Miljøpåvirkning ved ulike spennvidder i bærekonstruksjoner av tre og betong
Abstract
Fordi temperaturen på jorden stiger blir det stadig viktigere å begrense klimagass-utslippene. Behovet for å reise nye bygg vil fortsatt være der, og byggebransjen har derfor begynt å se på mer miljøvennlige løsninger å bygge på. Blant annet blir det viktig å se på ulike løsninger for bærekonstruksjonen som kan redusere utslippene av klimagasser. Med bakgrunn i dette er det i denne oppgaven gjort en studie for å se på variasjonen av miljøpåvirkning ved ulike spennvidder for dekker og bjelker i bæresystemer av betong og tre. Mengde dekker og bjelker per kvadratmeter bruksareal vil være like stor uavhengig av antall etasjer et bygg har, men mengde søyler varierer utfra antall etasjer. Det er derfor også valgt å se på tre ulike kategorier for antall etasjer for bærekonstruksjonen; 1, 8 og 16 etasjer, for å undersøke effekten dette har på miljøpåvirkningen.
For å undersøke dette ble det tatt utgangspunkt i samme forutsetninger for bære-konstruksjoner i betong og tre. Begge bærekonstruksjonene måtte kunne belastes med samme last og oppnå samme krav til lyd og brann. Betongkonstruksjoner har gode egenskaper alene, mens trekonstruksjoner trenger større tiltak for å oppnå disse kravene. For trekonstruksjoner er det i denne studien gjort separate analyser for tilfarer og påstøp som lydtiltak.
Studien ble gjennomført med grunnlag i et beregningsdokument i Mathcad, hvor en blant annet kan variere faktorene for dekkespenn og bjelkespenn. Beregningene i dokumentet resulterer i nødvendige dimensjoner for de ulike elementene. I tillegg er miljøpåvirkninger beregnet utfra miljødeklarasjoner (EPD-er) for de nevnte elementene. Videre er klimaberegningene avgrenset til å studere systemgrensen vugge til port inkludert transport til byggeplass, og hvor miljøpåvirkningen er begrenset til global warming potential (GWP). Resultatene ble fremstilt ved grafer for enkelt å se variasjonen i miljøpåvirkning ved ulike spennvidder for dekker og bjelker.
Resultatene viser at en bærekonstruksjon i tre, uavhengig av spennvidder, vil få en negativ verdi for miljøpåvirkning. En negativ verdi for miljøpåvirkning vil si at det totale systemet ikke slipper ut, men tar opp CO2. Dette er bra for miljøet da man får fanget opp CO2 fra atmosfæren. I tillegg vil trekonstruksjonen få en større negativ verdi ved økende spenn-vidder som følge av økt materialbruk. Dermed vil det for miljøpåvirkningen være mest gunstig med en bærekonstruksjon av tre med størst mulig spenn. Ulempen med dette er at økt mengde materiale også kan gi økte kostnader, noe som ikke er ønskelig hos bygg-herren. For å minimere materialbruket, derimot, viser resultatene at minst mulige spennvidder, altså 3 meter for både dekker og bjelker, er optimalt. I tillegg viser resultatene at økning i dekkespenn gir større innvirkning på miljøpåvirkningen enn økning i bjelkespenn.
For bærekonstruksjon i betong vil spennvidde på seks meter for dekkene og fem meter for bjelkene gi minst mengde materialer og dermed minst utslipp av klimagasser. Utover disse spennviddene vil materialmengden og klimagassutslippene øke.
For trekonstruksjoner med tilfarer som lydtiltak, vil en utfra resultatene fra denne studien kunne øke opptaket av klimagasser med opp til 116% ved å benytte optimale spennvidder. For betongkonstruksjoner kan man redusere klimagassutslippene med opp til 40%. Disse besparelsene gjelder innenfor spennområdene 3 til 8 meter for dekker og 3 til 10 meter for bjelker. As the temperature in the earth atmosphere rises, it becomes increasingly important to limit greenhouse gas emissions. The need to build new buildings will still be there, and the construction industry is therefore looking at more environmentally friendly building solutions. Among other things, it is important to look at different solutions for building structures that can reduce greenhouse gas emissions. With this foundation, this study has been carried out to investigate the variations of environmental impact at different span widths for floor elements and beams in building structures of concrete and wood. The amount of floor elements and beams per square meter will not depend on the number of floors in the building structure, but the amount of pillars per square meter will vary with the number of floors. This study will therefore look at three different heights; building structures with 1, 8 and 16 floors, which will show the difference in their environmental impact.
In order to conduct this study on a comparable basis, the building structures of wood and concrete were based on the same underlying assumptions. Both types of structures were required to carry the same loads and meet the same sound and fire requirements. The two construction types differ in the way that concrete structures are naturally fire resistant and have good sound properties, while wooden structures need larger additional measure to meet similar requirements. Thus, in this study, separate analyses have been conducted for wooden building structures with joists and concrete screeds.
The study was conducted based on a calculation document in Mathcad, where important input variables included the width of the floor elements and beams, among others. The calculation results in necessary dimensions for all considered building structure elements. In addition, environmental impact was calculated based on environmental product declarations (EPDs). The system boundaries of the climate impact assessments were limited to study the system boundary from cradle to gate, also including transport to the construction site. The environmental impact assessments are limited to study the global warming potential (GWP). Graph visualizations were made to easily see variations in environmental impact at different span widths for decks and beams.
The results show that the building structures in wood, regardless of span widths, will have negative values for environmental impact, meaning that the total system analyzed does not emit CO2, but rather absorbs it. This is positive for the environment as the CO2 gets absorbed from the atmosphere. In addition, the wood constructions will have greater negative values for increasing span widths due to increased material usage. Thus, it will be most favorable for the environmental impact to have building structures of wood width the greatest possible span widths. However, increased amounts of material results in increased costs, which is not desirable from the project owner’s perspective. Therefore, to minimize material use, the results show that the minimum possible span width, 3 meters for both floor elements and beams, is optimal. In addition, the results show that an increase in the floor element span has a greater effect on the environmental impact than an increase in the span width for beams.
For building structures in concrete, the span width of six meters for the floor elements and five meters for the beams will require the least amount of materials and thus the least emissions of greenhouse gases. Beyond these span widths, the material usage and greenhouse gas emissions will increase.
For wooden structures with joists as measures for sound requirements, one can, based on the results of this study, increase the absorption of greenhouse gases by up to 116% when using optimal span widths. For concrete structures, greenhouse gas emissions can be reduced by up to 40%. This applies within the range of 3 to 8 meters for floor elements and 3 to 10 meters for beams.