Moisture induced deformations in prefabricated wooden building modules

Abstract

Variation in micro climate induce shrinkage and swelling of wooden beams. The dimensional changes depend of the orientation of the annual growth rings and the moisture content of the beams. This causes laminated timber to experience different deformations than solid wood. A producer of element buildings with joists of laminated wood, have experienced deformations and sloping of the floor structure in several buildings, and believe that these might be caused by moisture. This thesis combines in-situ measurements with simulations and a laboratory experiment, to make a survey of where in the buildings these problems are most likely to occur, and to estimate how much deformation the producer can expected in the areas where the differences in moisture content between the head joist and inner joist of the floor system is at its highest. The results show that the largest deformations occur in a bedroom facing north, with low solar radiation and high moisture gradients between indoor and outdoor climate. In this room, a 13 % difference in moisture content is measured between the head joist and inner joist, one meter from the edge of the floor system. This results in an estimated height difference of almost 8 mm, and an average slope of 0.8%. These values are higher than the tolerances for finished surfaces, and the producer will improve their construction accordingly. Simulations of the problem do not show exactly the same values as the measurements, but they are still helpful, since they confirm that the water content and deformations of the floor system is limited if the head joist is retracted 50 mm further in, in the construction.

Variasjoner i mikroklima induserer krymping og svelling av trebjelker. Dimensjonsendringene avhenger av orienteringen på årringene og vanninnhold i bjelkene. Dette gjør at limtre vil oppleve andre deformasjoner enn heltre. En produsent av element bygg med bjelker av typen «K-bjelke», en limt bjelke bestående av flere tynne lameller, har opplevd deformasjoner og helling i gulvkonstruksjonen i flere av sine bygg, og mistenker at disse problemene kan være fuktrelaterte. Denne oppgaven sammenligner situasjonsmålinger med simuleringer og et laboratorieforsøk, for å kunne lage en oversikt over hvor i byggene store deformasjoner mest sannsynlig vil oppstå, og for å estimere hvor store deformasjoner bygningsprodusenten kan forvente i det rommet med størst forskjell i vanninnhold mellom kantbjelken og bjelkelaget. Resultatene viser at de største deformasjonene vil oppstå i et nordvendt soverom med lav solstråling og store fuktighetsgradienter mellom inne- og uteklima. I dette rommet er det målt en maksimal forskjell i vanninnhold mellom kantbjelken og bjelkene inne i bjelkelaget, en meter fra kanten, på 13 %. Dette har resultert i en estimert høydeforskjell på nesten 8 mm mellom bjelkene, og en gjennomsnittlig helling på 0.8 % Disse verdiene er høyere enn toleransene for ferdige overflater, og bygningsprodusenten vil forbedre sin konstruksjoner deretter. Simuleringer av problemet viser ikke nøyaktig de samme verdiene som målingene, men de er fremdeles nyttige, siden de bekrefter at vanninnholdet og deformasjonene i gulvsystemet vil bli begrenset dersom kantbjelken blir trukket 50 mm inn i konstruksjonen.