Videreutvikling av et modulbasert byggesystem basert på restmateriale fra massivtreproduksjon-momentkapasitet og monterbarhet

Abstract

KL-blokk er et modulært byggesystem laget av restkapp fra massivtreproduksjon. Produktet er utviklet av Omtre i samarbeid med tidligere Masterstudenter. Målet med oppgaven var å belyse styrkeegenskapene og monteringsvennligheten til KL-blokk-systemet, og å videreutvikle produktet. I undersøkelsen av styrkeegenskapene er fokuset på motstandsevnen mot vindbelastninger i bruddgrensetilstanden når KL-blokken benyttes som en ytterveggkonstruksjon. Den største utfordringen for å ta momentet er systemets evne til å overføre strekkrefter, da det er kun friksjonsforbindelser som kan ta strekk. Håndberegninger indikerte at produktet alene ville ha begrensede bruksmuligheter som en ytterveggkonstruksjon.

Det ble også gjort undersøkelser av hvordan materialdimensjonene endrer seg ved høyere fuktinnhold, og monteringsvennligheten når byggekomponentene var våte. I fuktig tilstand fikk vi ikke til å montere sammen veggen, da de ulike komponentene i byggesystemet fikk ulike dimensjonsendringer ved økt fuktinnhold.

På bakgrunn av dette ble blokken videreutviklet til tre forskjellige design. To av blokkene er reviderte utgaver av KL-blokken, hvor det ble forsøkt å øke friksjonen i horisontale skjøter. Den siste blokken er en alternativ blokk, hvor vi har forsøkt å lage et system som skulle være lettere å montere og demontere. Det ble produsert blokker til tre testvegger av hvert design for å teste momentkapasiteten.

Styrketest ble utført på bygglaben ved NTNU på Gjøvik. Resultatene fra styrketesten ble brukt til å beregne en konservativ og en optimistisk momentkapasitet. Den konservative momentkapasiteten er momentet ved første antatte brudd. Optimistiske momentkapasiteten er ved sammenbrudd av veggen. Når den konservative momentkapasiteten legges til grunn, er bruken begrenset til tettbygde strøk med relativt lav vindhastighet. Den ene blokktypen kan ikke brukes som en ytterveggkonstruksjon, siden den konservative momentkapasiteten er for lav til å ta vindlastene den må prosjekteres for. Ved optimistiske beregninger har to av blokktypene et mye større bruksområde. Det er imidlertid urealistisk å kunne bruke kapasiteten ved sammenbrudd i dimensjonering, siden det antageligvis allerede ved den konservative momentkapasiteten oppstår brudd i komponenter i veggen. Dette må evt. bekreftes ved videre testing under standardiserte forhold.

Hvis dette produktet skal ut på markedet er det behov for videre utvikling av monterings- og demonterings-vennligheten. Siden byggesystemet er basert på friksjonsforbindelser, må det stilles veldig strenge toleransekrav til de forskjellige delene, for at veggen skal fungere som tiltenkt.

KL-block is a modular construction system made from leftover pieces from cross laminated timber production. The product was developed by Omtre in collaboration with former master's students. The goal of the project was to highlight the structural properties and ease of assembly of the KL-block system, as well as to further develop the product. In the investigation of the structural properties, the focus is on the resistance to wind loads in the ultimate limit state when the KL-block is used as an exterior wall construction. The main challenge in resisting moments lies in the system's ability to transfer tensile forces, as only frictional connections have any tension resistance. Manual calculations indicated that the product by itself would have limited applications as an exterior wall construction.

Investigations were also conducted on how the dimensions of the materials change with higher moisture content, and the ease of assembly when the building components were wet. In a moist state, we were unable to assemble the wall, as the various components of the construction system experienced different dimensional changes with increased moisture content.

Based on this, the block was further developed into three different designs. Two of the blocks are revised versions of the KL-block, where attempts were made to increase the friction in horizontal joints. The last block is an alternative block, where we attempted to create a system that would be easier to assemble and disassemble. Blocks for three test walls of each design were produced to test the moment capacity.

Strength tests were conducted at the building laboratory at NTNU in Gjøvik. The results from the strength test were used to calculate a conservative and an optimistic moment capacity. The conservative moment capacity is the moment at the assumed first failure of the walls. The optimistic moment capacity is at the collapse of the wall. When considering the conservative moment capacity, the use is limited to densely built areas with relatively low wind speeds. One type of block cannot be used as an exterior wall construction since the conservative moment capacity is too low to withstand the wind loads it needs to be designed for. With optimistic calculations, two of the block types have a much broader range of applications. However, it is unrealistic to use the capacity at collapse in design since failures in wall components likely occur already at the conservative moment capacity. This would need to be confirmed through further testing under standardized conditions.

If this product is to be brought to the market, further development of the assembly and disassembly friendliness is necessary. Since the construction system is based on frictional connections, very strict tolerance requirements must be met for the different parts to ensure that the wall functions as intended.