Projekt: Flervåningshusbyggande av prefabricerade volymmoduler i trä – modellutveckling och experimentella studier

Detta projekt avslutades i december 2019.

Fakta om projektet

Projektledare
Sigurdur Ormarsson
Övriga projektmedlemmar
Marie Johansson
Deltagande organisationer
Linnéuniversitetet, RISE
Finansiär
Södra Skogsägarnas stiftelse för forskning, utveckling och utbildning
Tidsplan
1 juli 2017-31 december 2019
Ämne
Byggteknik (Institutionen för byggteknik, Fakulteten för teknik)

Mer om projektet

Sverige har ett stort intresse att öka användandet av trä som huvudlastbärande material i olika typer av flerbostadshus. Ett flertal leverantörer som bygger trävolymbaserade enfamiljsbostäder är nu på väg att utöka sin produktion till flerbostadshus i flera våningar. Eftersom det inte finns någon utvecklad beräknings- och designprocedur för denna typ av höghus så är detta steg en stor utmaning för både konstruktörer och forskare.

Huvudsyftet med detta projekt är därför att utveckla en ny tredimensionell strukturmekanisk FE-modell för denna typ av byggnader. Med modellen kommer man att kunna studera hur en hel byggnad uppför sig globalt i form av deformationer, bucklingsmoder, svängningar, fuktrelaterade deformationer osv. när den utsätts för olika statiska och dynamiska laster. Modellen skall också kunna användas för detaljerat analys av kritiska (svaga) delar i konstruktionen via så kallad adaptiv modellering. För att skaffa materialdata för modellen kommer också omfattande experimentella studier på olika förband att utföras.

Framtida kommersiellt värde av resultaten

Eftersom flervåningshus i trä är komplexa konstruktioner och det står mycket på spel om de skulle kollapsa är det av stort interesse att utveckla nya hjälpverktyg för analys och design av dem. Det kommersiella värdet i en simuleringsmodell av denna typ är att man på sikt skall kunna använda den för produktutveckling i digital miljö innan skapande av själva byggnaderna.

Projektresultaten kommer också att bidra till ökad kunskap och förståelse angående byggnadernas konstruktionsbeteende som i sig bör leda till mer säker konstruktionsdesign i framtiden. Detta bör också bidra positivt till att prefabricerade volymmoduler i trä skulle kunna bli en viktig exportvara för Sverige i framtiden. En annan viktig aspekt är att få in kvalificerade beräknings- och designprocedurer för flervåningsbyggnader i trä i ingenjörsutbildningarna på landets högskolor.

Metod och etappmål

I projektet används finita element-metoden (FEM) ihop med experimentella försök för att analysera strukturmekaniska egenskaper hos flervåningshus sammansatta av volymmoduler i trä. De experimentella resultaten används som materialdata till modellen.

I ett mindre projekt finansierat av Smart Housing Småland och OBOS AB har en preliminär FE-modell för en volymmodul i trä tagits fram. Resultaten har visat att det går att skapa en effektiv tredimensionell strukturmekanisk FE-modell för en volymmodul (beräkningstid 5.5 min). Detta visar att det finns bra förutsättningar för att kunna simulera och analysera hela flerbostadshus inom rimliga beräkningstider.

Inom projektet kommer den preliminera FE-modellen att vidareutvecklas för att kunna analysera riktiga flervåningshus gjorda av volymmoduler i trä. Modellen kommer att göras i tre etapper:

1. Först kommer den preliminera modellen att vidareutvecklas mot riktiga modulgeometrier inklusive fönster, dörrar, innerväggar osv. En parametriserad FE-modell kommer att tas fram för att underlätta skapandet av olika typer av volymelement.
2. Baserat på de olika volymelementmodellerna skapas modeller för olika typer av flerbostadshus.
3. I denna del kommer olika adaptiva FE-modeller att utvecklas för kritiska detaljer i byggnaderna. Detta görs för att analysera mer noggrant de mest kritiska (svaga) delarna i konstruktionen.

Projektet omfattar också en omfattande experimentell undersökning för att ta fram styvhetsdata för de mest väsentliga förbandstyperna i trävolymmodulerna. Under den senare halvan av projektet kommer också vetenskapliga publikationer att produceras.

Projektet är en del av forskningen i forskargruppen Träbyggnadsteknik.

Läs nyheten om projektet, publicerad 2017-07-04.

Medarbetare