Figur 1: Fysisk modell av utformningsförslaget.
Byggindustrin står för en stor del av dagens CO2 utsläpp, och det blir allt viktigare att fokusera på cirkulära processer. Flera svenska stålleverantörer har börjat erbjuda lager, i rapporten kallat inventarier, av återbrukade bärverksdelar och utför även testning av dem enligt MVR:s riktlinjer. Trots tillgängliga lager och kunskap kring testning så är det fortfarande ovanligt att återbruk implementeras i designprocesser. Examensarbetet syftade till att utforma en metod för hur konstruktörer kan arbeta in tillgängliga återbrukade bärverksdelar i projekt. Detta med hänsyn till att dagens inventarier inte är oändliga och kan förändras över tid. Arbetet syftade även till att förstå hur man genom utformningsbeslut kan främja återbruk och på så sätt minska klimatpåverkan från en stomme.
Arbetsflödesutveckling & designprocess
Förutsatt att återbrukade element är testade så att de kan likställas med nya skiljer sig dimensioneringen inte åt. Utmaningen är snarare att välja placering och sammanfogning till en helhet samt att hantera förändringar i inventariet. Arbetets fokus var därför att utveckla ett verktyg som hjälper konstruktören att matcha tillgängliga element med en stomme. Verktyget har sedan testats genom att utforma en fiktiv kontorsbyggnad och matcha stålstommen med återbrukade element som fanns tillgängliga hos Stena Stål i september 2023 samt element från en tillfällig byggnad.
Matchningsverktyget
I arbetet kartläggs tre alternativa arbetsflöden som kan bli aktuella i återbruksprojekt beroende på elementens ursprung. Alla dessa flöden underlättas av att använda ett matchningsverktyg. Matchningsverktyget tar en stomme med nya element och byter succesivt ut dessa mot återbrukade. En matchning sker bara om det återbrukade elementet uppfyller krav på bärförmåga och stadga enligt Eurokod 3 och EKS 12 samt användarkrav på geometri. Verktyget är en Grasshopper-komponent programmerad i C# och optimerar matchningarna så att stommens inbyggda klimatavtryck mätt i kg CO2e minimeras. Det kompletteras av andra verktyg för att bestämma exempelvis snittkrafter och deformationer.
Arbetsflödet enligt Figur 2 inleds med att en centrumlinjemodell skapas och analyseras med FEM. Tvärsnitten som krävs om alla element i stommen var nyproducerade uppskattas och de tillgängliga återbrukade elementen sammanställs i ett Excel-ark. Informationen utgör matchningsverktygets utgångspunkt. Med hjälp av en sökalgoritm kallad A* erhålls en ny modell med uppdaterade tvärsnitt, samt information om matchningarna och stommens klimatpåverkan enligt Figur 3. Att matchningsproceduren görs automatiskt är fördelaktigt då stommens tvärsnitt snabbt kan uppdateras om förändringar sker under projekteringen. Avslutningsvis analyseras FEM-modellen med de uppdaterade tvärsnitten och verifieras enligt Eurokod.
Figur 2: Diagram över arbetsflödet.
Figur 3: Användarstyrda parametrar och output från verktyget.
Applicering av verktyget
För att testa det digitala matchningsverktyget utformades flera olika stommar till en fiktiv kontorsbyggnad. Syftet med detta var att kunna jämföra flera stommar mot varandra, genom att utvärdera bland annat deras klimatpåverkan och hur många nya element som kunde bytas ut mot återbrukade.
Figur 4: Resultat från matchningsverktyget.
Efter den första matchningen valdes de två bästa skisserna ut för vidareutveckling. Baserat på statistik från verktyget som förklarar varför vissa element inte kunde matchas förfinades skisserna. På så sätt kunde klimatpåverkan minskas ytterligare. Exempel på ändringar var att skifta pelarrader för att få en större variation i spännvidderna och att utforma det stabiliserande systemet mer effektivt.
Figur 5: Genom justeringar av de två skissera kunde återbruksgraden fördubblas.
Efter den andra matchningen valdes den bästa skissen ut och en slutkontroll av de uppdaterade tvärsnitten gjordes.
Slutsatser
Från detta examensarbete dras slutsatsen att små utformningsförändringar gjorda för att gynna återbruket och designbeslut fattade med återbruk i åtanke kan leda till stora besparingar i klimatpåverkan. Med ett matchningsverktyg kan konstruktören spara tid vilket är fördelaktigt då designprocessen är repetitiv vid återbruksprojekt. Det kan också göra att fler utformningsalternativ hinner utredas och dess klimatpåverkan kan kartläggas vilket kan resultera i en bättre kvalité för projektet.
Läs hela examensarbetet här
Författare
