I Sverige konstrueras stålstommar till hallbyggnader till övervägande del med stålfackverk som monteras på slanka stålpelare och som bär laster med långa spännvidder. Normalt är inte pelarna momentupptagande mot grunden utan konstruktören betraktar anslutningarna som momentfria leder vilket förenklar grundläggningen. För att inte byggnaden ska ramla omkull måste därför pelarna ha någon form av stöd uppe i taknivån och det kan man åstadkomma genom att utforma taket som en styv skiva med förmåga att föra krafterna från pelartopparna och vidare till fasta stöd som utgörs av så kallade vindförband placerade innanför ytterväggarna. Den styva takskivan kan till exempel åstadkommas med horisontella takfackverk men den absolut vanligaste metoden i dom nordiska länderna, med undantag av Finland, är att utnyttja den bärande takplåten för det här ändamålet. Den finns ju ändå där, och det fordras inte speciellt många eller speciellt kostsamma åtgärder för att få det att fungera om det utförs på rätt sätt.
Beräkningsmodell
Modellen för att beräkna snittkrafterna finns beskriven i bland annat [1], framgår av figur 1 och är i sitt grundutförande väldigt enkel. Man betraktar helt enkelt takskivan som en fritt upplagd balk där takplåten utgör balklivet och någon form av stålprofil längs ut i kanterna får fungera som balkens flänsar. Stålprofilerna kallas för kantbalkar och kan utformas på en mängd olika sätt. Tillverkar man dom av tunnplåt har man stor frihet att anpassa dom till hur man vill utforma anslutningen mellan tak och yttervägg och hur stora tryckkrafter de ska klara av. Några exempel visas i figur 2. Man kan även utnyttja den yttersta takplåtsraden som kantbalk och dimensionera den för både axiell och vertikal last. I det fallet får man förmodligen gå upp i plåttjocklek för just dom plåtarna eller kanske montera dom i två lager.
När man har beräknat snittkrafterna börjar det stora arbetet med att dimensionera alla skruvförband som behövs för att binda ihop takskivans alla beståndsdelar och även se till att samtliga krafter kan överföras mellan takskiva och stomme. Det är nu det blir problematiskt för den projekterande huvudkonstruktören eftersom arbetet kräver specialistkunskaper inom tunnplåtsteknik och dessutom tillgång till dimensioneringsprogram som nästan alltid ägs av tillverkaren av tunnplåtsprodukterna. Man kan alltså inte göra en generell dimensionering som fungerar för alla på marknaden tillgängliga takplåtar. Det här är orsaken till att konstruktören måste dra ett streck över sin takplan och skriva ”bärande takplåt dimensioneras för skivverkan av leverantören”.
Projekteringsprocessen
Det finns så klart en problematik i förhållandet att man lämnar en så viktig egenskap som byggnadens stabilisering till en aktör som i projekteringsskedet är helt okänd och som i praktiken kan bli vem som helst utan att behöva visa upp någon form av kvalifikationer. Det här arbetssättet har existerat så länge jag har varit verksam i tunnplåtsbranschen och det går för det mesta bra men jag har varit med för länge för att påstå att det är oproblematiskt. Man ska vara medveten om att när plåtleverantörens konstruktör ska utföra projekteringen av takplåten och därigenom lösa de sista pusselbitarna för byggnadens stabilisering så befinner vi oss väldigt nära tidpunkten då takplåten ska monteras, säg att det i normalfallet är mindre än tre veckor. Då har stommen med all säkerhet redan tillverkats och möjligheterna till att påverka dess utformningen finns inte längre. Får man av varierande orsaker problem i det här läget blir det upp till plåtkonstruktören att förhoppningsvis lösa dom med tunnplåtsprodukter eftersom man klivit in i ett åtagande vars konsekvenser inte alltid är så enkel att förutse när man lämnar sin offert till köparen. Det gäller speciellt takskivor som är sammansatt av flera delskivor eller har en geometri som avviker från den enkla rektangulära.
Det finns hallbyggare som istället för att arbeta på det beskrivna sättet insett fördelen med att involvera kompetenta plåtkonstruktörer tidigt i projekten, inte bara för att lösa frågor kring byggnadens stabilisering, utan även andra viktiga detaljer som man bäst löser i projekteringsfasen istället för att göra det i byggfasen då kostnaden för lösningarna sticker iväg exponentiellt. Det kan vara lösningar kring brandskydd, akustik, materialval, knepiga detaljlösningar mm. Många plåtleverantörer sitter på en hel del kunskaper inom dessa områden eftersom de utvecklat egna produkter med funktioner som löser just den här typen av byggtekniska problem.
Kritiska områden i takskivor
Jag ska ta upp några aspekter kring skivverkan i tak som är viktig att belysa. Den svåraste delen av skivverkansberäkningen handlar ofta om hur man ska föra in vindlasterna till takskivan när det blåser mot byggnadens gavlar. I lastfallet vind mot långsidorna sker kraftöverföringen mellan stomme och takplåt via takfackverkens överramar och eftersom de är lika långa som takskivans bredd får man ett jämnt och fint kraftflöde utan lokala kraftanhopningar (figur 3a). När det blåser mot gavlarna är däremot förutsättningarna inte lika goda. Gavelpelarna knuffar på gavelbalken med vindlast och de ska i sin tur överföra vindlasten till takskivan. Här finns inga långa takbalkar som kan hjälpa till med det uppdraget utan lasterna måste istället gå direkt från gavelbalken in i takskivan. Minst två saker inträffar då som kan ställa till problem.
Dels utsätts takskivan för tryckande normalkrafter som orsakar att takplåten kan knäckas nedåt mellan gavelbalken och första fackverket. Takets egentyngd och snölast verkar åt samma håll och hjälper dessutom till att öka knäckningsrisken (figur 3b).
Dels kommer takskivans infästning till gavelbalken att utsättas för stora koncentrerade krafter i området precis ovanför gavelpelarna där vindlasten i form av punktkrafter belastar takskivan. Till dessa krafter ska man dessutom addera krafter från uppåtriktad vindlast och skjuvflödet från själva takskivan som verkar vinkelrätt mot vindlasten. Sammantaget utsätts fästelementen för krafter i tre olika riktningar där den som kommer från gavelpelarna helt klart dominerar. Eftersom gavelbalkarna är smalare än övriga takbalkar och takplåtens vågdalar också är trång blir det ibland svårt att få plats med alla fästelement som erfordras. Det gäller förstås höga och vindutsatta byggnader men också de som har limträstomme eftersom tvärkraftskapaciteten för träskruv är betydligt sämre än för skjutspik. Frågan är då hur man löser det här uppkomna problemet när man tidsmässigt befinner sig nära monteringsstart och stommen redan står på plats?
Exempel på konstruktionslösningar
Ett sätt är att komplettera stommen med lastinföringsstag mellan gavelbalken och första fackverket (figur 4). Då kan man föra in krafterna i takskivan på ett liknande sätt som när det blåser mot långsidorna och man eliminerar både utrymmesbristen för fästelementen och knäckningsrisken. Lösningen brukar dock inte tas emot väl eftersom det är dyrt att komplettera en stomme som redan är monterad, dessutom uppstår så klart diskussionen vem som ska betala för åtgärderna. Plåtleverantören sitter ofta med Svarte Petter i den här situationen eftersom hen har offererat en produkt som ska inkludera skivverkansfunktion. Lösningen kan bli att på olika sätt försöka bredda gavelbalkens översida med plåtbeslag för att få plats med fästelementen eller att montera stag av tunnplåtsbalkar. Det hela utmynnar i en fungerande lösning men inte alltid den mest optimala.
På gavelbalkarna inträffar ytterligare en sak som är värd att nämna. Eftersom skjuvflödet är som störst just i det här området av takskivan kommer takplåten att vränga (distort på engelska) vilket innebär att överflänsen förskjuts i sidled i förhållande till underflänsen. Det kan leda till flytning i profilhörnen samtidigt som det finns risk att profilliven bucklar eftersom skjuvflödet förstorar tryckkraften i vartannat profilliv utöver det som vertikallasten åstadkommer (figur 5a). Det här inträffar dessutom i takplåtens ändar där den är som vekast mot horisontella krafter som är riktad tvärs profileringsriktningen.
Lösningen är att låsa fast överflänsen i förhållande till underflänsen så att fenomenet helt enkelt inte inträffar. Det kan man göra med plåtbeslag som kräver en del eftertanke när de ska utformas. Den variant man ofta ser i litteraturen visas i figur 5b och har formen av ett C. Den fungerar i teorin men är svår att montera i praktiken. Först monterar man nämligen takplåten och fäster den utan dröjsmål till stommen precis som alla arbetsinstruktioner anvisar. Takplåten får av säkerhetsskäl inte ligga lös på balken eftersom den utgör en arbetsplattform för montörerna. Att sticka in tre meter långa C-profiler mellan gavelbalk och takplåt i efterhand blir därför väldigt knepigt. En annan variant visas i figur 5c som förutsätter att montörerna inte skjuter ut takplåten ända ut till takkanten. Den bygger på den lösa grunden att montörerna måste vara uppmärksam på detta när dom lägger ut och fäster plåtarna. Det bästa är naturligtvis att använda en lösning som innebär att takplåten kan monteras och fästas på vanligt sätt och att plåtbeslagen utformas så att de kan monteras i efterhand utan att lossa på takplåtens infästning (figur 5d). Då ökar chansen att de verkligen monteras och att takskivan kan uppfylla sin tänkta funktion.
När det blåser mot gavlarna ska takskivan bära vindlasterna och föra ut krafterna till kantbalkarna som i sin tur transporterar dom vidare till långsidornas vindförband. Här ska alltså en stor kraft överföras från takskivan till stommens vindförband i enskilda korsningspunkter (markerat med ljusblå ringar i figur 3b). Skruvförbanden i dessa punkter kan på grund av utrymmesbrist inte utföras med borrande eller gängande skruv som följer med plåtleveransen utan man måste övergå till bult och borra bulthål i stommen på plats. Det här är så klart en kritisk punkt för att takskivan över huvud taget ska fungera och får under inga omständigheter negligeras eller glömmas bort.
Montering och kontroll av takskivor
Av det som beskrivits ovan förstår man att användandet av skivverkan i plåttak innebär en hel del utmaningar. Dels av konstruktörerna men även av montörerna. Från beställarhåll finns det dessutom anledning att tänka över hur byggnadens stabilisering ska säkerställas. Med många aktörer inblandad i en och samma uppgift finns risk för oklar ansvarsfördelning, missförstånd och därmed ökad risk för att någonting ska gå fel eller inte bli utfört som det var tänkt. Vi kommer i det sammanhanget osökt in på frågan om kontroll. Ämnet är brinnande aktuell efter haverikommissionens slutrapport om Tarfalahallen [4]. Slutsatsen i det skadefallet är att takkonstruktionen var instabil från början och att det fanns brister i både projektering och utförande. Rapporten kritiserar även förfarandet med att stomme och takplåt dimensionerats var för sig av olika företag och att ingen tog helhetsgreppet.
Enligt Boverkets EKS ska utförandekontroll alltid genomföras av byggnadsverk i säkerhetsklass 2 och 3 och att det är byggherrens ansvar att undersöka om monteringsarbetet har utförts enligt anvisningarna på monteringsritningarna. Stabiliserande takskivor tillhör säkerhetsklass 3 och ska därmed i enlighet med regelverket alltid genomgå utförandekontroll. Normalt sker det genom att montören undertecknar en standardblankett för egenkontroll att arbetet är utfört enligt monteringsritningarna. Problemet med ett sådant enkelt förfarande är att montören enbart kontrollerar sig själv och att möjligheten att hitta brister bygger på att montören har uppfattat informationen på ritningarna på rätt sätt. Ett följdproblem är att beställaren som har undersökningsplikten helt och hållet förlitar sig på att montörens kontrollåtgärder uppfyller alla gällande krav.
Istället borde det upprättas en kontrollplan där det framgår exakt vad som ska kontrolleras och även omfattningen av kontrollerna. Den som upprättar kontrollplanen ska naturligtvis vara konstruktören som projekterat taket och som vet vilka punkter som är viktig att kontrollera. Kontrollen ska helst utföras av en oberoende kunnig person och innan taket täcks igen med isolering och tätskikt och därmed försvårar kontrollen eller gör den helt omöjlig att genomföra. Särskilt viktiga punkter ska naturligtvis fotograferas.
Det här förfarandet finns till viss del reglerat i SS-EN 1090-4 [2] som är Sveriges nationella standard för tillverkning, montering och dokumentation av bärande tunnplåtskonstruktioner.
Där föreskriver man dock att montören ska upprätta kontrollplanen men jag menar att det i grunden är fel eftersom det bara är konstruktören som har insikt i vad som är viktiga funktioner i en takskiva och kan göra kvalitativa riskbedömningar. Dessutom är standarden skriven på ett sådant sätt att beställaren aktivt måste uppmana montören att upprätta kontrollplanen annars blir det på det vanliga sättet med att förlita sig på montörens egenkontroller.
Avslutningsvis
Tanken med den här artikeln är att förklara hur stabiliserande takskivor fungerar och att lyfta frågor kring hur vi säkerställer att hallbyggnader inte rasar samman pga fel i dimensionering och/eller utförande. Det har skett för många byggnadsras i närtid och flera rapporter har kommit till slutsatsen att det finns systematiska brister i den byggprocess vi tillämpar. Dels behövs det åtgärder kring regelverket men branschen som helhet, och byggherrarna i synnerhet, har också ett ansvar att åstadkomma bättre samordning och styrning mellan de olika aktörerna i ett byggprojekt. Undermåliga kravspecifikationer och bristande ritningsunderlag är för närvarande ett genomgående problem. Även att underentreprenörer och materialleverantörer med projekteringsansvar involveras allt för sent i byggprocessen.
Referenser
[1] Höglund T. 2015, Stabilisering genom skivverkan. SBI Publikation 190 (andra upplagan).
[2] SS-EN 1090-4:2018, Tekniska krav för kallformade tunnplåtskonstruktioner av stål för tak, golv och väggar.
[3] Lagerqvist O. 2018, Handbok för tillämpning av SS-EN 1090-4. SBI Publikation 198
[4] Statens Haverikommission, Slutrapport RO 2021:01. Takras i Tarfalahallen i Kiruna.
Författare
Erik Andersson, Konstruktionschef, Lindab Profil
