Hållfasthet - grundläggande
En byggnadsstomme skall klara av alla de belastningar och påfrestningar byggnaden utsätts för under dess livslängd. Avsnittet hållfasthetslära beskriver översiktligt och generellt hur byggnadsdelar påverkas vid belastning.
Texten under varje rubrik kan både öppnas och stängas ner igen - genom att klicka på rubriken
Lasten eller belastningen som påverkar en byggnad, en väg eller anläggning kan beräknas som den kraft som verkar - med ett visst tryck - mot underlaget, t ex på ett bjälklag.
Exempel på belastningar (laster) som byggnader och byggdelar kan utsättas för:
- Människor, maskiner och inventarier
- Vindlast, snölast
- Olyckslast, påkörningslast
- Jordtryck, dvs markens tryck mot husgrunden
En belastning eller last kan ske på en mycket begränsad yta eller en punkt och kallas då för punktbelastning:
En tyngd eller belastning som breder ut sig över en större yta kallas utbredd last:
En koncenterard belastning på en byggnadsdel, som en punktlast, kan genom byggnadstekniska åtgärder fördelas till en mer utbredd last, vilket genrellt är bättre ur hållfasthetssynpunkt.
För att fördela den annars koncentrarade tyngden från t ex en tung maskin som placeras på ett industrigolv kan man gjuta ett fundament som tar upp och sprider lasten över en större yta och därmed minskar de skadliga påkänningarna i underlaget:
På samma sätt bygger man med fundament under byggnader för att fördela tyngden av byggnaden ner i marken. En mer utbredd last tas bättre upp och undviker sättningar och deformationer i marklagren. Så kallade grundsulor gjuts i anslutning till källareväggar och grundplattor och har till uppgift att sprida ut den last som via byggnadens stomme, bärande väggar förs ner i grunden.
Hur stor är kraften som verkar på byggnadsdelen?
Belastningen på en byggnadsdel anges i enheten Newton, eller kN/m2, och är ett mått på den kraft som verkar vertikalt eller horisontellt mot en byggdel, t ex snölasten på ett tak.
Här planeras några beräkningsexempel kring belastning på byggdelar
När en byggnadsdel t ex ett bjälklag eller en balk utsätts för en belastning i någon punkt uppstår spänningar i materialet, sk påkänningar. Dessa påkänningarna kan orsakak spänningar i olika materialriktningar, dvs inte enbart i den riktning som kraften verkar.
Ur hållfasthetssynpunkt är det viktigt att både bedömma de krafter som en byggnad eller en väg kommer att utsättas för - och hur stora påkänningar som valda material och konstruktioner klarar av!
När byggmaterial hållfasthetstestas brukar materialet utsättas för bl a drag-, böj- och tryckpåkänningar.
Vid utbredd last blir också materialpåkänningarna mer utbredda eller "utspädda", så att materialet lättare och under längre tid kan stå emot påkänningarna.
Det finns också knäckpåkänningar, vridpåkänningar som uppstår i materialet till följd av de krafter som verkar mot byggdelen. Skjuvpåkänningar uppstår vid friktion mellan två sammanfogade material
Påkänningarna och spänningen som uppstår i en byggdel under belastning anges i enheten Pascal eller MPa, dvs 10MPa är lika med 10 000 Pascal.
Ett materials eller en byggdels hållfasthet är ett mått på hur stora påkänningar materialet tål innan det går sönder och ett "brott" uppstår - eller permanent deformeras (så att byggdelar inte kan återta sin ursprungliga form och hållfasthet).
- Hållfasthet är grundläggande för byggande medan beständighet hos olika material är avgörande för materialens lämplighet i olika konstruktioner!
- Beständigheten, är ett mått på (eller en bedömning av) hur länge ett material – vid påverkan av laster, fukt, väder och vind mm – kan upprätthålla sin hållfasthet, stabilitet och funktion.
Genom laboratorietester av skiljer man mellan byggmaterialens drag-, tryck och böjhållfasthet. Hållfasthet mäts liksom påkänningar i enheten Pascal/MPa och varierar med byggmaterialens sammansättning och densitet.
Materialtillverkare och -leverantörer kan redovisa sina produkters hållfasthet som fastställts genom provningar och beräkningar. De allra flesta materialleverantörer har uppgifter om sina olika produkter på sin hemsida på internet. För att hitta rätt produktinformation är det bra om man har produktens namn och eventuella beteckning tillgänglig.
Elasticitetsmodulen - en viktig materialegenskap
Elasticitetsmodulen för byggmaterial är en ur hållfasthets och beständightesynvinkel viktig egenskap. Senna s k E-modul anges i Pascal (MPa) och är et mått på hur mycket ett material töjs eller defomeras i förhållande till den påkänning/spänning materialet utsätts för samt hur väl materialet återgår till sin ursprungliga form och hållfasthet efter det att belastningen upphört.
Lite förenklat kan man nog påstå att ett material eller en byggdel måste ha minst lika stor hållfasthet i MPa som de påkänningar/spänningar som uppstår i materialet när det belastas.
I figuren nedan tar de uppåtriktade krafterna R1 och R2 upp tyngden av hela konstruktionen (egenvikten) - samt den extra belastningen på 5oo kg:
Det är viktigt att förstå hur kraften kan orsaka spänningar/påkänningar i olika materialriktningar, var tryck- respektive dragpåkänning uppstår samt vilka material som lämpar sig bäst i olika konstruktioner.
Byggnadsstommens, byggdelarnas och materialens hållfasthetsegenskaper medverkar allts¨till att det i ett stabilt "jämviktsläge" alltid finns lika stora motriktade krafter - som de krafter som belastning av t ex människor och maskiner i en byggnad eller snö på taket orsakar.
