Nationella tillägg
EN 1993-7 tillåter 16 olika nationella tillägg i själva eurokoden. Därutöver kan man välja om någon av de informativa bilagorna inte ska tillämpas eller om man vill komplettera med någonting i dem. Det är dock tveksamt om de nordiska länderna behöver utnyttja den möjligheten, det skulle eventuellt kunna vara någonting i bilaga B och C, men mer om det senare.
Kap 4 Grundläggande dimensioneringsregler
De tre första kapitlen innehåller allmän information som vi kan hoppa över. Kapitel 4 är däremot mer intressant att titta närmare på.
Sandwichpaneler består av en isolerkärna som sammanbinds med metallskikt på båda sidor om kärnan. Vanligt förekommande isolering är PUR, PIR, stenull och glasull. Cellplast förekommer också men har blivit mindre vanligt pga sämre brandegenskaper.
Vid dimensionering måste man kontrollera panelernas kapacitet mot böjmoment, tvärkraft och upplagskraft. Om panelerna är fritt upplagda, dvs statiskt bestämda, blir dimensioneringen enkel. Om man däremot använder flerfacksuppläggning måste man dessutom kontrollera påverkan av isolerkärnans krypning över tid och att metallskikten kan ha olika temperatur vilket orsakar deformationer och tvångspåkänningar som faktiskt kan bli större än de som uppstår från vind- och snölaster. Beräkningen blir i det fallet mer komplicerad och en stor del av eurokoden handlar om just detta. Nere på kontinenten är nämligen det vanligaste sättet att bygga väggar med sandwichpaneler att man förser pelarstommen med ett sekundärt horisontellt bärverk och monterar panelerna vertikalt. Bild 1 visar exempel på en sådan byggnad.
Spännvidderna blir då korta och man kan nyttja paneler med isolerkärna av PUR eller PIR som ger bra isolerförmåga även för tunna paneler som det ofta är frågan om i det här fallet. Sandwichpaneler och flerfacksuppläggning används även på tak och då monteras panelerna på takåsar, se (3) i figur 1, Det är när man använder paneler i tak som man måste ta hänsyn till isolerkärnans krypning eftersom panelerna belastas av snölast och egentyngd som ligger kvar under en längre tid. Paneler anpassade för flerfackssystem på väggar är utformade så att infästningen kan utföras så att skruvskallarna blir dolda, se (1) i figur 1.
Figur 1:
(1) Vertikalt monterade väggpaneler, infästning mot väggreglar
(2) Horisontellt monterade väggpaneler, infästning mot stompelare
(3) Takpanel i takfallets riktning, infästning mot takåsar
I Norden föredrar vi fritt upplagda paneler på ytterväggar som monteras horisontellt och spänner mellan fasadpelarna, inget sekundärsystem behövs. Bild 2 visar ett sådant exempel.
Systemet innebär tjockare paneler för att klara vindbelastningen och isolerkärnan blir oftast av stenull eller glasull som klarar isoleringskraven med de väggtjocklekarna. På köpet får man bättre brandegenskaper jämfört med PUR och PIR. Dimensioneringen blir mycket enklare eftersom inga tvångsspänningar uppstår av temperaturskillnader mellan yttre och inre metallskikt, endast utböjningens storlek påverkas av temperaturskillnaden. Dessa paneler har en enklare utformning av not och spont eftersom infästningen endast sker i panelernas ändar och kan döljas med plåtbeslag, se (2) figur 1. Temperaturerna på metallskikten är variabla laster och beror på årstid samt om kulören på utsidan är mörk eller ljus. EN 1993-7 rekommenderar samma temperaturer som EN 14509 men det finns möjlighet att styra det genom nationella val om man vill det.
En utmärkande egenskap för sandwichpaneler är att isolerkärnans hållfasthetsegenskaper visar stor spridning. I kapitel 4 finns en tabell som anger vilka materialfaktorer gMi man kan använda vid dimensioneringen. De är medvetet satt väldigt högt för isolerkärnan av just den anledningen. Tabellvärdena är dock ganska ointressanta eftersom alla tillverkare gör kontinuerliga belastningsprov och får ut dimensioneringsparametrar och betydligt lägre materialfaktorer den vägen. Ett litet bekymmer i sammanhanget är att man inte behöver deklarera framprovade materialfaktorer i prestandadeklarationen. Det betyder att man som konstruktör inte kan beräkna den ”verkliga bärförmågan” utifrån prestandadeklarationen, man är i stället hänvisad till tillverkarens dimensioneringstabeller om de finns tillgängliga. Varför det är så i EN 14509, som är den harmoniserade standarden som man CE-märker mot, är svårt att förstå. I EN 1993-7 påtalas att de ”verkliga materialfaktorerna” bör deklareras men att det är frivilligt.
När man dimensionerar i brottgränstillståndet ska man hämta partialkoefficienterna från EN 1990 med tillhörande nationell bilaga.
Det viktiga är att lasteffekten av temperatur finns med i lastkombinationerna om man använder flerfackssystem. I det fallet har man inte heller full balkverkan på grund av isolerkärnans låga skjuvstyvhet. Det innebär att stödmomenten blir mindre och fältmomenten större. I bilaga A finns tio sidor med tabeller och ekvationer med vars hjälp man kan beräkna snittkrafter för flerfackssystem. De täcker dock bara in standardfallen med samma spännvidd i alla fack och ett begränsat antal lastuppsättningar. Ska konstruktören projektera flerfackssystem i sin vardag behövs ett dimensioneringsprogram som klarar av alla tänkbara situationer. Det mest kända på marknaden är ett tyskt program som heter SandStat. Ekvationerna i bilaga A hör bättre hemma i en handbok eller lärobok men eftersom en sådan inte finns har man valt att publicera dem i eurokoden.
I bruksgränstillståndet ska man förutom att kontrollera deformationerna även kontrollera påkänningarna i metallskikt och isolerkärna. När man gör det ska den karakteristiska lastkombinationen användas till skillnad från nuläget där den frekventa lastkombinationen används till deformationsberäkningen. Syftet med kontrollerna är att se till att deformationerna inte blir för stora och att inga synliga defekter uppstår på metallskikten, dvs sträckgränsen får inte överskridas.
Kapitel 7 Bärverksanalys
Kapitel 5 handlar om material och kapitel 6 om beständighet. De innehåller inga förändringar jämfört med EN 14509. Vi hoppar i stället till nästa kapitel som handlar om bärverksanalys.
Det normala är att man beräknar snittkrafter och deformationer med elasticitetsteori. Har man ett flerfacksystem måste man då ta hänsyn till temperatureffekten och isolerkärnans skjuvstyvhet. Under vissa förutsättningar har man dock möjligheten att använda plasticitetsteori i brottgränstillståndet vilket innebär att stödmomenten sätts till noll (eller ett annat värde som styrs med nationellt val) och systemet övergår till en serie av enkelspända paneler. Fördelen är att effekten av temperatur då försvinner förutsatt att metallytorna inte är profilerade. Påkänningarna måste dock alltid kontrolleras med elasticitetsteori i bruksgränstillståndet. Även upplagsreaktionerna som dimensionerar panelernas infästning måste beräknas med elasticitetsteori.
När snittkrafterna är bestämda kan man beräkna tvärsnittets drag- och tryckpåkänningar med vanlig hållfasthetslära. Böjmomenten tas om hand genom normalkrafter i metallskikten och tvärkrafterna genom skjuvspänningar i isolerkärnan. Är något av metallskikten profilerad måste man ta hänsyn till det i snittkraftsberäkningen och att spänningsfördelningen i tvärsnittet påverkas. En stor del av kapitlet handlar om hur tvärsnittets påkänningar beräknas för olika fall.
Kapitel 8 Brottgränstillstånd
Det här kapitlet innehåller alla snittkontroller som ska utföras. Det som är nytt är att påkänningskontroller för axiellt belastade paneler har tillkommit. Man får alltså möjlighet att dimensionera stående sandwichpaneler som bärande väggar om panelen har deklarerade krypkoefficienter från tillverkaren. En applikation där det kan användas är till exempel kyl- och frysanläggningar och byggnader utan huvudstomme.
En annan nyhet är att man introducerar ett interaktionssamband för böjmoment och upplagstryck som inte finns i EN 14509. Det är aktuellt vid flerfackssystem men även för enkelspända paneler som belastas med linjelaster vinkelrät mot bärriktningen.
Kapitel 9 Bruksgränstillstånd
Påkänningskontrollerna från kapitel 8 upprepas här för bruksgränstillståndet och kompletteras med utböjningskriterier, dels för olika applikationer (vägg, innertak, yttertak), dels för panelskruvarnas böjning pga yttre metallskiktets förskjutning i förhållande till det inre.
Bilagorna
Samtliga bilagor i den här eurokoden är informativa vilket betyder att de inte har statusen som föreskrift.
Bilaga A har jag redan nämnt.
Bilaga B behandlar punktlaster och linjelaster som är riktade parallellt med sandwichpanelernas bärriktning. Ett exempel är när man fäster solpaneler på ett tak eller hänger ett läktsystem med fasadbeklädnad utanpå ytterväggen. Som jag uppfattar texten omfattar beräkningsreglerna endast fallet när lasten är riktad mot panelerna. Fallet med utåtriktade linjelaster av vindsuget borde ge sämre bärförmåga men det framgår inte. Hur som helst ska man kontrollera att panelens verksamma bredd är större än avståndet mellan lasterna. Är den inte det ska man öka lasten proportionerligt. Metodiken förutsätter att faktorerna Cw och Cv har angivits i tillverkarens prestandadeklaration vilket är helt nytt. Hur provningen ska gå till för att ta fram dessa faktorer ska framgå av ett dokument som bilagan hänvisar till men som ännu inte är publicerad.
Bilaga C behandlar håltagningar i sandwichpaneler som inte avväxlas med balkar. Några sådana anvisningar finns inte i EN 14509. Reglerna förutsätter att hålen är placerade minst 100 mm innanför sidskarvarna vilket betyder att de bara kan tillämpas på mindre håltagningar som är placerad inom en panelbredd. Följer man anvisningarna ska alla övriga hål avväxlas. Eftersom det här är en informativ bilaga är den att betrakta som en rekommendation och tillämpningen är väl i första hand på tak som belastas av snö och egentyngd under en del av året. I Norden har vi för väggar som belastas av sporadisk vindlast under väldigt många år tillämpat en metod som finns beskriven i [3] och som innebär att man kan flytta laster från avkapade paneler till intilliggande paneler via sidskarvarna. Den tillåter håltagningar för fönster och dörrar utan avväxlingar om man ökar lasten runt hålet enligt en 70-30 regel som har fungerat väl under alla år. Den borde vara nämnd eller åtminstone kommenterad i den här bilagan.
Bilaga M anger vilka materialegenskaper som tillverkaren bör ange i sin prestandadeklaration, den följer i princip det som för närvarande anges i EN 14509. Här har man dock kompletterat med några egenskaper som jag antar kommer att införas i en reviderad EN 14509. Jag har nämnt faktorerna som behövs för att kontrollera bärförmågan mot punkt- och linjelaster. Vill man nyttja takpaneler till att staga takåsarna måste man även deklarera skjuvstyvheten S. Sandwichpaneler som nyttjas för sidostagning av andra bärverk hoppar upp till konstruktionsklass 2 och kommer att få en egen produktstandard EN 14509-2 som inte är publicerad ännu.
Slutligen
EN 1993-7 har som sagt varit ute på remiss under vintern och våren, det som formellt kallas för CEN Enquiry. I april genomfördes en omröstning där remissutgåvan godkändes av alla medlemsländer med några få undantag. Dock lämnades en hel del kommentarer som ska behandlas av arbetgruppen och publiceras senare i år i en ny utgåva som får statusen Formal Vote Draft. Då är vi ganska nära den slutgiltiga utgåvan.
Referenser
[1].prEN 1993-7:XXXX Eurocode 3: Design of steel structures – Part 7: Sandwich panels
[2] SS-EN 14509:2013 Självbärande sandwichpaneler med metallytskikt på båda sidor om en isolerkärna – Prefabricerade produkter – Krav
[3] Preliminary European Recommendations for the Design of Sandwich Panels with Openings: 2014
Författare
Erik Andersson, Lindab
