurocode 5: Prosjektering av trekonstruksjoner.

13 Konstruksjonssystemer
Rett bjelke Saltaksbjelke Krum bjelke Fagverk Tradisjonelt tak fagverk Bjelkerist Skallkonstruksjon Konstruksjonssystemer Rette bjelker er standard vare, og benyttes på ulike måter i mange små og store byggeprosjekter. Saltaksbjelker har en overhøyde som gir fall om bjelken benyttes som takkonstruksjon. Krumme bjelker bestilles spesielt til konkrete prosjekter. Fagverkselementer kan monteres i utallige versjoner, og kan gi kraftige bærende konstruksjoner som i store kjørebroer. Bjelkerist har hovedbæring i flere retninger, og konstruksjonen utnyttes best ved symmetrisk plassering av bjelker og søyler. Skallkonstruksjoner kan utformes i felt med bæring i flere retninger og som settes sammen til et skallsystem.

14 Les mer om limtre Kompendiet ”Materiallære, bygningsmaterialer”
”Limtreboka” fra Moelven Limtre AS Søk etter LIMTRE på Internett, hos: Treteknisk Byggforsk Moelven Og evt. andre kilder du finner frem til selv Bildene i presentasjonen er hentet fra hjemmesidene til Treteknisk og Moelven Limtre AS. Les mer om limtre Limtrekonstruksjoner er et spennende konstruktivt materiale, det kan sies mye mer om temaet enn denne forelesningen og kompendiet inneholder. Gå inn på nettet og finn frem til mer stoff om materialet limtre, egenskaper, produksjon og bruk. Der kan du også finne gode eksempler på prosjekter der limtre er bærende konstruksjon. Lykke til!