No description available.

No description available.

Efterfrågan på höga byggnader ökar i städerna och eftersom hållbarhet är ett viktigt ämne i samhället har intresset för och användandet av trä i höga byggnader ökat de senaste åren. Träbyggnaders flexibilitet och låga vikt gör att svängningar orsakade av horisontella dynamiska vindlaster i bruksgränstillståndet kan uppfattas som störande av personer som vistas i byggnaden och därav bli styrande för dimensioneringen av byggnaden. I detta examensarbete studeras en hybridlösning som använder sig av en vertikalt bärande och horisontellt stabiliserande kärna av KL-trä samt byggs upp med lätta prefabricerade volymelement. Syftet med arbetet är att ta fram en lämplig uppbyggnad och studera dess dynamiska egenskaper samt studera hur förändringar av kärnans parametrar och uppbyggnad påverkar de dynamiska egenskaperna. Målet är att erhålla svar på maximalt antal våningar för respektive alternativ uppbyggnad samt utöka förståelsen på kärnans inverkan på byggnadens dynamiska respons. Byggnaden modelleras upp enligt fyra olika huvudstrukturer där Struktur 1 är byggnadens grundmodell enligt dess enklaste uppbyggnad, inom Struktur 2 varierar KL-träkärnans väggtjocklek, inom Struktur 3 varierar KL-träkärnans storlek och inom Struktur 4 adderas horisontalstabiliserande väggar till KL-träkärnan. I alla modeller antas volymelementen ej bidra till byggnadens globala stabilitet och därför modelleras de in som massor. De olika strukturerna modelleras upp i FEM-programvaran Robot Structural Analysis där en modalanalys utförs för att erhålla byggnadens egenfrekvenser och svängningsmoder. Därefter beräknas toppaccelerationen hos svängningarna, orsakade av dynamisk vind, på golvbjälklaget i byggnadens översta våning ut för hand för att jämföras mot komfortkrav i ISO 10137. Resultaten visar att byggnaden generellt sett har låga egenfrekvenser vilket beror på en förhållandevis hög massa och relativt låg styvhet hos strukturen. Struktur kan uppföras till 20 våningar under de förhållanden som använts i beräkningarna. Förändringar i kärnans tjocklek förstyvar byggnaden något vilket gör att Struktur 2 bör kunna uppföras ett par våningar högre. Förändringar i kärnans storlek visar sig ha en relativt stor påverkan på byggnadens styvhet och därför kan Struktur 3 uppföras till 24 våningar då kärnan är 25 % större i alla riktningar. För Struktur 1, 2 och 3 sker svängning först i y-led, sedan i x-led och sist som vridning kring z-axeln. För Struktur 4 visar sig styvheten påverkas mycket av att stabiliserande väggar adderas till kärnan, dock kan även svängningsriktningar för första och andra svängningsmod förändras och det bör kontrolleras så att problem med vridningssvängningar inte uppkommer. Om stabiliserande väggar läggs till i y-riktning, x-riktning samt del av fasad kan Struktur 4 uppföras hela 28 våningar, med förhållandevis god marginal. Som förslag på fortsatt arbete bör en statisk dimensionering utföras för att vidare utreda om uppbyggnaden är lämplig vad gäller bland annat tvärsnittstorlekar och infästningar. Dessutom bör det undersökas om och hur volymelementens styvhet kan användas för att bidra till strukturens globala stabilitet. Då kärnans storlek har en stor påverkan på byggnadens styvhet bör det utredas ifall lämpliga planlösningar kan arbetas fram med större eller till och med dubbel kärna för att sedan utföra en dynamisk dimensionering på strukturen. Då planlösningen enligt denna och andra studier bedöms ha potential för att bygga högt, vore en jämförelse av olika planlösningar intressant där förslagsvis byggnadens yttermått och form samt placering och antal stabiliserande KL-träkärnor varierar. / The demand on high-rise buildings grows in the cities and since sustainability is an important matter in today’s society, the interest for high-rise timber buildings has grown the past years. The flexibility and weight of timber buildings makes wind-induced vibrations in serviceability limit state an issue that can be deciding for the design of the building since people can find the vibrations disturbing. In this study, a building which uses a vertically load-bearing and horizontally stabilising CLT core and is built-up with light prefabricated volume elements. The objective of this study is to produce a suitable structure and study its dynamic properties and how changes of the core’s parameters and design may change the dynamic properties of the building. The goal is to find the maximum number of floors that can be built for each alternative structure and to expand the knowledge on how the CLT core impacts the dynamic response of the building. The building is modelled by four different main structures where Structure 1 is the building’s basic and most simple model, within Structure 2 the CLT core’s wall thickness varies, within Structure 3 the CLT core’s size varies and within Structure 4 horizontally stabilising walls are added to the core. In all of the models, the volume elements are assumed not to contribute to the global horizontal stability of the building which is why they are modelled as masses. The different structures are modelled into the FEM software Robot Structural Analysis where a modal analysis is being carried out to find the building’s natural eigenfrequencies and modes of vibrations. Subsequently, the top acceleration of the wind-induced vibrations is calculated on the floor slab of the top floor by hand to be compared to comfort limits in ISO 10137. The results show that the building has low eigenfrequencies in general, which is due to the structure’s relatively high mass and low stiffness. Structure 1 can be built up to 20 floors under the conditions used in the calculations. Changes of the core’s wall thickness stiffen the building which means that Structure 2 should be able to build a couple of floors higher. Changes in the size of the core have a relatively large impact on the rigidity of the building and therefore Structure 3 can be built up to 24 floors when the core is 25 % larger in all directions. For Structure 1, 2 and 3, swaying occurs first in the y-direction, second in the x-direction and third as twist around the z-axis. For Structure 4, the rigidity is greatly influenced when stabilising walls are added to the core. However, the direction of the first and second modes of vibration can change and it should be verified that problems with twisting oscillation does not occur. If stabilising walls are added in the y-direction, x-direction and part of the façade, Structure 4 can be built up to 28 floors with a relatively good margin. As a proposal for further work, a static design should be performed to further investigate whether the structure is suitable for e.g. cross-sectional sizes and connections. It should also be examined if and how the rigidity of the volumes can be used to contribute to the global stability of the structure. As the size of the core has a major impact on the rigidity of the building, it should be investigated if a suitable floor layout can be arranged with larger or even double cores and then perform a dynamic design on the structure. As the floor layout, according to this and other studies, is considered to have great potential when building high, a comparison of different floor plans would be interesting where e.g. the external dimensions and shape of the building, as well as the placement of the CLT core and number of cores can vary.

I studien redogörs övergripande för vindens grundläggande natur och till viss del hur den kan påverka ett bärverk beroende på bärverkets form samt vindens hastighet, anfallsvinkel och turbulens. Det redogörs även för ett antal strukturdynamiska fenomen orsakade av vind som kan vara aktuella för broar. Dessa fenomen är fladder, gallopering, virvelavlösning, vridande divergens och vindstötsbelastning. I studien återfnns även en sammanfattning av den vägledning om utvärdering av dynamisk respons i bärverk orsakad av vind som ges i BSV 97, vilken hänvisas till enligt föregående gällande norm Bro 2004. Det redogörs även för den vägledning som ges i nuvarande gällande norm SS-EN 1991-1-4 med tillhörande nationella anvisningar i TRVK Bro 11, TRVR Bro 11, och TRVFS 2011:12. Den vägledning som ges för utvärdering av den dynamiska responsen är begränsad till att gälla vindfluktuationer i vindriktningen som ger upphov till resonans för bärverket i en egenmod där hela konstruktionen svänger i vindriktningen och åt samma håll. I studien studeras en balkbro av samverkanstvärsnitt med längsta spännvidd ca 70 m i syfte att utvärdera egenfrekvenser och modtyper för en relativt vanlig brotyp samt hur dessa varierar med antal spann och grundläggningsförhållanden. Studien utförs med hjälp av en detaljerad FE-modell till stor del bestående av skalelement. Även jämförelse med FE-modell av samma bro modellerad med balkelement utförs. Resultaten av studien används sedan till att beräkna den dynamiska förstorningsfaktorn med hänsyn till vindstötsbelastning, vilket förutsätts vara det fenomen som har störst inverkan på vanligt förekommande balkbroar med medellång spännvidd, dvs. 50-150 m. Denna förstorningsfaktor, den så kallade bärverksfaktorn cscd beräknas här enligt en förenklad och konservativ metod föreslagen i artikel av Ülker-Kaustell, Zangeneh och Pacoste [22]. / The study presents comprehensive fundamental nature of wind and to some extent how it can affect a structure depending on the shape of the structure and the speed of the wind, its angle of attack and content of turbulence. It also presents a number of structural dynamic phenomenon caused by winds that may be relevant for bridges. These phenomena are flutter, galloping, vortex shedding, torsional divergence and gust load. In the study there is also a summary of the guidance on the evaluation of dynamic structural response caused by the wind given in BSV 97, referred to according to the preceding valid rules for bridge design in Sweden, Bro 2004. It also outlines the guidance provided in current valid rules, EN 1991-1-4, with their national guidance in TRVK Bro 11, TRVR Bro 11, and TRVFS 2011:12. The guidance given or evaluation of the dynamic response is limited to the wind fluctuations in the wind direction causing resonance in the structure for a eigenmode in which the entire structure oscillate in wind direction and in the same direction. In the study a composite box girder bridge is studied with the longest span of about 70 m in order to evaluate natural frequencies and mode types for a relatively common bridge type and how these vary with the number of spans and foundation conditions. The study is performed by means of a detailed FE-model mainly consisting of shell elements. There is also performed a comparative study with a FE-model of the same bridge modeled with beam elements. The results of the study are then used to calculate the dynamic magnification factor with respect to the gust load, which is assumed to be the phenomenon that has the greatest impact on the common girder bridges with medium range, i.e. 50-150 m. The magnification factor, the so-called structural factor cscd is here calculated according to a simplified and conservative method proposed in the article by Ülker-Kaustell, Zangeneh and Pacoste [22].

In this thesis the effect of axle load spreading through ballast and the effect of support stiffness has been investigated on short span railway bridges. Two types of bridges, simply supported bridges and bridges with integrated backwalls, have been modeled with 2D beam elements. When analyzing the load spreading effect, two types of load shapes have been considered. The first one is the load shape proposed in Eurocode where the axle load is modeled with three point loads where 50% of the axle load acts on the sleeper located underneath the wheel and 25% on the two adjacent sleepers, respectively. Therefrom the loads are further distributed through the sleepers and the ballast. The second load shape that has been studied is a triangular load shape. These two load shapes have been modeled both with different numbers of point loads and as distributed line loads to see how the dynamic response of the bridges is affected and thereby find what level of accuracy that is required to capture the full effect of the load spreading. For the bridges with integrated backwalls the supports were also modeled as springs with varying stiffness to see how the dynamic response was affected. The response was measured in terms of vertical acceleration and bending moment. From the simulations the conclusion can be drawn that the triangular load shape gives significantly lower bridge responses than the Eurocode load shape. It is further found that modeling the axle loads with point loads can give spurious acceleration peaks, which in the case of bridges with integrated backwalls often are critical. For these bridges it is necessary to enhance the accuracy of the load spread, either by increasing the number of point loads or using a distributed line load. From the spring support simulations, it can be seen that support stiffness has great influence on the dynamic response of bridges with integrated backwalls. For certain values the response is increased, whereas for other values a large reduction is obtained.