Timber Concrete Composite floors with Cross Laminated Timber - Structural behavior & Design

Abstract: På grund av den ökade miljö- och klimatmedvetenheten har övergången till förnybara material påskyndats, och detsamma gäller intresset för träbyggande. Med att bygga högt i trä kommer dock ett flertal konstruktionsmässiga utmaningar, där en av utmaningarna är dynamik på grund av träets låga egenvikt jämfört med andra mer konventionella byggnadsmaterial. Vissa av dessa utmaningar kan avhjälpas med införandet av samverkansbjälklag, där ett betongskikt appliceras ovanpå och kopplas samman med trätvärsnittet, vilket ökar böjstyvheten och förbättrar bjälklagets dynamiska egenskaper. Trots att samverkansbjälklag är vanligt förekommande i Europa är kunskapen kring samverkansbjälklag begränsad inom svensk byggindustri. Detta faktum ligger till grund för detta examensarbete, som undersöker beräkningsmetodik och strukturellt verkningssätt hos samverkansbjälklag bestående av betong och korslimmat trä (KL-trä) där både analytiska beräknings-metoder samt FE-modellering behandlas. Fokus kommer att ligga på samverkanstvärsnitt med KL-trä bestående av fem lamellskikt och med skuvförbindare i form av skruv och grovnot. Gamma-metoden är en vanligt förekommande dimensioneringsmetod för KL-trä upp till och med fem lamellskikt. Denna metod kan modifieras så att den är tillämpbar även för samverkanstvärsnitt med 5-skikts KL-trä, där betongskiktet ses som ett sjätte skikt med en eftergivlig koppling till KL-trätvärsnittet. Två sådana modifierade beräkningsmetoder som kan hantera samverkanstvärsnitt med ett 5-skikts KL-trä är den ekvivalenta gamma-metoden och den utökade gamma-metoden. Båda metodernas beräkning av böjstyvheten hos ett samverkansbjälklag har visat sig överensstämma väl mot FE-modellering och labbtester. Den utökade gamma-metoden har en mer stabil teoretisk grund jämfört med den ekvivalenta gamma-metoden, och är därför den rekommenderade analytiska beräkningsmetoden. Den förenklade beräkningsmetoden i den ekvivalenta gamma-metoden kan teoretiskt ifrågasättas, och därav rekommenderas denna metod endast användas till preliminära beräkningar i tidiga skeden. Följande slutsatser kan dras gällande det strukturella verkningssättet hos ett samverkansbjälklag: - Skjuvförbindarna ska koncentreras till områden där skjuvflödet är stort, d.v.s. nära upplagen för optimal prestanda. - Ökande andel bärande trä i den longitudinella riktingen av KL-träbjälklaget ökar böjstyvheten hos samverkansbjälklaget som helhet. - Betongskiktets E-modul ökar samverkansbjälklagets böjstyvhet. Betongens egentyngd är dock hög och därmed ska tjockleken på betongskiktet med fördel hållas nere för att uppnå ett optimalt förhållande mellan låg egentyngd och hög böjstyvhet.