The need for tall buildings will increase in the future and new building techniques will emerge to full fill that need. Tyrénshas developed a new structural system called Tube Mega Frame where the major loads are transferred to the ground through big columns located in the perimeter of the building. The new concept has the advantage of eliminating the core inside the heart of the building but furthermore gives countless possibilities and flexibility for a designer. The elimination of the central core, plus the multiformity the Tube Mega Frame, can result new building shapes if combined with new inventions like the Multi elevator Thussenkrupp developed. Multi is a new elevator system with the ability to move in all directions apart from vertically. In this thesis research of the possible combinations between TMF and Multi was conducted. The building shaped resulted is only one of the many possible outcomes which the mix of Multi and TMF can have. The building was constructed in a way so the TMF would be the main structural system, the building would have inclinations so the multi elevator would be the only elevator appropriate for the structure and the height would be significantly large. The pre-study focused on the inclination and its particularities. The inclination played a significant role on how the inner forces were distributed in a structure. Under special circumstances the inclination could be even beneficial although inclination could result in axial forces on the slabs so the horizontal elements should be designed thoroughly not only for bending or shear but also for axial loading. The next phase was experimenting on different simple shaped buildings and combinations of them. The conclusions on the simple buildings formed the idea on how the main building would be. The main building was modeled using four different structural systems and their subcategories with seven models in total. Totally seven systems were compared in load combinations for wind, dead, live, and seismic loads and the global behavior was studied. The model comparison included maximum deformations and modes of vibrations. This way the best structural systems were discovered for the specific building shape and conclusions on inclination into a structure were made. The best structural systems and more reliable in terms of results but also in simplicity of construction were chosen to be designed in ETABS. The 50m belt system, the outside braces system and the diagrid system were designed. The design of the buildings was conducted using the American code ASCE /SEI 7-10. In the design two different mega columns were used to study how a solid or hollow cross section can affect the global behavior. Depending on the structural system the mega column had a major or minor effect on the stiffness of the structure. The design of the cross sections was divided in many groups since the complex geometry had an impact on how and where forces arised in the structure. The outside brace system had the best results in terms of less weight and global stiffness proving that in inclined building and columns with the correct bracing and triangulation of elements could extinguish the negative effects of inclination and even perform better compared to conventional buildings.  The 50-belt system was furthermore studied in buckling since it was one of the best structural systems but with the least bracing, but also the least complex in terms of construction method. The automated buckling through ETABS was conducted and a more conservative approach where the user is defining the buckling length and support factors was used. In addition, a comparison between the user defined factors and global buckling was conducted. / Behovet av höga byggnader kommer att öka i framtiden och ny byggteknik kommer att uppfylla detta behov. Tyréns har utvecklat ett nytt konstruktionssystem som kallas Tube Mega Frame där de stora lasterna överförs till marken genom stora pelare i byggnadens omkrets. Det nya konceptet har fördelen att eliminera kärnan inuti byggnadens hjärta, men ger dessutom otaliga möjligheter och flexibilitet för en konstruktör. Avlägsnandet av den centrala kärnan, plus mångfalden av Tube Mega Frame, kan resultera i nya byggnadsformer i kombination med nya uppfinningar som Multi Lift ThyssenKrupphar utvecklat. Multi är ett nytt hissystem med möjlighet att röra sig i alla riktningar bortsett från vertikalt. I denna uppsats genomfördes forskning om möjliga kombinationer med TMF och Multi. Den formgivna byggnaden är bara ett av de många möjliga resultaten som blandningen av Multi och TMF kan ha. Byggnaden byggdes på ett sätt att TMF skulle vara det huvudsakliga struktursystemet, byggnaden skulle ha lutningar så att Multi skulle vara den enda lösning som är lämplig för konstruktionen och höjden skulle vara betydligt stor. Förstudien fokuserade på lutningen och dess särdrag. Lutningen spelar en viktig roll för hur de inre krafterna fördelas i en struktur. Under speciella förhållanden kan lutningen vara till och med fördelaktig, även om lutning kan resultera i axiella krafter på plattorna så att de horisontella elementen måste utformas noggrant, inte bara för böjning eller skjuvning. Nästa fas var att experimentera på olika enkla lutande bygg former och kombinationer av dem. Slutsatserna från dessa enkla byggnaderna bildade tanken på hur huvudbyggnaden skulle vara. Huvudbyggnaden modellerades med fyra olika strukturella system och deras underkategorier med totalt sju modeller. Hela sju system jämfördes i lastkombinationer med vind last, seismisk last, egenvikt, nyttig last och det globala beteendet studerades. Modellens jämförelse inkluderade maximala deformationer och vibrationer. På detta sätt upptäcktes de bästa strukturella systemen för den specifika byggformen och slutsatser om lutning i en struktur gjordes. De bästa strukturella systemen och mer tillförlitliga vad gäller resultat men också avseende enkel konstruktion valdes att utformas i ETABS. 50 m Bältessystemet, det yttre Bäcksystemet och Diagridsystemet konstruerades. Utformningen av byggnaderna utfördes med användning av den amerikanska normen ASCE / SEI 7–10. I designen användes två olika megapelare för att studera hur en solid eller ihålig tvärsektion kunde påverka det globala beteendet. Beroende på konstruktionssystemet kunde megapelaren ha en större eller mindre effekt på strukturens styvhet. Tvärsnittens konstruktion var uppdelad i många grupper eftersom komplexa geometrin har en inverkan på hur och där krafter uppstår i strukturen. Utvändiga stödsystem hade de bästa resultaten när det gäller mindre vikt och global styvhet, vilket viste att i lutande byggnader och pelare kunde den korrekta förstärkningen och trianguleringen av element skilja de negativa effekterna av lutning och till och med fungera bättre jämfört med konventionella byggnader. 50-bältesystemet studerades vidare förknäckning, eftersom det var ett av de bästa konstruktionssystemen, men med minst fackverk, men också det minst komplexa med avseende på konstruktionsmetod. Den automatiska knäckning analysgenom ETABS genomfördes och ett mer konservativt tillvägagångssätt där användaren definierar knäcklängden och stödfaktorerna. Dessutom genomfördes en jämförelse mellan de användardefinierade faktorerna och global knäckning.

The Tubed Mega Frame (TMF) is a structural system for high-rise building developed by Tyréns AB. Compared to conventional structural systems, the TMF is a coreless system that transfers the loads through the perimeter of the building instead and in turn enables ability to support new architectural shapes and forms of buildings. This thesis covers an initial study of a high-rise building with an unconventional shape implementing the TMF system, the Cable-stayed Building, which consists of a slanted tower with a cable-supported cantilever. The study of the building was divided in to a geometrical study and a cable study. The geometrical study was carried out to gain an initial understanding of the global structural behavior by altering specific geometrical parameters. The cable efficiency in terms of total vertical forces was investigated in the cable study by comparing different cable arrangements, cable diameters and prestressing forces for a fixed global geometry. The studies were performed under linear and nonlinear static conditions using the finite element software SAP2000 and ETABS. The results from the geometrical study showed that the cable efficiency increases in terms of larger vertical cable forces with a less inclined building and longer cantilever length. In addition, the results showed significant effects of geometric nonlinearities considering P-delta for different geometric cases. Furthermore, a study of the axial forces in the mega columns indicated that the most inclined building in which no uplifting forces and barely any tension occur along the mega columns, is the 7° incline with cantilever length 73.4 m. As abovementioned, the efficiency of the cables was compared for different arrangements, cable diameter and prestressing forces. The results indicated that as the prestressing force increases, the efficiency of cables rises more for smaller cable diameter than for larger. Furthermore, the comparison of fan- and harp-shape cable arrangements showed that the latter, including three pairs of cables, gives the highest cable efficiency relative to the amount of steel required of the cantilever bracing system. Nevertheless, the study indicates that the cable forces are inherently dependent on many parameters, such as the sag effect considered in the modulus of elasticity and the stress inducing temperature, which in turn depends on cable diameter, prestressing force and cable arrangement. To conclude the study, a modal analysis showed that the Cable-stayed Building is classified as a stiff building according to the guidelines from Council on Tall Buildings and Urban Habitat. Further research on the structure could be carried out within different areas, as this thesis is only an initial study of the structure. For instance, material nonlinearities, dynamic responses of the building as well as soil structure interaction, should be investigated further. / Tubed Mega Frame (TMF) är ett bärande system för höghus utvecklat av Tyréns AB. TMF är, till skillnad från nuvarande konstruktioner, ett system utan en bärande kärna som överför laster via byggnadens perimeter istället, vilket skapar nya förutsättningar gällande arkitektoniska former på höghus. I detta projektarbete genomförs en förstudie på en byggnad med en ovanlig design, Snedkabel Byggnaden, bestående av ett lutande torn och en konsol som bärs upp av kablar.  Studien är uppdelad i en geometrisk analys och en kabel analys. Den geometriska studien syftar till att få en uppfattning om hur det globala bärande systemet beter sig genom att variera vissa geometriska parametrar. Syftet med kabel studiens är att undersöka kablarnas effektivitet genom att jämföra den totala vertikala kabelkraften med olika kabelsystem, kabeldiametrar och förspänningar för en fastställd geometri av byggnaden. Statiskt linjära och ickelinjära strukturanalyser genomfördes för båda studier i finita element programmen SAP2000 och ETABS. Resultaten från den geometriska studien visade att kabel effektiviteten ökar för en mindre lutad byggnad och en längre konsol, då kabelkrafterna ökar. Dessutom indikerar resultaten anmärkningsvärda effekter vid beaktandet av ickelinjäritet med P-delta för olika globala geometrier. En undersökning av axialkrafter i pelarna visar att den mest lutade byggnaden som inte ger upphov till upplyftande krafter och knappt några dragkrafter längs pelarna är byggnaden med 7° lutning och konsollängd på 73.4 m.   Som tidigare nämnt undersöktes kablarna effektivitet genom att jämföra olika kabelsystem, kabeldiametrar och förspänningar. Resultaten påvisade att med högre förspänningar, desto mer ökar kabeleffektiviteten för mindre kabeldiameter än större. Dessutom visade jämförelsen mellan solfjäder- och harp-systemet att harp-systemet med tre kabelpar ger stört kabeleffektivitet i relation till stålmassan för stagningen i konsolen. Krafterna i kablarna beror i sig till stor del av exempelvis elasticitets modulen med hänsyn till kablarnas nedböjning och den spänningsinducerande temperaturen, som i sin tur beror på kabeldiameter, förspänning och kabelsystem. Avslutningsvis utfördes en modalanalys som visade på att Snedkabel Byggnaden klassificeras som en styv byggnad enligt riktlinjer från Council on Tall Buildings and Urban Habitat. Ytterligare studier på strukturen kan genomföras inom olika områden, då detta är en förstudie på byggnaden. Exempelvis på vidare forskning är att ta hänsyn till materialens ickelinjäriteter, byggnadens dynamiska respons samt samverkan mellan byggnad och grund.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

The Tubed Mega Frame is a new structure concept for high-rise buildings which is developed by Tyréns. In order to study the structural performance as well as the efficiency of this new concept, a global analysis of the Tubed Mega Frame structure is performed using finite element analysis software ETABS. Besides, the lateral loads that should be applied on the structure according to different codes are also studied. From the design code study for wind loads and seismic design response spectrums, it can be seen that the calculation philosophies are different from code to code. The wind loads are approximately the same while the design response spectrums vary a lot from different codes. In the ETABS program, a 3D finite element model is built and analyzed for linear static, geometric non-linearity (P-Delta) and linear dynamic cases. The results from the analysis in the given scope show that the Tubed Mega Frame structural system is potentially feasible and has relatively high lateral stiffness and global stability. For the service limit state, the maximum story drift ratio is within the limitation of 1/400 and the maximum story acceleration is 0.011m/sec 2 which fulfill the comfort criteria.

No description available.

PERFORMANCE-BASED ANALYSIS OF A REINFORCED CONCRETE SHEAR WALL BUILDING Garrett Richard Hagen In this thesis, a special reinforced concrete shear wall building was designed per ASCE 7-05, and then the performance was investigated using the four analysis procedures outlined in ASCE 41-06. The proposed building was planned as a 6-story office building in San Francisco, CA. The structural system consisted of a two-way flat plate and reinforced concrete columns for gravity loads and slender structural walls for seismic loads. The mathematical building models utilized recommendations from ASCE 41-06 and first-principle mechanics. Moment-curvature analysis and fiber cross-section elements were used in developing the computer models for the nonlinear procedures. The results for the analysis procedures showed that the building met the Basic Safety Objective as defined in ASCE 41-06. The performance levels for the nonlinear procedures showed better building performance than for the linear procedures. This paper addresses previously found data for similar studies which used steel special moment frames, special concentric braced frames, and buckling restrained braced frames for their primary lateral systems. The results showcase expected seismic performance levels for a commercial office building designed in a high seismicity region with varying structural systems and when using different analysis procedures. Keywords: reinforced concrete structural walls, shear walls, performance-based analysis, ETABS, Perform-3D, flat plate, two-way slab.

It is a well-known problem that concrete needs to be made more efficient and that it is the large consumption of cement that is the major contributing factor to the nearby need. There is a zero vision of a climate-neutral concrete where all CO2 emissions in the life cycle of the concrete are to be reset by 2050. It is a question of improving, above all, the process of handling CO2 in the production of cement. This study tackles CO2 emissions from the concrete from a holistic perspective, by exploring optimization possibilities when implementing a newly developed concrete in residential buildings, called Ultra High Performance Concrete (UHPC). While it should be a better alternative for the climate, it should also require less material consumption and be more cost-effective in order to create a competitive alternative to the conventional alternative today, called Normal Concrete (NC). UHPC is during a development phase regarding optimization opportunities and it has been proven in several studies to be able to relate better to a sustainable design, based on a total life cycle progression. This applies above all to large and robust bridge structures where large volume differences are available. The idea behind this study is to highlight the question of whether there is an opportunity to get similar results in the construction of less robust components in residential buildings, since the problem with the mix design for UHPC has been the overall high cost in relation to NC. In recent years, this cost has been reduced and now there are opportunities to effectively introduce UHPC into another segment.In this study, columns and beams were dimensioned in a residential NC building and a residential UHPC building with ETABS (CSI 2019). Furthermore, the components of the buildings were compared, based on the aspect of a sustainable design from a total LCA. What was investigated were the differences in total material consumption, CO2 emissions, and costs.The study showed that the UHPC components were better based on all aspects after its total LCA. The total cement consumption was larger, but the building received at the same time an estimated double the lifespan of the NC- building. The total material consumption in the form of total component volumes became smaller, the total annual CO2 emissions became smaller and the total annual costs became smaller as well. / Det är ett välkänt problem att betong behöver klimateffektiviseras och att det är den storacementkonsumtionen som är den stora bidragande faktorn till det närliggande behovet. Detfinns en nollvision om en klimatneutral betong där alla CO2- utsläpp under betongenslivscykel (LCA), ska nollställas fram till år 2050. Det är en fråga om att framför allt förbättraprocessen gällande hantering av CO2 vid produktion av cement. Den här studien angriperCO2- utsläppen från betongen ur ett helhetsperspektiv, genom att undersökaoptimeringsmöjligheter vid implementering av en nyutvecklad betong i bostadshus, kalladUltra High Performance Concrete (UHPC). Samtidigt som den ska vara ett bättre alternativför klimatet, ska den också kräva mindre materialåtgång och vara mer kostnadseffektiv föratt kunna skapa ett konkurrenskraftigt alternativ till det konventionella alternativet idag,kallad Normal Concrete (NC). UHPC är under en optimeringsfas och den har bevisats i flerastudier kunna förhålla sig bättre till en hållbar design, utifrån en total LCA. Det gäller framförallt stora och robusta brokonstruktioner där stora volymskillnader är disponibla. Tankenmed den här studien är att lyfta fram frågan om det finns möjlighet att få liknande resultatvid byggnation av mindre robusta komponenter i bostadshus, i ju med att problemet medmix-designen för UHPC, har varit den generella höga kostnaden i förhållande till NC. Påsenare år har den kostnaden kunnat reduceras och nu finns möjligheterna att effektivtkunna införa UHPC till ytterligare ett segment.I studien jämfördes pelare och balkar i ett UHPC- hus med motsvarande komponenter i ettNC- hus utifrån aspekten en hållbar design, ur en total LCA. Husen dimensionerades i ETABS(CSI 2019) utefter samma förutsättningar med hänsyn till kravet på bärförförmågorna. Detutgjorde skillnader hos volymerna på komponenterna, som således påvisade hurmaterialåtgången förändrades. CO2- utsläppen och kostnaderna påverkades avbetongkompositionerna och skillnaderna hos de materiella egenskaperna av respektivebetongtyp. I slutändan redovisades vilken betongtyp som genererade minsta och störstaårliga CO2- utsläpp och kostnader.Resultatet visade att UHPC- komponenterna minskade den totala betongåtgången underbyggprocessen med 27,1%, samt minskade armeringsåtgången med 12,0%, men attcementåtgången nästan fördubblades och motsvarade en ökning på 99,4%. CO2- utsläppenvart således betydligt större efter byggprocessen, men i förhållande till ett totaltlivcykelförlopp, minskade de totala årliga utsläppen med 18,8%. Det fanns en kritisk punktdär UHPC- komponenterna måste ha en LCA på minst 97,5 år i förhållande till NCkomponenternas LCA på 60 år, för att vara mer lönsamma utifrån totala CO2- utsläpp.Kostnaderna vart också betydligt större för UHPC- komponenterna efter byggprocessen,men efter en total LCA, minskade de totala kostnaderna med 39,0%. Det fanns en kritiskpunkt, där LCA- förloppet måste uppgå till minst 73,2 år i förhållande till NCkomponenternas LCA på 60 år, för att vara mer lönsamma utifrån totala kostnader.Enligt det framtagna resultatet fanns det goda möjligheter för pelare och balkar i UHPChuset att förhålla sig bättre utifrån en hållbar design, än vad motsvarande komponenter förNC- huset gjorde, efter en total LCA. Pelare och balkar i bostadshus kan bli ett nytt segmentatt introducera UHPC till, även om pålitligheten för studien är begränsad av betydelsefullafelkällor och tillgängliga kunskaper inom området för närvarande.