Toppmoderne forskning og teknologi
Stabile trehytter krever sofistikert teknologi. Den nye generasjonen av vår GTS 2.0-treskrue har blitt grundig testet i en rekke tester og i virkelige byggeprosjekter. Her deler vi de nyeste funnene om lastbærende ytelse og sikker bruk.
1. Det spesielle ved levende treverk
Trebolter (også kjent som TAB-er, Treehouse Attachment Bolts, Tree Fasteners og Garnier Limbs) har vært den globale standarden for å feste store konstruksjoner til trær i over 25 år . Utfordringen er å feste noe til en «levende organisme» som beveger seg, vokser og hvis indre virkemåte vi ikke fullt ut forstår.
Spesielle trekk ved det levende treet
Treskruer skrus ikke inn i tørt, standardisert trelast, men inn i en levende organisme . Dette medfører følgende variabler sammenlignet med tørt og sortert trelast :
- Høyere fuktighetsinnhold i treverket : Treet transporterer vann og næringsstoffer – spesielt de ytterste centimeterne av trestammen er svært fuktige. Vektforhold mellom vann og tørt treverk er ca. 40–200 % .
- Redusert trestyrke : Opptil et fuktighetsinnhold på omtrent 50 % reduseres treets styrke. Over dette nivået forblir verdiene omtrent de samme.
- Tykkelsesvekst : Trær vokser med 3–15 mm i bredden (årlig ringbredde) årlig. Over tid blir treskruen gjengrodd og godt integrert i treet.
- Sterk reaksjonsved : Treet reagerer på såret og danner reaksjonsved rundt skruen – dette vedet vokser raskere og er mer motstandsdyktig.
- Dynamisk belastning : Trær svaier i vinden, og plattformen vingler også – skruen utsettes ikke bare for statisk elektrisitet, men også tusenvis av dynamiske belastninger.
Kilde Håndbok i trestatikk, 2023 - Thomas Sinn
En titt inn
Det indre av en trestamme forblir skjult for oss når vi bygger et trehus. Dette eksemplet på en nyhugget trestamme (poppel, omtrent 50 år gammel) viser hvor varierende trekvaliteten kan være i et tre :
- Bredden på årringene kan variere mye , ikke bare avhengig av året (klima, næringstilførsel, ...), men også avhengig av den rådende stresssituasjonen (se rød 12 vs. grønn 3 mm i samme år).
- Den ytterste kanten av treverket (ca. 1 cm + bark og kambium) har mindre bæreevne når det brukes med treskruer, og fibrene kan bøye seg utover.
- Den indre «døde» kjerneveden er vanligvis tørrere og har større styrke enn den ytre vann- og næringsholdige «levende» veden .
- Hva som nøyaktig kan forventes inni (her gult, f.eks. kjerneråte) kan bare bestemmes ved å bore prøver eller ultralydmålinger .
Bør du beregne treskruer?
Utfordringen med å feste treet til levende trær er åpenbar: Hvert tre er unikt , og dets individuelle trekvalitet avhenger av mange faktorer. For å bestemme styrken og stabiliteten nøyaktig, ville det være nødvendig med en rekke boringer, strekkprøver og beregninger fra bygningsingeniører – i praksis ville dette være altfor komplekst og dyrt .
Men trenger vi virkelig de mest presise dataene for å sikre et trehus på en sikker måte? Vår praktiske erfaring forteller oss: Nei.
- En visuell vurdering er vanligvis tilstrekkelig for å avgjøre om treet er sunt eller sykt.
- Flere tiår med erfaring (byggepraksis, forskning, felttester) med trehusskruer over hele verden bekrefter dette.
- Bæreevnen til treskruer kan forutsies med tilstrekkelig nøyaktighet – uten å måtte teste treet på forhånd.
- Hvis du vil være på den sikre siden, planlegg med sikkerhetsfaktorer eller bygg på påler.
Jeg har brukt treskruer i over 10 år nå, og har ikke opplevd et eneste tilfelle av at et trehus har rast ned – selv under uvær som ellers ville ha forårsaket betydelig skade. Jeg har heller ikke hørt noen negative eksempler fra trehusbyggerne våre.
En undersøkelse av 18 profesjonelle trehusbyggere (inkludert Pete Nelson USA, Alain Laurens FR, Andreas Wenning DE, ...) viste at av 2253 trehus som ble bygget, døde bare to trær som en direkte følge av byggingen – det er langt mindre enn 1 promille.
2. Testoppsett for testing av GTS-treskruene
For å oppnå meningsfulle testresultater på bæreevnen til en treskrue, må skruene testes i et levende tre eller i nyhogd trevirke med høyt fuktighetsinnhold. Disse testene må gjentas inntil en tydelig og konsistent bæreevne er demonstrert.
Testoppsett med hydraulisk sylinder
Boltene belastes med en hydraulisk sylinder. Den påførte kraften kan bestemmes ved hjelp av en lastcelle eller ved å konvertere det hydrauliske trykket.
I tillegg til våre egne interne studier finnes det også mange sammenlignbare testresultater fra våre kolleger i USA som bruker sammenlignbare treskruer: Pete Nelson (offisielle tester!), Michael Garnier, Charles Greenwood, ...
De fører alle til de samme resultatene igjen og igjen, noe som tydelig viser skruenes lastbærende oppførsel.
I de følgende videoene kan du se noen av våre felttester:
3. Belast GTS-skruene i treet
Last av GTS Allstar 2.0
Borehullet til GTS Allstar 2.0
Skruen skrus helt inn i det forborede hullet. Dette skaper også kontaktflaten (rød) som baksiden av sylinderen må hvile godt mot. Dette er viktig fordi denne kontaktflaten overfører opptil 20 % av lasten til treet!
Dreiepunkt under belastning
Den grove gjengen (A) og sylinderen (B) overfører lasten F fra trehuset til trestammen. Dreiepunktet til GTS Allstar 2.0 er plassert omtrent 11 cm inne i treet, og skruen roterer rundt dette når den belastes.
Lastoverføring
Omtrent 50 % av lasten absorberes under sylinderen (grønn) og omtrent 30 % direkte av den grove tråden (gul). Bakplaten (rød) overfører omtrent 20 % av lasten til treet, men den fulle effekten inntreffer først etter omtrent 1 tonn last, når trefibrene allerede er litt komprimert.
Overbelastning og feil
GTS-en skal aldri falle mer enn 2°!
- Helningen fører til spenninger i forbindelseselementene og bærende konstruksjon.
- Det dannes et gap over GTS-en som soppsporer og skadedyr kan komme inn i treet gjennom.
Last av GTS Friend 2.0 (og Co.)
GTS Friend 2.0 kan også brukes som erstatning for de andre små GTS-skruene, ettersom designet er veldig likt – mer om dette nedenfor i tommelfingerreglene.
Borehullet til GTS Friend 2.0
GTS Friend 2.0 skrus inn i det forborede hullet til bunnen av skaftet med 40 mm diameter er senket ned i barken. La det være litt plass bakerst i det borede hullet.
Dreiepunkt under belastning
Dreiepunktet til GTS Friend 2.0 ligger omtrent 9 cm inne i treet, rundt dette punktet roterer skruen når den er under belastning.
Lastoverføring
Omtrent 60 % av lasten overføres gjennom den indre delen av tråden, og omtrent 40 % gjennom den ytre delen. Dette er fordi kjerneveden generelt er hardere, mens veden i barkområdet har lavere bæreevne.
Overbelastning og feil
GTS-en skal aldri falle mer enn 2°!
- Helningen fører til spenninger i forbindelseselementene og bærende konstruksjon.
- Det dannes et gap over GTS-en som soppsporer og skadedyr kan komme inn i treet gjennom.
4. Bæreevnen til GTS-skruer
Våre nåværende tester bekrefter våre tidligere testresultater og er i samsvar med resultatene fra andre skrueprodusenter (Pete Nalson, Michael Garnier, Charles Greenwood, osv.). Når du sammenligner lasten med helningen/avstanden treskruen synker, får du en fin karakteristisk kurve for treskruens bæreevne. Her, med GTS Allstar 2.0 i et nyhogd ask:
Vevarm påvirker lastekapasiteten lineært
Som forventet avtar skruens bæreevne med økende vektarm. Den gjennomsnittlige lineære funksjonen viser at det finnes en individuell initial bæreevne (4,38 for dette asketreet) og at bæreevnen avtar med en faktor på 0,13 × vektarm (cm).
Feilmodus parabolsk i 2 faser
Under vertikal belastning roterer skruen rundt sitt dreiepunkt og synker kontinuerlig ned i treverket. Vi har satt verdiene våre for GTS-ens maksimale bæreevne til en helningsvinkel på 1° (MAX 1).
Feilskjema - Fase 1
I fase 1 er trefibrene under skruen fortsatt intakte og godt sementert (grønt område opp til MAX1 i diagrammet) og presser mot skruen. Dette gjør at en høy belastning kan påføres med liten deformasjon.
Feilskjema - Fase 2
I overgangsfasen opp til MAX 2 begynner de første trefibrene å sprekke. En liten økning i belastningen er fortsatt mulig. Når MAX 2 er overskredet, komprimeres treverket under skruen fullstendig, og det er nesten umulig å øke belastningen. Jo høyere belastningen er nå, desto mer roterer skruen rundt sitt dreiepunkt inn i treet.
Viktige funn
Innsikt 1: Bare treverket svikter, selve GTS-en er uforgjengelig.
Innsikt 2: Feil indikeres tydelig av at GTS-en siger ved overbelastning.
Funn 3: Selv med en maksimal overbelastning på 6–8 tonn, brøt GTS-en aldri ut av treverket, men sank alltid rundt dreiepunktet «inn i treet».
Interessant observasjon – må sylinderen gå hele 8 cm inn i treet?
Det har blitt vist at for belastninger under bæreevnen (dvs. < 1 t bartre; < 2 t hardtre), spiller det liten rolle om Allstar-sylinderen er senket ned i treet bare 4 cm eller hele 8 cm: Bæreevnen reduseres bare litt, ettersom den grove gjengen og bakplaten fortsatt opererer med hele 50 %. De ytterste 1–2 cm av bark eller yteved bidrar bare litt til bæreevnen, ettersom disse svært våte og myke trefibrene bøyer seg under belastning.
Bare i området med maksimal lastekapasitet og over utfolder den ytre delen av sylinderen sin fulle effekt og bidrar betydelig til lastekapasiteten med hver cm.
For oss betyr dette: Under normal belastning kan Allstar-sylinderen bare dreies 4 cm i treet (første merke på sylinderen) og vil fortsatt holde veldig godt.
Forbedringer av GTS 2.0
Det er mye å filosofere over når det gjelder produktutvikling, men ingenting er så avslørende som hundrevis av tester direkte på et levende tre. Vi innlemmet disse innsiktene i designet av vår nye GTS 2.0.
Vi har klart å maksimere GTS-ens bæreevne, samtidig som installasjonen er mye enklere.
Forbedring 1 – Tretråd 2.0
For å finne den optimale tretråden sammenlignet vi 20 forskjellige trådformer i 6 treslag i over 100 forsøk – resultatet er vår «Tretråd 2.0»!
Forbedring 2 – Hurtigstart-nål
Våre testskruer viste at de første centimeterne med gjenger kan utelates. I våre tester ble skruenes bæreevne enda høyere når det ikke var noen skarpe gjenger i de første centimeterne.
Dette resulterte i den ekstremt praktiske «Quick Start Pin», en litt ru pinne som passer perfekt inn i det borede hullet under installasjonen. Dette forenkler installasjonen betraktelig når du er høyt oppe i treet! Det gjør det også enkelt å tette det borede hullet hvis du trenger å vente en stund før du skrur det inn – noe som minimerer risikoen for at soppsporer finner veien inn i hullet under installasjonen.
Forbedring 3 - Seal+
Ved å øke sylinderdiameteren forskyves de fuktige trefibrene rundt det borede hullet. Hvis skruen siger litt under initial belastning, utvider trefibrene seg igjen og tetter hullet.
De dype sporene lar treet låse seg fast med stålet når det omgir såret, og dermed muliggjøre rask og ren sårlukking.
Forbedring 4 – Dimensjoner på GTS-en
Gjennom en rekke én-til-én-"shootout"-tester og vår kunnskap om bæreevne, har vi optimalt tilpasset lengdene på tregjengene, sylinderen og akselen på alle GTS-modeller til den respektive applikasjonen.
Forbedring 5 – Monteringsspor
Tidligere var vi noen ganger usikre på om baksiden av sylinderen satt helt inntil kontaktflaten. Derfor har vi lagt til spor på den nye GTS Allstar 2.0 for å indikere den nøyaktige monteringsdybden. Dobbeltgjengen har også større fremdrift, slik at du bedre kan føle når du treffer kontaktflaten.
5. Tommelfingerregel for beregning av GTS-ens bæreevne
Her:
1. Ta verdier fra tabellen (gjennomsnittlig trykkfasthet og noter maksimums- og minimumsverdiene for spredning. 1,4 er den absolutt laveste verdien som har vist seg i friske trær - dvs. du kan stole på den) til 4....
For lastdataene bruker vi gjennomsnittsverdiene
2. Lenke til Pete N'Lason testvideo --> Amerikanerne testet også med svært like skruedimensjoner og fikk enda bedre testresultater.
Sammenligning av GTS-modellenes bæreevne
For både GTS Allstar og den mindre GTS Friend kan lineære formler utledes fra last-deformasjonsdiagrammene med tilstrekkelig nøyaktighet . Dette eksemplet viser et ferskt asketre.
GTS Allstar 2.0 i ask
y = -0,13x + 4,38
Ved en last med en 0 cm hevarm har GTS Allstar en lastekapasitet på 4,38 t ved en helning på 1°. Dette resultatet gjelder for det enkelte asketreet som testen ble utført på.
GTS Friend 2.0 i ask
y = -0,065x + 1,68
Ved en last med en 0 cm hevarm har GTS Friend en lastekapasitet på 1,68 t ved en helning på 1°. Dette er 2,7 t, eller omtrent 61 %, mindre enn GTS Allstar i samme bom.
Målet vårt er å lage en universell formel for hver GTS-modell for å kunne estimere dens bæreevne med tilstrekkelig nøyaktighet, avhengig av vektarm og treslag .
Nærme:
- Vi evaluerer alle testresultater for de respektive kombinasjonene av GTS-modell og treslag og får frem flere forenklede lineære formler (se punkt 4).
- Vi har samlet data om den nye vedstyrken til ulike treslag fra flere eksterne studier.
- Studier viser at minimumsverdien for ny vedstyrke på den nordlige halvkule (Eurasia, Canada, Nord-Amerika) ligger i området 1,6 kN/cm² (piletre), og i det øvre området kan den forventes å ligge mellom 2,2 og over 3 kN/cm² (agnbøk, eik og andre hardtresorter).
- Etter alle testene vi har gjort, gjenspeiles denne grønne trestyrken i de målte verdiene for bæreevne – så vi bruker disse verdiene med en faktor i formelen vår.
- Det faktum at den individuelle trestyrken i et tre kan variere mye, tas i betraktning ved å runde alle faktorer i formlene til den «sikre siden».
Dette betyr at våre spesifiserte veiledende verdier for skruene kan relateres til tabellen.
Tommelfingerregel: GTS Allstar 2.0
- y-verdi: Lastekapasitet for GTS Allstar 2.0 [t] (1 t = 10 kN = 2200 lbs)
- T-verdi: Årsaker Trestyrke i henhold til tabell [kN/cm²]
- x-verdi: vektarm [cm] = avstand fra bark til lastpåføringspunkt / støttesenter
Sikkerhetsfaktor SF:
- statisk belastning 1,2
- dynamisk belastning 1.4
Tommelfingerregel: GTS Allstar 2.0
- y-verdi: Lastekapasitet for GTS Allstar 2.0 [t] (1 t = 10 kN = 2200 lbs)
- T-verdi: Årsaker Trestyrke i henhold til tabell [kN/cm²]
- x-verdi: vektarm [cm] = avstand fra bark til lastpåføringspunkt / støttesenter
Sikkerhetsfaktor SF:
- statisk belastning 1,2
- dynamisk belastning 1.4
Eksempel på lønn
Beregning av lastekapasitet - GTS Allstar 2.0 i lønn
y = (1,55*T - 0,12*x) / SF
- Grønn trestyrke av lønn : 2,64 kN/cm²)
- Vekastarmen (bjelke og støttesenter) antas å være 10 cm.
- SF Sikkerhetsfaktor hovedsakelig statisk: 1,2
y = (1,55 * 2,64 - 0,12 * 10) / 1,2
y = (2,89 til) / 1,2 = 2,41 til
Når den er riktig installert i et lønnetre, vil en GTS Allstar 2.0 mest sannsynlig oppnå en gjennomsnittlig lastekapasitet på 2,41 tonn (= 24,1 kN = 5300 lbs) . Dette er gjennomsnittsverdien for en overveiende statisk, vertikal last med en vektarm på 10 cm.
Tommelfingerregel: GTS Friend 2.0
- y-verdi: Lastekapasitet for GTS Friend 2.0 [t] (1 t = 10 kN = 2200 lbs)
- T-verdi: Årsaker Trestyrke i henhold til tabell [kN/cm²]
- x-verdi: vektarm [cm] = avstand fra bark til lastpåføringspunkt / støttesenter
Sikkerhetsfaktor SF:
- statisk belastning 1,2
- dynamisk belastning 1.4
Tommelfingerregel: GTS Friend 2.0
- y-verdi: Lastekapasitet for GTS Friend 2.0 [t] (1 t = 10 kN = 2200 lbs)
- T-verdi: Årsaker Trestyrke i henhold til tabell [kN/cm²]
- x-verdi: vektarm [cm] = avstand fra bark til lastpåføringspunkt / støttesenter
Sikkerhetsfaktor SF:
- statisk belastning 1,2
- dynamisk belastning 1.4
Eksempel furu
Beregning av lastekapasitet - GTS Friend 2.0 i furu
y = (0,7*T - 0,07*x) / SF
- Vekastarmen (bjelke og støttesenter) antas å være 6 cm.
- Furuens styrke i nyrevirket : 2,19 kN/cm²)
- SF Sikkerhetsfaktor hovedsakelig statisk: 1,2
y = (0,7 * 2,19 - 0,07 * 6) / 1,2
y = (1,11 til) / 1,2 = 0,93 t = 930 kg
Når den er riktig installert i en furu, vil en GTS Friend 2.0 mest sannsynlig oppnå en gjennomsnittlig lastekapasitet på 0,93 tonn (= 9,3 kN = 2040 lbs) . Dette er gjennomsnittsverdien for en overveiende statisk, vertikal last med en vektarm på 6 cm.