Man utgår då från uppbyggnaden av materialet, från spänningsfördelningen över tvärsnitten och från den momentfördelning som olika lastfall ger. Genom att studera bärverken på detta sätt kan material sparas. De kan också ges en intressant form som dock kan bli mer kostsam att tillverka.
Bärförmåga och spänningar
I momentbelastade homogena balkar utnyttjas materialet inte särskilt bra över hela tvärsnittet. Spänningarna är triangulärt fördelade och de yttersta lamellernas hållfasthet bestämmer därmed bärförmågan.
I tvärsnittets mitt är drag- och tryckspänningarna mycket små. Det är därför möjligt att göra balkar med I-profil, det vill säga att använda virke med mindre bredd i balkarnas mittparti. Om tillräckligt material finns för att uppta skjuvkrafterna vid balkarnas upplag kan i huvudsak samma bärförmåga uppnås som för en balk med homogent tvärsnitt. I limträets ungdom varierades tvärsnittets bredd på detta sätt. Bärverken i taket på Stockholms central, tillverkade 1924, är visserligen bågar men de har ett sådant I-format tvärsnitt. Numera tillverkas balkar normalt med rektangulärt tvärsnitt och istället med virke av lägre kvalitet i mittpartiet. Genom att välja virke av hög kvalitet eller till exempel LVL-material i balkarnas yttre lameller kan extra hög bärförmåga uppnås.
Bild 1. Limträbåge, Stockholms centralstation byggd 1924. Foto: Sture Samuelsson.
Balkens form
Eftersom det böjande momentet varierar utmed en balk kan också balkens höjd varieras. Detta kan utnyttjas för att göra balkarna slankare. För sadeltak är formen lätt att utnyttja men även vid plana tak och pulpettak, då vinkeln vänds nedåt, kan principen användas för att göra balken slankare. Är balken kontinuerligt upplagd på flera stöd uppträder de största momenten över mellanstöden. På samma sätt som för betongkonstruktioner kan balkarnas tvärsnitt ökas genom att de förses med voter. Förutom att balkarnas profil är anpassad efter momentet ger de ett spänstigare intryck.
En så kallad bumerangbalk är en balk för sadeltak som i underkanten getts en bågform. Möjligheten att minska sektionens höjd har utnyttjats. Här gäller det dock att se upp. Om en sådan balk som utsätts för vanlig vertikal last får starka dragspänningar vertikalt i balkens mitt kan balken dras isär. Balken måste antingen ha en bredd i balkmitt som är tillräcklig för att ta upp spänningarna eller också måste den förstärkas med skruvar, pålimmad plywood eller liknande.
Bild 2. Motorvägsbro, Verdenberg-Sevelen, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
Sammansatta balkar
Ett sätt att bygga balkar med varierat tvärsnitt är att använda skivmaterial för att uppta skjuvkrafter i mittpartiet. Vid balkar med mindre spännvidd kan flänsarna utgöras av vanligt virke. Vid större spännvidder och laster kan limträ eller LVL användas i flänsarna. Som liv mellan flänsarna används vanligen träbaserade skivmaterial, plywood, OSB eller dylikt. Balken kan ges ett I-tvärsnitt eller ett lådformat tvärsnitt. I liten skala utformas fogar för limspikning men för mindre standardbalkar finns rationella, industriella tillverkningsmetoder. Om flänsarna kan skarvas på ett säkert sätt kan man göra I- och lådbalkar för mycket stora spännvidder.
Bild 3. Utkragande tak cirka 18 m, Lustenau, Österrike. Foto: Sture Samuelsson.
Bild 4. Lådbalk för utkragande tak. Liv av OSB-skiva och flänsar av limträ,
Lustenau, Österrike. Foto: Sture Samuelsson.
I Sverige finns sedan gammalt de tre välkända skivmaterialen plywood, träfiberskiva och spånskiva. För den så kallade Masonite-balken används träfiberskiva som liv. En variant av spånskiva, OSB, som består av riktningsorienterade långa flis är också väl lämpad i bärande konstruktioner. Den används ofta där plywood tidigare användes.
Bild 5. Balk med I-tvärsnitt med liv av träfiberskiva. Hultsfredshus.
På alla balkar med tunt skivmaterial som liv kan detta buckla om tvärkrafterna blir för stora. Det gäller därför att de avstyvas tillräckligt vid upplagen och där stora laster kommer in på ett sätt som gör att livet utsätts för stora tryckkrafter. Ett sätt att styva upp livet är att korrugera det så som sker i tyska Wellstegträger.
Bild 6. Balk med korrugerat liv, Wellstegträger, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
Samma princip som används för balkar med tunt skivmaterial utnyttjade Hilding Brosenius men med vanligt virke i den så kallade HB-balken. Livet utgörs av tunna brädor som spikats korslagda i diagonal riktning i förhållande till balkens flänsar. På detta sätt byggdes balkar, ramar och treledsbågar för hangarer, idrottshallar med mera med stora spännvidder. Tekniken var arbetskrävande och används därför inte mer. Den borde dock kunna utvecklas och göras konkurrenskraftig med modern spikningsteknik.
Bild 7. Ram med krysspikat brädliv, HB-systemet, Schartaugymnasiet, Stockholm. Foto: Sture Samuelsson.
Ytbärande kassetter
Genom att limma samman ytmaterialen och balkarna, så att en sorts I- eller T-tvärsnitt bildas, kan man uppnå mycket god bärförmåga. Detta utnyttjas alltför lite. Utomlands finns många exempel på framgångsrik tillämpning av ytbärande principer för sammansatta konstruktioner av trä.
Exempel på ytbärande kassetter
Ytbärande kassetter med samverkanskonstruktion har använts i relativt stor utsträckning för lätta takkonstruktioner i Sverige. Ett exempel är takelement med översida av plywood, liv av träbjälkar eller lättbalkar och undersida av plåt.
Bild 8. Ytbärande kassetter med översida av plywood och undersida av plåt. Masonite tak.
Bild 9. Montering av ytbärande kassett. Masonite tak Fotograf: Sture Samuelsson.
Speciella ytbärande kassetter, uppbyggda av vanligt trämaterial, har använts som balkar i en underspänd takkonstruktion i Teufen. De används också som åsar i en utställningshall i Genève. Genom att förse åsarna med slitsar och fylla hålrummet i dem med isoleringsmaterial bidrar kassettbalkarna till en god rumsakustik.
Bild 10. Lådelement utförda som ytbärande kassetter. Konstruktör: H. Blumer, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
Bild 11. Lådelement som åsar i taket över utställningshall, Genève, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
Arkitekten Hansjörg Hilti i Liechtenstein har ritat en ytbärande konstruktion för bjälklag i en läkarmottagning i Schaan. Den består balkar av limträ och ytskikt av treskiktsplattor. Den undre är perforerad av akustikskäl. Elementen är på ovansidan försedda med stegljudsisolerat övergolv. Elementen, som var tillverkade i fabrik, hade en storlek av 5,6 x 8 m vilket gav en del transportproblem.
Bild 12. Tak i läkarmottagning utfört som ytbärande kassett, HJ Hilti, Liechtenstein. Foto: Sture Samuelsson.
