Kranbane i tre: Dimensjonering av forbindelser og stabilitetsberegninger

Abstract

I en trekonstruksjon er ofte forbindelsene det svakeste punkt, og dimensjonerende for bæresystemet. Knutepunkt i tre er også ofte synlige, og vil være en del av det arkitektoniske uttrykket. Denne oppgaven tar for seg ulike forbindelsesmidler, kranbanens stabilitet og dimensjonering av sammenføyning mellom kranbane og søyler.

Til å begynne med ble det gjennomført litteraturstudie av treets egenskaper og sammenføyninger i tre. Da Eurokode 5 har dårlig grunnlag for beregning av skråstilte skruer ble andre metoder fra nyere forskning undersøkt. Ireneusz Bejtka og Hans Joachim Blaß har presentert et forslag på ny beregningsmetode, som er benyttet i denne oppgaven. Denne metoden tar hensyn til friksjonen mellom treelementene, i tillegg til skruens vinkel og uttrekkskapasitet.

Det eksisterende tverrsnittet på kranbanen i limtre er 215 mm x 855 mm. Ut ifra deformasjonsberegninger og tverrsnittkontroll ble det undersøkt om høyden kunne reduseres. Resultatene viste at nedbøyning blir dimensjonerende og tverrsnittet kan maksimalt reduseres til 215 mm x 765 mm.

I forbindelsesberegningene ble det valgt å gå videre med bolter og skruer. Gjennom flere forsøk ble det undersøkt hva som var mest gunstige løsning med tanke på utnyttelse, forbinderenes dimensjon, plassering og innfestningsvinkel. I tillegg ble det undersøkt om det var behov for en konsoll, som kan gi mer plass til forbindere. Utregningene ble utført i beregningsprogrammet Mathcad. Deformasjoner, moment- og skjærkraftdiagram ble hentet fra analyser i Focus Konstruksjon.

Den beste løsningen for bolter ble 7 bolter med diameter 20 mm. Boltene er plassert i 3 rader, med 3 bolter i øverste og nederste rad og 1 i midten. Denne løsningen tillater et tverrsnitt på 215 mm x 810 mm. For skruer ble 12 skruer fordelt i topp og bunn plassert 45º på fiberretning beste alternativ. Skruene har diameter 13 mm og lengde 600 mm. Denne løsningen tillater et tverrsnitt på 215 mm x 810 mm. Ingen av løsningene hadde behov for konsoll.

For dette knutepunktet ble det konkludert med at løsningen med skruer var bedre enn bolter. Dette er grunnet lettere og mer effektiv montering, samt renere estetisk uttrykk da skruer blir mindre synlig enn bolter.

Connections are often the weakest link in a timber construction, and therefore determines the design of the supporting structure. This thesis discusses different types of fasteners used in timber-to-timber connections, the stability of the crane supporting structure and design of the connection between the crane supporting structure and columns.

A literature study was conducted to better understand how timber-to-timber connections work. The current method proposed in Eurocode 5 for calculations of inclined screws, has proven to be partially unsuitable and more recent research on this topic was therefore examined. Ireneusz Bejtka and Hans Joachim Blaß has presented a new calculation method for inclined screws, which has been used in this report.

The existing structure consists of a glulam beam with cross-sectional dimensions 215 mm x 855 mm. Calculations for both deformations and the cross-section´s capacity was carried out to examine whether the height of the cross-section could be reduced or not. The results show that deflection of the beam will be critical, and allows a reduction of the cross-section to a maximum of 215 mm x 765 mm.

Bolts and screws were considered to be the most suitable fasteners for this connection. The most ideal design was determined based on several tests. Properties such as the fastener´s dimension, placement and the inclination between the fastener and the grain line was taken into account. In addition, it was considered whether or not the console used in the existing design was needed. Calculations was carried out in Mathcad, and analysis of deformations, moment- and shear force diagrams was done using Focus Konstruksjon.

The best proposal for a design with bolts consists of 7 bolts with diameter 20 mm. For screws, a design consisting of 12 screws with diameter 13 mm and length 600 mm, was considered the best option. For both bolts and screws the results allowed the use of a cross-section with dimensions 215 mm x 810 mm. Neither of the solutions needed a console for extra support.

It was concluded that screws would be a better option than bolts, due to easier and more efficient installation. Screws are less visible than bolts and will therefore give this connection a more aesthetic and cleaner expression.