Because of the transition to a common standard for building regulations in Europe called Eurocodes, there is a need to update old reports that was written when old national standards were in use. A pile foundation is needed if the ground beneath a building does not have enough loadbearing capacity. The function of the pile cap is to distribute the load from the above construction on to the piles in the ground. The goal of this thesis is to create design tables with a number of type caps that can be use to quickly get a grip of the size, quantity of reinforcement steel and loadbearing capacity of the cap without the need to do any calculations. To create the values for the design tables the cantilever truss model was used. The truss is made up of the strut between the pile head-compression zone under the wall/pillar and the tie that is the reinforcement steel. The choice of this model makes it relatively simple to calculate the height and loadbearing capacity for the cap.The model from the theory part of the thesis is further explained by a calculation example that shows how the model has been implemented to create the design tables. The work with this thesis has been carried out at WSP and has it’s grounds in an handbook that they have there.

Fackverksmodellen är idag den modell som vid dimensionering av pålfundament är vanligast att använda. Det kan finnas tillfällen där en fackverksmodell inte är fördelaktig att dimensionera ett fundament efter, till exempel vid stora pålavstånd då det leder till höga fundament. Pålfundament kan även dimensioneras enligt balkmodellen. Detta examensarbete kommer att undersöka fördelarna och nackdelarna med respektive beräkningsmodell. Med hjälp av två konstruerade beräkningsmallar för respektive modell dimensioneras ett fundament med fyra pålar. Fallstudien kommer att bli grunden för jämförelsen.   Båda beräkningsmallarna kommer att följa SS-EN-1992-1-1:2005 Eurokod 2 dimensionering av betongkonstruktioner. De ekvationer som används vid dimensionering med respektive modell kommer att redovisas för att förtydliga genomförandet för detta arbete. Jämförelsen kommer att göras för följande parametrar;   ​armerings- och betongmängd ​sprickfördelande armering förankring av längsgående stänger fundamentets geometri påverkan av felslagning   Utifrån resultatet från fallstudien blir fundament dimensionerande enligt fackverksmodellen högre än fundament dimensionerat enligt balkmodellen. Balkmodellen kräver mer huvudarmering och är mer känslig för felslagning. Sprickarmering krävs inte i lika stor utsträckning för fundament dimensionerande enligt balkmodell. Fackverksmodellen kräver större förankringslängd.   Vilken modell som är bäst lämpad beror på fundamentets utformning och vilka förutsättningar som finns på arbetsplatsen. Finns det krav på hur högt fundamentet får vara är balkmodellen bättre lämpad. Där pålarna kan placeras inom minimiavstånd och där ingen begränsning på hur högt fundamentet får vara är det lämpligt att använda sig av fackverksmodellen. / The strut-and-tie model is today the model that is most commonly used for designing pile caps. There may be occasions where a strut-and-tie model is not that beneficial to design a pile cap after, for example big distances between piles will lead to high pile caps. Pile caps can also be designed according to the so-called flexural model. This thesis will investigate the pros and cons that comes with each model. This will be done by constructing two calculation templates for each model to design a four-pillar foundation.   Both calculation templates will follow SS-EN-1992-1-1: 2005 Eurocode 2 design of concrete structures. The equations that will be used for designing each model will be explained to clarify the implementation of this work. The comparison will be made for the following parameters;   ​reinforcement and concrete amount crack reinforcement anchorage of longitudinal reinforcement the height of the pile cap impact of miss-piling   Based on the outcome of the case study, a pile cap designed according to the strut-and-tie model results in higher caps than a cap designed according to the flexural model. The flexural model requires more longitudinal reinforcement and is more vulnerable to miss-piling. Crack reinforcement is not required to the same extent for the flexural model compared to caps designed according to the strut-and-tie model. The strut-and-tie model requires longer anchoring length for the longitudinal reinforcement.   The model that is best suited depends on the preconditions where the foundation is going to be placed and the formation of the pile cap. If there is a limit for how high the pile cap can be, the flexural model can be better suited. Where the piles can be placed within minimum distances and there is no limitation on the height of the foundation, it is advisable to use the ‘strut-and-tie model.

Syftet med detta examensarbete är att producera ett dataprogram som dimensionerar pålfundament samt beräknar felslagning av pålar. Ett pålfundaments funktion är att via pålar överföra laster till berg eller fasta jordlager. Felslagning inträffar då pålar inte hamnat på rätt koordinater eller glidit snett ned i marken och ej kan användas. Med hjälp av felslagningsprogrammet erhålles nya påkoordinater för nästkommande påle, vilken måste placeras ut så att tyngdpunkten för hela pålsystemet skall hamna rätt. Programmeringsspråket vi använt oss av är Visual Basic, där vi har omvandlat teoretiska beräkningar till databeräkningar. Detta har resulterat i ett dataprogram som beräknar 2-, 3- och 4-pålsfundament samt tar fram en ny påles koordinater vid felslagning. Vid beräkning av pålfundament tas hänsyn till armeringsmängd, förankring, sprickbildning samt spjälkning.

<p>Syftet med detta examensarbete är att producera ett dataprogram som dimensionerar pålfundament samt beräknar felslagning av pålar. Ett pålfundaments funktion är att via pålar överföra laster till berg eller fasta jordlager. Felslagning inträffar då pålar inte hamnat på rätt koordinater eller glidit snett ned i marken och ej kan användas. Med hjälp av felslagningsprogrammet erhålles nya påkoordinater för nästkommande påle, vilken måste placeras ut så att tyngdpunkten för hela pålsystemet skall hamna rätt. Programmeringsspråket vi använt oss av är Visual Basic, där vi har omvandlat teoretiska beräkningar till databeräkningar. Detta har resulterat i ett dataprogram som beräknar 2-, 3- och 4-pålsfundament samt tar fram en ny påles koordinater vid felslagning. Vid beräkning av pålfundament tas hänsyn till armeringsmängd, förankring, sprickbildning samt spjälkning.</p>

Fyrpålsfundament har traditionellt utförts med uppbockad jämnt fördelad rutarmering. Efter införandet av de europeiska konstruktionsreglerna, Eurokoderna, rekommenderas att en fackverksmodell tillämpas vid dimensionering av pålfundament. Normalt appliceras en fackverksmodell med trycksträvor som går från pelare ut till respektive påle och med dragband mellan pålarna. Armeringen utförs som slutna slingor koncentrerat mellan pålarna. Entreprenör föredrar den jämnt fördelade rutarmeringen då utförandet av den armerade betongplattan underlättas. I det här examensarbetet undersöks en alternativ fackverksmodell som förväntas ge en spänningsbild som motiverar en jämnare utbredd armering i betongplattans underkant samtidigt som alla dimensioneringskrav i brottgränstillstånd är uppfyllda. Vidare jämförs den upprättade fackverksmodellen med traditionellt använda beräkningsmodeller. Studien innefattar en FE-analys av ett fyrpålsfundament som modelleras med olika armeringsfördelning. Fördelningen av armeringen är framtagen ur analytiska beräkningar baserade på tre olika beräkningsmodeller: ny upprättad fackverksmodell, traditionell fackverksmodell och modell baserad på klassisk balkteori. Erhållna resultat visar på att alla tre beräkningsmodellerna kan med framgång tillämpas vid dimensionering av pålfundament i brottgränstillstånd. Studien bör betraktas som en initial undersökning där nästa steg är att verifiera erhållna resultat från FE-analys med provningar på pålfundamentet.

The main topic of this thesis concerns the behavior of concrete pile cap supported by four piles with two varying positions of longitudinal reinforcements. The positions include top of piles and bottom of the pile cap. For this purpose, non-linear finite element models of a pile cap are created using software ATENA 3D. The goal was to observe which position of reinforcement yields the higher bearing capacity and to observe the failure modes in the models. To achieve the above goals, a short review of theoretical background concerning shear phenomena is performed. This, in order to enhance the knowledge regarding shear stresses, shear transfer mechanism, factors affecting shear capacity, modes of shear failure and relate them to the behavior of pile cap. Furthermore, the calculation of shear resistance capacity based on Eurocode 2 using strut and tie method and sectional approach is presented. The numerical analysis started by creating four pile cap models in ATENA 3D. The difference between the models being the position and ratio of longitudinal reinforcement. The purpose behind two reinforcement ratios were to observe the behavior of pile cap model in two cases: a) when failure occurs prior to yielding of reinforcement; b) when failure occurs while reinforcement is yielding. The models are then analyzed using software ATENA Studio. The results revealed that placing the reinforcement on top of piles in case (a) increased the capacity of the model by 23.5 % and in case (b) increased the capacity by 18.5 %. This because the tensile stresses were found to be concentrated on top of piles rather than the bottom of the pile cap. The final failure mode in the model with top reinforcement position was crushing of the inclined compressive strut at the node beneath the column and in the model with bottom reinforcement position, the splitting of the compressive strut due to tensile stresses developed perpendicular to the inclined strut. The potential advantage of placing the reinforcement at the bottom were a better crack control in serviceability limit state and a slightly less fragile failure mode compared to the top position of reinforcement. A parametric study was performed in the model as well to observe the effects of various parameters on the results obtained. It was found that fracture energy had the most significant effect on the results obtained. Finally, a comparison between the results of numerical analysis and analytical design approaches based on strut and tie method and sectional approach was performed. The comparison reveals that the design values obtained based on strut and tie method for the model were very conservative. In particular, the equation for the strength of inclined compressive strut based on Eurocode 2 was very general. / Det huvudsakliga ämnet för den här avhandlingen handlar om beteendet hos pålfundament som stöds av fyra pålar med två olika positioner av längsgående armering. Positionerna inkluderar toppen av pålarna och botten av slagdynan. För detta ändamål skapas icke-linjära finita elementmodeller av en slagdyna med mjukvaran ATENA 3D. Målet var att observera vilket armeringsläge som ger den högre bärkapaciteten och att identifiera brottmekanismen i modellerna. För att uppnå ovanstående mål utförs en kort genomgång av teoretisk bakgrund rörande skjuvningsfenomen. Detta för att förbättra kunskapen om skjuvspänningar, skjuvöverföringsmekanism, faktorer som påverkar skjuvkapacitet, skjuvbrott och relaterar dem till beteendet hos slagdynan. Beräkningen av skjuvmotståndet baserad på Eurocode2 med hjälp av Srut and tie-metod och sektionsmetod. Den numeriska analysen började med att skapa fyra pålfundament i ATENA 3D. Skillnaden mellan modellerna är positionen och förhållandet mellan längsgående armering. Syftet bakom två armeringsförhållanden var att observera beteendet hos slagdynan i två fall: a) när brott inträffar innan armering plasticeras; b) när brott inträffar medan armeringen plasticeras. Modellerna analyseras sedan med hjälp av programvaran ATENA Studio. Resultaten visade att placering av armeringen ovanpå pålarna i fall a) ökade modellens kapacitet med 23,5% och i fall (b) ökade kapaciteten med 18,5%. Detta på grund av att dragspänningarna visade sig vara koncentrerade på toppen av pålarna snarare än på botten av slagdynan. Det slutliga brottet i modellen med topparmeringsposition var krossning av det lutande tryckstaget vid noden under pelaren. I modellen med bottenarmeringsposition delades kompressionsstaget på grund av dragspänningar vinkelrätt mot det lutande staget. The potential advantage of placing the reinforcement at the bottom were a better crack control and slightly less fragile failure mode compared to the top position of reinforcement. En parametrisk studie genomfördes också i modellen för att observera effekterna av olika parametrar på de erhållna resultaten. Det visade sig att brottenergi hade den mest signifikanta effekten på de erhållna resultaten. Slutligen genomfördes en jämförelse mellan resultaten från numerisk analys och analytiska designmetoder baserade på strut and tie-metoden och sektionsmetoden. Jämförelsen avslöjar att de designvärden som erhölls baserat på strut and tie-metoden för modellen var mycket konservativa. I synnerhet var ekvationen för kapaciteten hos det lutande tryckstag baserad på Eurocode 2 mycket generell.

En stor del av projekteringsskedet är framtagandet av bygghandlingar, främst ritningar i 2D. En modernare metod är istället att samla all information om ett byggnadsprojekt i en samordnad 3D-modell, så kallad BIM-modell. Building Information Modeling (BIM) är en välkänd projekteringsmetod som bygger på att digitala 3D-modeller innehåller tillräcklig information för att beställas och produceras i fysisk form. Modellen består av parametrar som representerar olika egenskaper och när en parameter ändras uppdateras modellen automatiskt. Parametrarna kan nås och modifieras av insticksprogram, så kallade plug-ins som utökar den ursprungliga programvarans funktionalitet med hjälp av programkod. Grafisk programmering är en modern programmeringsmetod med ett visuellt gränssnitt som underlättar för oerfarna användare. Med hjälp av grafisk programmering kan parameterstyrning av 3D-modeller effektiviseras och värdefull tid sparas. Av denna anledning har Dynamo, ett plug-in utvecklat av företaget Autodesk för Revit, studerats för att ta fram ett så kallat skript som automatiserar 3D-modelleringsprocesser i Revit kopplat till placering av armering i pålfundament. Dessutom har möjligheter till standardisering undersökts, samt för- och nackdelar med metoden. I detta examensarbete redogörs för potentialen med Dynamo och de skript som skapats genom en empirisk studie. En enklare fallstudie utfördes för att kunna åskådliggöra graden av tidsbesparing gentemot motsvarande arbete manuellt i Revit. För att komplettera armeringsskripten togs beräkningsmallar fram som, enligt fackverksmetoden och Eurokod 2, försåg skripten med korrekt indata. Resultatet av projektet visar på att Dynamo och grafisk programmering kan effektivisera armeringsplacering i pålfundament. Graden av effektivisering beror på varje enskilt fall, men fallstudien visade på ca 85–90% sparad tid. En generell slutsats pekar mot att ju mer komplicerad utformning av armering desto mer tid finns att spara. Då grafisk programmering bygger på automatisering av arbetsprocesser av upprepande karaktär finns stor potential för att standardisera projektering med hjälp av dynamoskript. Företag kan då skapa rutiner som ökar kontinuitet och kvalitet i sina projekt. Automatiseringen leder även till färre mänskliga fel och utförandet blir effektivare. Uppdragsgivaren uppmanas att vidareutveckla metoden genom att implementera tydliga rutiner vad gäller 3D-modellering med grafisk programmering, samt undersöka möjligheten med automatiserad armering i andra bärande konstruktioner. / Most of the time spent on project planning is dedicated to the development of construction documents, mainly 2D-drawings. A more modern method is to gather all information about a building project in a coordinated 3D-model, so called BIM-model. Building information modelling (BIM) is a well-known design method based on a digital 3D model having enough information to enable procurement work and actual production. The model consists of parameters that represent different properties and when a parameter is changed, the model is updated automatically. These parameters can be accessed and modified through external programs, so called plug-ins that extend the original software’s functionality using program code. Visual programming is a modern programming method which utilizes a visual interface that favours users with little or no experience. Using visual programming, parameter control can be made more efficient and save valuable time. For this reason, Dynamo (a plugin developed by the company Autodesk for Revit), has been studied to create a so-called script that automates 3D modelling processes in Revit linked to placement of reinforcement in pile caps. In addition, possibilities for standardization have been investigated, as well as the advantages and disadvantages of the method. With this project, the potential of Dynamo and the scripts created through an empirical study is described, where a relatively simple case study is carried out in order to illustrate the amount of time saved through visual programming compared to corresponding work manually done in Revit. Furthermore, calculation templates were created, according to the strut and tie model and Eurocode 2, to provide the script in Dynamo with the correct inputs. The result shows that Dynamo and visual programming can make placement of reinforcement in pile caps more efficient. While the degree of efficiency is case dependent, the case study showed an overall 85-90% time saving. A general conclusion suggests that the more complicated rebar designs, the more time there is to be saved. Since visual programming is based on the automation of repetitive processes, there is great potential to standardize structural design with the help of Dynamo scripts. Companies can thus create routines that increase continuity and quality in their projects. The automation also leads to fewer human errors and a more efficient execution. The client is advised to further develop this method by implementing explicit routines regarding 3D modelling with visual programming and investigate the possibilities of automation of reinforcement design in other load-bearing structures.