Med hjälp av fackverk kan man åstadkomma mycket stora träkonstruktioner, såväl raka balkar som ramar och bågar, på ett materialeffektivt sätt. Detta kan också ge konstruktionen ett lättare uttryck. De stora bärverken i OS-arenorna i Hamar och Lillehammer i Norge samt för ankomsthallen på Gardermoens flygplats är utförda som fackverk.
Stänger och förband i fackverk
Ett fackverk byggs upp av stänger som i princip är påverkade enbart av normalkrafter, det vill säga drag- eller tryckkrafter. I princip fungerar ett fackverk så att det inre momentet upptas av ett kraftpar i flänsarna och att tvärkrafterna tas upp av livstängerna. I ett horisontellt bärverk belastat med en yttre nedåtriktad last får man tryckkrafter i överramen och dragkrafter i underramen. Beroende på hur livstängerna placeras får de tryck- eller dragkrafter. Genom att placera dem på ett genomtänkt sätt blir de korta stängerna tryckta och de längre dragna. Lastkapaciteten för tryckta stänger måste nämligen reduceras på grund av risken för knäckning och då har längden stor betydelse. Stänger som alltid kan förutsättas bli dragna kan utföras med tunna rundjärn av stål.
Bild 1. Korslagda fackverksbalkar. Ruinöverbyggnad, Chur, Schweiz. Arkitekt: P. Zumthor Foto: Sture Samuelsson
Genom att vara noga med att alla krafter i en knut möts i en punkt kan knutpunkten anses som en led. Då är det endast normalkrafter, det vill säga tryck- och dragkrafter, som påverkar förbanden. Det är då enkelt att bestämma kraftfördelningen i fackverkets stänger. Om inte stängernas systemlinjer går samman i en punkt ger det obalanserade moment som komplicerar beräkningarna och ger stora spänningar som är svåra att ta hand om. I verkligheten får dock inte alla stänger renodlade axiella belastningar till exempel genom att övre och ofta även undre ramstången är belastade mellan knutarna. Detta måste man ta hänsyn till vid dimensionering av både förband och stänger.
Bild 2. Ishockeyhall, Valbella, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
Bild 3. Knut i fackverk över ishockeyhall, Valbella, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
Rymdfackverk
Ibland utförs fackverk som rymdfackverk. Det kan ske genom att den övre ramstången delas upp på två så att fackverket får en triangulär tvärsektion. Detta är också ett sätt att styva av denna ramstång mot utknäckning i balkmitt och en princip som ofta tillämpas på broar.
Bild 4. Bro München, Tyskland. Foto: Sture Samuelsson.
Balkrost
Balkrost, det vill säga en konstruktion som bär i två mot varandra vinkelräta riktningar, kan också byggas i form av fackverk med trästänger. I en sådan konstruktion kan knutarna bli relativt komplicerade, vilket kan lösas med en så kallad Mero-knut. Det är en standardiserad knutpunktslösning som har många kopplingsmöjligheter.
En balkrost fördelar lasterna på balkarna i de två huvudriktningarna. Konstruktionen lämpar sig bäst för byggnader som är kvadratiska. Om skillnaden mellan längd och bredd är för stor bär balkarna olika mycket last vilket kan göra dimensioneringen besvärlig. Se bilden från Chur.
Bild 5. Multihall, Arbon, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
Bild 6. Meroknut i Multihall, Arbon, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
Bild 7. Balkrost, ruinöverbyggnad, Chur, Schweiz. Arkitekt: P. Zumthor. Foto: Sture Samuelsson.
Fackverk av rundvirke
Rund tvärsnittsform är egentligen olämplig för momentbelastade balkar eftersom de största spänningarna hamnar där ytan är som minst. Som stänger i fackverk, där de axiella lasterna dominerar, lämpar de sig dock väl. På sådant sätt kan fackverksbalkar med obearbetat rundvirke byggas. Rundvirke har goda hållfasthetsegenskaper i förhållande till sågat virke. Sågningen skadar och skär av fibrer i virkets ytterkanter där hög hållfasthet är betydelsefull. Rundvirke är dock ett material med varierande dimensioner och det är därför ett problem är finna en lämplig utformning av knutarna. Inom detta område har relativt mycket gjorts på senare tid, och det finns också exempel på intressant rundvirkesarkitektur.
Bild 8. Skärmtak över impregneringsverk. Konstruktör: J. Natterer, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
Bild 9. Knutlösning för rundvirkeskonstruktion, Nederländerna. Foto: Sture Samuelsson.
Underspända konstruktioner
Träfackverk kan utföras med dragna stänger i stål. Tryckta stänger, till exempel övre ramstången, görs av trä. Dragna stålstänger kan göras mycket slanka medan tryckta stänger, på grund av knäckrisken, måste ha en viss minsta tvärsektion och då lämpar sig trä bättre. Den underspända balken är en speciell balktyp som är ett mellanting mellan en massiv balk och en fackverksbalk. I princip är det en fritt upplagd rak balk understödd mellan sina upplag på en eller flera stödben som i sin tur är upplagda på en draglina som är fäst i balkens bägge ändar.
Stöden och draglinan är eftergivliga och beroende på förhållandet mellan deras eftergivlighet och balkens styvhet blir påkänningen i balken olika stor. En vek balk och styva stöd innebär att balken fungerar som kontinuerligt upplagd balk på flera stöd men om stöden ger med sig kan påkänningarna i balken bli höga. Dragbandet måste följa en linje som ändrar riktning under stödbenen annars överförs inga krafter. Om stödbenen ska ta samma last måste de vara placerade med lika inbördes avstånd och linan bilda en andragradsparabel. Detta är alltså en parallell till momentkurvan för en fritt upplagd balk.
Bild 10. Underspänd balk, Universitetet i Ulm, Tyskland. Foto: Sture Samuelsson.
En underspänd balk fungerar på det sätt som beskrivits endast om den dominerande lasten är jämnt fördelad över balken. Andra lastfall ger helt andra påkänningar i balken. Därför måste man till exempel vara försiktig med att använda konstruktionen för lätta tak med ojämna snölaster från snöfickor eller för lätta brokonstruktioner som blir belastade med rörlig trafiklast. I de fallen måste konstruktionen förses med linor som gör att den mer liknar en normal fackverkskonstruktion.
Stabilitet
Vid dimensionering av alla balkar måste hänsyn tas till stabiliteten. Om balkens tryckta övre ramstång är fri kan den knäcka ut. Balkar måste stabiliseras så att de inte böjer ut ur vertikalplanet vid en viss belastning. Balkens vridstyvhet och belastningens angreppspunkt är de faktorer som har störst betydelse för kapaciteten. Vid underspända balkar finns speciella stabilitetsproblem. Om lasten angriper på balkens ovansida och om stödbenens infästning till balken är en led, är den underspända balkens stabilitet beroende av det inbördes höjdförhållandet mellan dragstagets infästningspunkt och stödbenens infästning till balken. Även andra konstruktionstyper kan förses med underspänning. I idrottshallen i Teufen användes konstruktionstypen försedd med ett mittstöd som bärs av en underspänd lina. Kassetterna, som utgör "överramar" i bärverken, bildar på det sättet ett isolerat tak.
Bild 11. Underspänt kassettak, Teufen, Schweiz. Foto: Sture Samuelsson.
