Evaluering av effekten av friksjon i kontaktflaten mellom massivtreelementer

Abstract

Bygging av hus med massivtre er en relativt ung byggeteknikk. Mer dokumentasjon og erfaringer fra mange prosjekter utført i massivtre gir stadig bedre kunnskap om teknikken og dens utfordringer. Det økte miljøfokuset i byggebransjen gjør samtidig at stadig flere aktører følger med på utviklingen av massivtrebygg. Ved siden av at massivtrebygg er vesentlig mer klimavennlig enn tradisjonelle bygg i betong og stål, er det også flere positive virkninger for inneklimaet grunnet treets materialkarakteristikk. Høye massivtrebygg er utsatt for horisontale bevegelser grunnet den lave egenvekten og derfor er kraftige vindforankringer vanlig. Undersøkelser av et massivtrebygg i Ås viser overraskende lite bevegelser og det mistenkes at massivtrebygg er mye stivere enn antatt grunnet systemeffekter. Noe av forklaringen kan være at friksjon mellom massivtreelementene blir ignorert ved dimensjonering.

Hensikten med denne oppgaven er å undersøke hvilken potensiell effekt det ligger i det å ta hensyn til friksjon i sammenkoblinger av massivtreelementer. Det er foreslått en metode for å beregne total friksjonskoeffisient mellom kontaktflater mellom massivtreelementer. En FE-analyse er gjennomført for å studere oppførselen i kontaktflaten mellom vegg og dekke og gir indikasjoner på at oppbyggingen av massivtreelementene har en innvirkning på friksjonskraften som kontaktflaten kan yte. Videre er det er gjennomført et casestudie av et massivtrebygg i Ås der stabiliteten til en innvendig vegg er undersøkt. Resultatene antyder at vertikal last fra egenvekt alene stabiliserer veggelementet. Dette leder frem mot en undersøkelse av friksjonskraftens bidrag til styrken og stivheten til veggen og det konkluderes med at kun 10 % av friksjonskraftens potensial er utnyttet ved normal vindlast. Det er rimelig å anta at det ligger et uforløst potensiale i det å benytte friksjonskraft mellom massivtreelementer ved dimensjonering av bygg. For å utvikle byggeteknikken og gjøre den stadig mer rasjonell, burde bransjen vurdere mulighetene for å implementere friksjon som en faktor ved dimensjonering av massivtrebygg.

To build houses with massive wood elements is a quite new technique. The growing number of projects built with massive wood contribute to the overall knowledge and documentation of the building technique. Increased focus on environmental aspects in the building industry leads to further interest from principals and entrepreneurs. Besides that the buildings made from massive wood have a considerably lower carbon footprint than traditional buildings in concrete and steel, there is also positive effects of the interior climate. Tall massive wood buildings are exposed to horizontal deflections due to the low density of wood and the corresponding low weight. Extensive wind anchorage is therefore necessary. Studies of an eight story massive wood building in Ås in Norway showed surprisingly small deflections. The reason why is suggested to come from redundancy of walls creating a system sharing effect. Some of the explanation can perhaps be derived from the fact that friction between massive wood elements are totally ignored when calculating the structure.

The purpose of this thesis is to investigate the potential effect that lies in taking the friction force into account. It has been suggested a simple method for calculating the overall friction coefficient for massive wood contact surfaces. An finite element analysis has been done to study the behaviour of the contact surface indicating that the orientation of the lamellas have an impact on the coefficient of friction. There is also a case study of the eight story massive wood building in Ås where the stability of an interior wall is examined. The results implies that the weight from the massive wood elements alone is enough to stabilize the wall. Further on the friction force due to the contact surface is found to contribute to the strength and stiffness of the wall. In fact, under normal wind loads it is found that only 10 % of the maximum potential friction force is used. It seems reasonable to assume that there is an unreleased potential in considering the friction force between massive wood elements in buildings. The community should investigate the potential further in order to improve the building technique.