Today, 3D modelling and structural analysis of buildings are performed in various software. Collaboration between various software is common today but breaks the flow in the construction design phase. To achieve an uninterrupted flow in the construction design phase, a constellation of modelling and structural analysis is needed in a single software. To enable a constellation, there are today many developed digital methods for this.Parametric design is a digital method that is mostly used to handle complex shapes. In recent years, the parametric design has evolved even more and the algorithmic thinking in parametric design provides opportunities for performing structural analyses. The development includes various plug-in programs that have structural analysis capabilities. However, this degree project emphasizes that this can be achieved without a plug-in program that has structural analysis capabilities. With only one visualization program and a plug-in that handles visual programming, the ability to produce what is to be visualized with a script arises.The structural analysis in this thesis includes robustness analysis that is important in the context of progressive collapse, and only the alternative load path method is considered. Progressive collapse is an important analysis for buildings that arise due to known or unknown accident loads. To increase the redundancy of the bearing structure, the alternative load path method can be used, which is a branch under unknown accident loads.Robustness analysis is a time-consuming process and automation can make this more efficient. With parameter-driven modelling and robustness analysis, the constructor can indicate at an early stage possible structure failure before the building is completed. Early action also leads to a reduction in waste of material resources.The alternative load path method provides the possibility to analyze whether the building receives alternate load path in the event of loss of load-bearing elements. This research report analyses column loss. Automated visualization of alternate load path enables to be able to analyze the load redistribution after the loss of column.Today some buildings are at risk against the progressive collapse, people's lives and health are therefore at risk when all or part of the building collapses. That is why efficiency is needed. The research report showed that the script automated the modelling and robustness analysis of buildings. Two different loss scenarios were analyzed and the authors found different updated loading areas and load redistribution.

[pt] Edifícios com as mais diversas finalidades estão sujeitos a eventos extremos, tais como impacto de veículos, explosões, e perdas súbitas de membros essenciais para a garantia da sua estabilidade. O colapso progressivo pode ser definido como o processo no qual um dano localizado leva a uma ruína em cadeia, causando a queda de um edifício inteiro ou de parte considerável dele. A perda repentina de determinado membro essencial devido às cargas excepcionais pode desencadear o colapso progressivo de uma estrutura, causando enormes prejuízos humanos e econômicos. O colapso progressivo é fenômeno de natureza dinâmica e não linear, sendo assim, a sua modelagem é complexa. A técnica mais empregada para avaliação do colapso progressivo de estruturas é o método dos caminhos alternativos, que verifica o comportamento da estrutura ante a remoção de um membro essencial de suporte, analisando assim sua capacidade de redistribuição de esforços e resistência ao aumento súbito de carga em uma situação crítica. O trabalho realizou sucessivas análises de modelos da estrutura de um edifício em concreto armado, adotando grau de complexidade progressivo a cada uma delas, utilizando o método dos caminhos alternativos. Analisou-se ao final a efetividade e a importância de cada uma das etapas de análise empregadas no trabalho. A estrutura dimensionada conforme a norma brasileira de concreto armado necessitou de ajustes para atender aos requisitos mínimos de resistência ao colapso progressivo. / [en] Buildings with the most diverse purposes are subject to extreme events, such as vehicle impact, explosions, and sudden loss of members essential to their stability. Progressive collapse can be defined as the process in which a localized damage leads to chain failure, causing the fall of an entire building or a large part of it. The sudden loss of an essential member due to exceptional loads can trigger the progressive collapse of a structure, causing enormous human and economic damage. Progressive collapse is a dynamic nonlinear phenomenon, so its modeling is complex. The most employed technique for evaluation of progressive collapse is the alternative load path method, which verifies the structure behavior after the sudden loss of a load-bearing element, checking its stress redistribution capacity and strength to load increase in critical situations. This work realized successive analysis of structural models of a reinforced concrete building, adopting a progressive complexity to each of them, using the alternative path method. At the end, the effectiveness and importance of each of the analysis steps employed at work were analyzed. The structure designed acoording to the reinforced concrete brazilian standard needed adjustments to meet the minimum resistance requirements of progressive collapse.

To achieve structural integrity in precast concrete systems, connections between elements must be capable to transfer both vertical and horizontal loads which puts high demands on single ties. Hollow-core slabs are often used to stabilize the structural system which puts high demands on the connections between the slab and the buildings stabilizing units. Because of this, the connections need to withstand high tensile and shear forces. The purpose of this report is to investigate the tensile capacity of tie-connections used between hollow-core slabs that are parallel with e.g. stabilizing walls and compare with current design methods. Current design methods suggest that tensile failure will occur in the roof and bottom of the cores which provides low design capacities. Two connections are investigated through full scale pull-out tests where the results are compared with the design methods. The results from testing the tensile capacity show that the failure module occurred as suggested. However, the tests show significantly higher capacity than proposed by the design methods. Eurocodes Design assisted by testing are applied to the test result and a new design method is proposed. Both provides design values that are approximately twice as large as the values suggested in previous design methods.

This doctoral research work focuses on the simulation of progressive collapse of reinforced concrete structures. It aims at contributing to the ‘alternate load path’ design approach suggested by the General Services Administration (GSA) and the Department of Defense (DoD) of the United States, by providing a detailed yet flexible numerical modelling tool. <p><p>The finite element formulation adopted here is based on a multilevel approach where the response at the structural level is naturally deduced from the behaviour of the constituents (concrete and steel) at the material level. One-dimensional nonlinear constitutive laws are used to model the material response of concrete and steel. These constitutive equations are introduced in a layered beam approach, where the cross-sections of the structural members are discretised through a finite number of layers. This modelling strategy allows deriving physically motivated relationships between generalised stresses and strains at the sectional level. Additionally, a gradual sectional strength degradation can be obtained as a consequence of the progressive failure of the constitutive layers. This means that complex nonlinear sectional responses exhibiting softening can be obtained even for simplified one dimensional constitutive laws for the constituents.<p><p>This numerical formulation is used in dynamic progressive collapse simulations to study the structural response of a multi-storey planar frame subject to a sudden column loss. The versatility of the proposed methodology allows assessing the influence of the main material and design parameters in the structural failure. Furthermore, the effect of particular modelling options of the progressive collapse simulation technique, such as the column removal time or the strategy adopted for the structural verification, can be evaluated.<p><p>The potential strain rate effects on the structural response of reinforced concrete frames are also investigated. To this end, a strain rate dependent material formulation is developed, where the rate effects are introduced in both the concrete and steel constitutive response. These effects are incorporated at the structural level through the multilayered beam approach. In order to assess the degree of rate dependence in progressive collapse, the results of rate dependent simulations are presented and compared to those obtained via the rate independent approach. The influence of certain parameters on the rate dependent structural failure is also studied.<p><p>The differences obtained in terms of progressive failure degree for the considered parametric variations and modelling options are analysed and discussed. The parameters observed to have a major influence on the structural response in a progressive collapse scenario are the ductility of the steel bars, the degree of symmetry and/or continuity of the reinforcement and the column removal time. The results also depend on the strategy considered (GSA vs DoD). The strain rate effects are confirmed to play a significant role in the failure pattern. Based on these observations, general recommendations for the design of progressive collapse resisting structures are finally derived.<p><p><p><p><p>L’effondrement progressif est un sujet de recherche qui a connu un grand développement suite aux événements désastreux qui se sont produits au cours des dernières décennies. Ce phénomène est déclenché par la défaillance soudaine d’un nombre réduit d’éléments porteurs de la structure, qui provoque une propagation en cascade de l’endommagement d’élément en élément jusqu’à affecter une partie importante, voire la totalité de l’ouvrage. Le résultat est donc disproportionné par rapport à la cause. La plupart des codes de construction ont inclus des prescriptions pour le dimensionnement des structures face aux actions accidentelles. Malheureusement, ces procédures se limitent à fournir des ‘règles de bonne pratique’, ou proposent des calculs simplifiés se caractérisant par un manque de détail pour permettre leur mise en oeuvre.<p><p>Cette thèse de doctorat intitulée Simulation de l’Effondrement Progressif des Structures en Béton Armé: Influence des Paramètres Materiaux et de Dimensionnement et Investigation des Effets de Vitesse a pour but de contribuer à la simulation numérique de l’effondrement progressif des structures en béton armé. Une formulation aux éléments finis basée sur une approche multi-échelles a été développée, où la réponse à l’échelle structurale est déduite à partir de la réponse au niveau matériel des constituants (le béton et l’acier). Les sections des éléments structuraux sont divisées en un nombre fini de couches pour lesquelles des lois constitutives unidimensionnelles sont postulées. Cet outil permet une dégradation graduelle de la résistance des sections en béton armé suite à la rupture progressive des couches. Des comportements complexes au niveau des points de Gauss peuvent être ainsi obtenus, et cela même à partir de lois unidimensionnelles pour les constituants.<p><p>Cette formulation est utilisée pour la simulation de l’effondrement progressif d’ossatures 2D, avec prise en compte des effets dynamiques. La versatilité de la présente stratégie numérique permet d’analyser l’influence de différents paramètres matériaux et de dimensionnement, ainsi que d’autres paramètres de modélisation, sur la réponse structurale face à la disparition soudaine d’une colonne.<p><p>Les effets de la vitesse de déformation sur le comportement des matériaux constituants est aussi un sujet d’attention dans ce travail de recherche. Des lois constitutives prenant en compte ces effets sont postulées et incorporées au niveau structural grâce à l’approche multi-couches. Le but est d’étudier l’influence des effets de la vitesse de chargement sur la réponse structurale face à la disparition d’un élément porteur. Les resultats obtenus à l’aide de cette approche avec effets de vitesse sont comparés à ceux obtenus avec des lois indépendantes de la vitesse.<p><p>Les différences dans la réponse à la disparition d’une colonne sont analysées pour les variations paramétriques étudiées. Les paramètres ayant une influence importante sont notamment: la ductilité des matériaux constituants et la disposition et/ou la symétrie des armatures. Les effets de vitesse sont également significatifs. Sur base de ces résultats, des recommandations sont proposées pour le dimensionnement et/ou l’analyse des structures face à l’effondrement progressif.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

No description available.

No description available.

Elementbyggnad medför ofta problem, dels på grund av avsaknaden av naturliga kopplingar mellan dess element, dels kring hur konstruktionen i dess utformning ska motstå fortskridande ras. Med fortskridande ras avses det förlopp som uppstår då kollaps av en enskild bärverksdelsprids till intilliggande konstruktion. En konstruktion som har tillräcklig förmåga att motstå detta förlopp benämns robust.Bo G. Hellers, professor emeritus i konstruktionslära vid Kungliga tekniska högskolan, beskriver i en debattartikel att många byggnader uppförda med prefabricerade betongelement från miljonprogrammet inte uppnår tillräcklig robusthet.Syftet med denna studie baseras på Bo G. Hellers uttalande och har varit att undersöka om en befintlig byggnad uppförd under miljonprogrammet är utformad på ett sådant sätt att tillräcklig robusthet uppnås. Om otillräcklig robusthet påvisas tas även åtgärdsförlag fram för att öka byggnadens robusthet enligt dagens norm.De frågor som studien besvarar är: Hur är undersökt byggnad konstruerad i avseende på robusthet? Kan det med någon av dagens dimensioneringsmetoder påvisas att byggnaden är robust? Hur kan eventuella åtgärder utformas för att uppnå tillräcklig robusthet?För att besvara den aktuella frågeställningen har en litteraturstudie av de metoder som finns för dimensionering i avseende på robusthet genomförts, liksom av material som rör miljonprogrammet och dess områden. Dessutom har ritningar av en aktuell byggnad samlats inoch analyserats. Vidare har även diskussioner med professionella aktörer med kompetens inom området genomförts.För att uppfylla de normkrav som ställs krävs att det finns horisontella och vertikala dragband, alternativt att konstruktionen utformas med horisontella dragband och att alternativa lastvägar kan påvisas vid fiktivt avlägsnande av en bärverksdel. Kan inte alternativa lastvägar påvisasska avlägsnad bärverksdel dimensioneras som en väsentlig bärverksdel. Konstruktionen ska även innehålla tillräcklig sammanhållningsarmering mellan fasad och bjälklag.Vid analys av ritningar över den befintliga byggnaden konstateras att de kopplingar som finns mellan bjälklagselementen, tillsammans med bjälklagens böjarmering, samt mellan bjälklag och gavelelement kan utgöra horisontella dragband respektive sammanhållningsarmering. Eftervidare undersökning påvisas dock att de horisontella kopplingarnas kapacitet inte är tillräcklig för att överföra de krafter som erfordras och kräver därav åtgärd.De vertikala kopplingar som finns mellan gavelelementen bedöms inte kunna vara verksamma som vertikala dragband då dessa kopplingars förankringslängd är bristande. För innerväggar saknas helt kopplingar i vertikalled vilket omöjliggör ett uppfyllande av kraven.Ett alternativ för att uppfylla normen är att möjliggöra alternativa lastvägar. Vid fiktiv borttagning av ett gavelelement betraktas fallet som en flaggkonstruktion. Här krävs att en skjuvkraft ska vara överförbar mellan kvarstående gavelelement och ovanpåliggande bjälklag. Vid undersökning av kapacitet hos de befintliga kopplingarna mellan elementen visar sig denna vara bristande och kraftöverföringen är inte möjlig. Samma fall kan tillämpas vid fiktiv borttagning av en innervägg men då denna helt saknar kopplingar är inte någon kraftöverföring möjlig. Innerväggen kan även betraktas som en fritt upplagd balk där dragkapaciteten i underkant ska vara tillräcklig, vilket den efter undersökning inte kan påvisas vara. Inga bärverksdelar uppfyller heller kraven för väsentliga bärverksdelar.För att uppnå tillräcklig kapacitet och möjliggöra erforderliga kraftöverföringar används i samtliga fall plattstål samt L-stål som förankras i betongen med expander. För att möjliggöra inre dragband monteras plattstål mellan bjälklagen och då böjarmeringens kapacitet är tillräcklig i samtliga riktningar kan bjälklagen, efter denna åtgärd, utnyttjas som både inre och yttre dragband.Vid gavelelementen monteras plattstål på dess utsida och L-stål på dess insida. Dessa förankras med expander och möjliggör tvärkraftsöverföring och ger tillräcklig förankring på varje bjälklagsnivå. Plattstål kopplar även samman enskilda gavelelement och vertikala krafter kan därmed också överföras. För innerväggen monteras L-stål vilket möjliggör tillräcklig kraftöverföring mellan innerväggen och ovanförliggande bjälklag.Efter genomförd undersökning kan följande slutsatser dras: Byggnaden är till viss del utformad i avseende på robusthet då gavelelement är kopplade till varandra samt till bjälklagselement. Även bjälklagselementen är kopplade till varandra. Byggnaden i dess aktuella utförande kan inte påvisas vara tillräcklig robust för att uppfylla kraven som ställs i dagens gällande normer. För att uppfylla kraven på tillräcklig robusthet kan fogarna förstärkas genom att montera L-stål och plattstål förankrade med expandrar. Med föreslagen åtgärd kan tillräcklig robusthet endast uppnås vid dimensionering enligt betongnormen. / The avoidance of joints in critical locations and how to design a structure to prevent progressive collapse is often two major problems associated with the use of precast concrete structures. This is due to the lack of natural connections between the elements which is generated automatically when using structures cast in situ. A building which has a good ability to withstand a progressive collapse can be referred to as “robust”.The purpose of this study is to investigate the robustness of a building from the million program era in regards to its initial structural design. If the ability to withstand a progressive collapse is proven to be insufficient, actions based on current standards will be proposed.Questions intended to be answered by this study are: How is the examined building designed in regards to robustness? Can the building by current standards be referred to as robust? Which actions can be taken to achieve sufficient robustness?To answer these questions a survey of literature, relevant for the subject, has been conducted as well as discussions with professionals with expertise in the subject. Blueprints of a building from the million program era has also been collected and analyzed.Analysis of the blueprints show that the building was built with some regards to robustness. Horizontal ties were placed in joints to connect the floor elements and the floor elements with the wall elements. Between exterior wall elements vertical ties were also placed to handle vertical loads. However, vertical ties, that connect the inner walls to the floor elements, are none existent.Further analysis of these joints show that their capacity does not meet the requirement for them to be able to transfer the desired forces. Therefore actions have to be taken to meet current standards.The actions proposed in this study is based on placing flat steel connections and L-steel connections in the joints to increase the capacity and enable the required force transfers. The steel connections are anchored to the concrete with expansion anchors.The study leads to the following conclusions: The building is in some ways designed to withstand a progressive collapse. The wall elements are connected with horizontal and vertical ties to nearby elements. The floor elements are also connected with horizontal ties. The initial building design does not meet the requirements of the current standards in regards to robustness. To meet the current standards the joints have to be reinforced. These reinforcements are done by placing flat steel connections and L-steel connections in the joints. These actions only fulfill the requirements of the concrete structures standard.

No description available.

Denna rapport inleds med övergripande genomgång av dagens gällande regelverk, Eurokod, medförklaring av olika begrepp som är relaterade till ämnet robusthet. Det görs en genomgång av huren byggnadskonstruktör bör beakta robustheten med förslag vid olika dimensioneringssituationerenligt norm. Eftersom normen inte alltid är tydlig, så redovisas en tolkning av normen (inkl. EKS11) i enlighet med fib (2012). Vidare så förtydligas även innebörden av konsekvensklasser, riskanalyser,utformning och dimensionering av förband och dragband enligt norm. I dettaexamensarbete redogörs också för de egenskaper som är viktiga för att bärverk ska kunna motståexceptionella förhållanden. Beräkningsexempel ges, med förslag på utformning och placering avförband för att uppnå en viss robusthet enligt norm. Dagens regelverk är många gångerbristfälliga och oklara. Exempelvis finns ingen dimensioneringsprocedur för hur en tillräckligrobusthet uppnås, vilket nödvändigtvis inte alltid är den minimala robustheten som normen ger.Det framgår heller inte hur bärverken bör utformas för att uppnå robusthet och redundans,speciellt för prefabricerade element-, där tillräcklig robusthet många gånger kan vara svårt elleromöjligt att uppnå. Normens dimensioneringssituationer grundar sig på statiska lastmodeller ochhuruvida dessa ger tillräcklig robusthet eller inte, läggs det ingen fokus på. Robusthetens storlekbaserar sig mer eller mindre på vedertagna schablonmässiga värden. En nackdel med detta äratt förutsättningar i byggnader kan förändras med tiden vilket kan leda till att dagensdimensionering blir otillräcklig. Detta belyser faran med att vara nöjd med dagens förenkladedimensioneringsverktyg, eftersom den bakomliggande fysiken då lätt kommer i skymundan, elleri värsta fall, faller i glömska. Ett exempel på detta är dimensionering av väsentliga bärverk (keyelement)som är avgörande för byggnadens stabilitet eller för att motverka fortskridande rasenligt SS-EN 1991-1-7. Väsentliga bärverk dimensioneras för en statiskt jämnt utbredd last på34 kN/m² som är ett uppskattat värde utifrån en olyckshändelse med en gasexplosion i RonanPoint (Storbritannien). Värdet härstammar ifrån värdet 5 psi (gasol/hushållsgas kan ge ensprängkraft på 2,5 psi) och man kan fundera på om detta värde är lämpligt att använda i Sverige,då nästan inga gasspisar används i bostäder idag. I detta examensarbete beskrivs övergripandebärverkets dynamiska respons. Det är vanligt att byggnadskonstruktörer många gånger intebesitter kunskaper om dynamiska laster, bärverkens dynamiska respons och ibland icke-linjäraanalyser. Exceptionell last som är ett samlingsnamn för flera olyckslaster så som explosion,påkörning (från fordon, tåg, fartyg etc.), brand, häftiga helikopterlandningar etc. I dettaexamensarbete har valts att lägga fokus på okända olyckslaster och en känd, vanligtförekommande olyckslast (påkörningslast). / This report begins with an overall review of the current regulations, Eurocode, and explanations ofvarious concepts related to the topic of robustness. A review of how a building designer shouldconsider the robustness with proposals for different design situations according to the guidelines isalso presented. Since the guidelines are not always clear, an interpretation of its application (incl.EKS 11) in accordance with fib (2012) is given. Furthermore, the meaning of consequence classes,risk analyzes, design of tension ties is clarified. In this thesis it is discussed what properties areimportant for the structures to withstand exceptional loads. Calculation examples and placement oftension ties to achieve a certain robustness are presented. Current regulations are often insufficientand unclear. For example, there is no procedure for how to achieve enough robustness, which isnot always the minimum robustness that the code prescribes. It is also not clear how the structuresshould be designed to achieve robustness and redundancy, especially for prefabricated elements,where enough robustness often can be difficult or impossible to achieve. The current code is basedon static load models, and whether they provide enough robustness are not considered. The robustnessis based on accepted code values. One disadvantage is that conditions in buildings can changeover time, which can cause current design methods to be insufficient. This highlights the danger ofbeing satisfied with current simplified codes and guidelines, since the underlying physics can easilyfall into oblivion. An example of this is the design of key elements that are crucial for the stabilityof buildings or to withstand progressive collapse according to SS-EN 1991-1-7. Key elementsare designed for a statically uniformly distributed load of 34 kN/m², which is an estimatedvalue from an accident, where the value reflects the explosion load from a gas explosion inRonan Point (United Kingdom). The value stands for 5 psi and one can wonder if this value issuitable to use in Sweden, since almost no gas stoves are used anymore in housing today. Thisthesis describes overall the dynamic response of a structure. It is common that building designersoften do not have knowledge of dynamic loads, the dynamic response and sometimes non-linearanalyzes. Exceptional load is a collective name for several accident loads such as explosion,collision (from vehicles, trains, ships etc.), fire, violent helicopter landings etc. In this thesisit is chosen to focus on unknown accident loads and one com-mon, known accident load (impactload.