In this masters thesis the aim was to investigate a part of Sturegallerian in Stockholm to be reconstructed. The reconstruction did implicate that openings were to be established in an already existing masonry wall. Reconstruction of an old masonry building entails certain difficulties due to the lack of knowledge regarding the building methodology of the existing structure. The purpose of the project was to analyze the effects of a desired reconstruction. A further purpose was to identify the effect with a suggested steel amplifier. In addition it was of interest to see how different modeling strategies would effect the results and discuss what modeling strategy that was most preferred for this project. For the project the specific wall structure was established in the finite element method software, named Räumlich Finite Element Method, as well as a model with the reconstructions established. A comparison of the existing structure with the reconstructed leads to a better understanding of the characteristics of the structure and the specific loads acting on the structure. Further, two different modeling strategies were assigned: one with an isotropic material model and the other as an orthotropic. The models were evaluated for the Ultimate Limit State as well as the Serviceability Limit State to verify the critical behaviours. The models were analyzed for the specific limit states: the deformations, internal forces and the axial stresses. Further, the suggested steel amplifiers were implemented in the reconstructed models to be able to analyze the effects. When the steel amplifiers were assigned to the reconstructed models, the same limit states were analyzed for the deformations and for the internal forces. The conclusion of this project was that an orthotropic material model is best suited for masonry structures. The steel amplifiers were implemented in the orthotropic material model and were further analyzed in the Finite Element software. With the steel amplifiers one could see that the deformations decreased and were still lower than the maximum deformation. One could see that the compression stresses within the masonry wall decreased with the implemented steel amplifiers. The utilization ratio for the steel amplifier was established in Colbeam. The result of stresses, deformations, utilization ratio and stresses within the structure resulted in that this type of amplifier was considered as applicable for this project. / I denna masteruppsats var syftet att undersöka en del av Sturegallerian i Stockholm som skulle rekonstrueras. Rekonstruktionen innebar att öppningar skulle tas upp i den redan befintliga murade väggen. Ombyggnation av en gammal murad byggnad medför vissa svårigheter på grund av den begränsade mängden kunskap om den befintliga konstruktionens byggnadsmetodik. Syftet med projektet var att analysera effekterna samt förmågan att etablera den önskade rekonstruktionen. Ett ytterliggare mål var att identifiera effekterna med en föreslagen stålförstärkare för strukturen. Dessutom var man intresserad av att se hur olika modelleringsstrategier skulle påverka resultaten och diskutera vilka modelleringsstrategier som var att föredra för projekt som detta. För projektet fastställdes den specifika väggstrukturen i mjukvaran för finita elementmetoden, kallad Räumlich Finita Element Method, samt en modell med de etablerade rekonstruktionerna. Genom att jämföra den befintliga strukturen med den rekonstruerade, medförde det en bättre förståelse av strukturens beteende med de specifika belastningar som verkar på strukturen. Modellerna tilldelades två olika modelleringsstrategier: den ena etablerades med en isotrop materialmodell och den andra som ortotrop. Modellerna utvärderades för brottgränstillstånd och bruksgränstillstånd för att verifiera de kritiska beteendena. För de specifika gränstillstånden analyserades deformationerna, inre krafter samt axiella spänningar. Vidare implementerades de föreslagna stålförstärkningarna i de rekonstruerade modellerna för att kunna analysera effekterna för: deformationer, interna krafterna och spänningar. Vidare så implemenderades stålförstärkningar i ombyggnationen för att analysera effekter. När stålförstärkningarna var implementerade kunde en analys av deformationerna och de interna krafterna utföras. Slutsatsen av detta projekt var att en ortotrop materialmodell var bäst lämpad för murverk. Stålförstärkarna implementerades i materialmodellen, analyserades i Finita Element programmet. Med stålförstärkningarna kunde man se en minsking i deformationerna och att de var lägre än de maximalt tillåtna deformationerna. Tryckspänningarna minskade i murverksstrukturen med hjälp av de implementerade stålförstärkningarna. Utnyttjandegraden för stålförstärkningarna fastställdes i Colbeam. Resultaten av deformationerna, utnyttjandegraden samt spänningarna i strukturen resulterade i att denna typ av stålförstärkning bedömdes vara lämplig för detta projekt.

I aktuellt läge [2019] brister Sverige på att tillhandahålla förberedande planer för eventuella brandolyckor i byggnader med kulturhistoriskt värde. Brandolyckor på kulturminnesmärkta byggnader är inte frekventa och det saknas en standardiserad metod på hur återställandet kan hanteras efter en brandolycka på ett produktivt och hållbart sätt. Syftet med rapporten är att komma fram till en förenklad och mätbar standardiserad arbetsprocess genom att förbättra arbetet kring en brandolycka på kulturminnesmärkta byggnader, där förebyggande åtgärder, förbättringar under brandförloppet och återställande av objekt ingår. Rapporten görs med målen att bevara en god social hållbarhet och bevara det svenska kulturarvet för framtida generationer. Målet vid återställandet av en kulturhistorisk byggnad är att utseendet ska förbli oförändrat och att bevara det traditionella och ursprungliga skicket. Huvudobjekt som undersöks är kulturminnesmärkta byggnaden Kasern II på Skeppsholmen tillsammans med de två referensobjekten Katarina kyrka och Vildmannen 7. Huvudobjektet där en brandolycka bryter ut i september år 2016 håller idag [2019] på att återställas efter omfattande fuktskador från släckningsarbetet och brandskador på material som blev utsatta för höga temperaturer. Del av den standardiserade processen är att redovisa hur val av släckmedel kan avgöra omfattningen av fuktskador på materialet i byggnaden och hur släckmedlet och brandrester påverkar närliggande miljö ur ett hållbarhetsperspektiv. Även förebyggande brandskydd och önskvärt brandskydd efter restaureringsarbetet tas med. Rapporten bearbetar materialmässigt främst tegel och trä som oftast utgör den bärande stommen respektive bjälklaget i en kulturhistorisk byggnad. Genom att observera hur trämaterial och murverk reagerar vid hög temperatur och fukt vill författarna bedöma om de kan saneras och återanvändas eller behöver kasseras. Dessutom undersöks med fokus på återställande av konstruktionen, saneringsmetoder för att ta bort brandlukt och mikrobiologisk påväxt på trämaterial. Då målet vid återställande av en kulturminnesmärkt byggnad är att behålla den traditionella utformningen saneras det massiva teglet och träbalkarna i den utsträckning som går för att bevara dem. Dimensionering av brandskydd varierar för olika kulturminnesmärkta byggnader beroende på objektets utformning och ändamål. Som exempel för installation av sprinkler görs en avvägning mellan risk för brand och risk för eventuella fuktskador vid brand. Compressed air foam system [CAFS] är den släckningsutrustning som används under släckningsarbetet på Kasern II, som jämfört med andra släckningssystem avger mindre vatten och på så sätt minimerar fuktskador. Under brandförloppet hjälper aktuella ritningar, dokumentation och insatsplaner räddningstjänsten att utföra ett funktionellt släckningsarbete. Tegel är beständigt mot brand då det bränns under tillverkningsprocessen. Vid en brandolycka kan tegel spricka om sintringstemperatur överstigs eller vid snabb avkylning under släckningsarbete. Sprickor kan åtgärdas med förstärkning av murverk. Sprickor i tegel som är synligt för blotta ögat återanvänds om det inte finns en synlig fysisk skada på materialet. Trämaterialets hållfasthet försämras inte vid exponering av hög temperatur förutom i den brännskadade delen som kallas förkolningsdel och ligger i ytskiktet på balken efter brand. Förkolningsdelen kan mekaniskt hyvlas bort vid sanering. Mekanisk hyvling anses som en relativt enkel saneringsmetod och kräver inga kemiska miljöpåverkande ämnen. / In current situation [2019], Sweden is failing to provide preparatory plans for possible fire accidents in buildings with cultural-historical value. Because fire accidents on monumental buildings do not occur frequently, there is no standardized method on how to manage the restoration after the accident in a productive and sustainable manner. Purpose of the report is to produce a simplified standardized and measurable work process on how to improve arrangements during a fire accident on monumental buildings, where preventive measures, improvements during fire process and restoration of the building are included. The report is written with the aim of preserving good social sustainability and for preserving the Swedish cultural heritage for the future. The goal when restoring a cultural-historical heritage building is to maintain the classical appearance and to preserve the traditional and original condition. The main object reviewed is the cultural heritage building Kasern II on Skeppsholmen together with two more reference objects. The main object, where the fire accident takes place in September 2016, is today [2019] being restored after extensive moisture damage from the extinguishing work and fire damage to the material which was exposed to high temperature. Part of the standardized process is to describe how the choice of extinguishing agent can determine the extent of moisture damage to the material of the building and how pollution from the extinguishing agent and fire residues affect the neighboring environment from a sustainable point of view. Preventive fire protection and desirable fire protection after restoration work are also included. The report materially presents bricks and wood, which most often constitute the supporting structure and the floor structure of a cultural-historical building. By observing how wood materials and masonry react at high temperature and humidity, an assessment is made whether these materials can be decontaminated and reused or need to be discarded. In addition, with focus on restauration of the construction, decontamination methods for removal of fire odor and microbiological growth on wood materials are studied. Goal when restoring a building with cultural heritage is to maintain the traditional construction, therefore the solid brick and wooden beams are to be remedied to the extent required to preserve them. The choice of fire protection installations varies depending on the building's design and purpose. An example is the installation of sprinklers, which is a tradeoff between the risk of fire and the risk of possible moisture damage in the event of fire. Compressed air foam system [CAFS] is the extinguishing equipment used during extinguishing work on Kasern II which, compared to other extinguishing systems, emits less water therefore minimizing moisture damage. During the fire accident, updated drawings, documentation and action plans help the rescue service perform a functional extinguishing work. Bricks are resistant to fire as bricks are burned during manufacturing process. During a fire accident, bricks may crack if the sintering temperature is exceeded or in case of a rapid cooling during extinguishing work. Cracks can be restored with reinforcement on masonry. As cracks in brick are usually visible to the naked eye, bricks are reused if there is no visible physically damage to the material. The strength of wood material does not deteriorate when exposed to high temperature except in the burned part called char, which lies on the surface layer of the beam after fire exposure. The charring part can be mechanically planed away during sanitation. Mechanical planning is regarded as a relatively simple sanitation method and does not require any chemical environmentally impacting substances.

Masonry spires are a typical part of church architecture. Since it is rare that masonry is used as a load-bearing material in the western world today, it is important to maintain and increase the knowledge of modelling masonry structures both from a maintenance point of view and to build new masonry structures. The purpose of this master thesis is to look at and evaluate some different methods to model masonry spires exposed to common loads such as gravity, settlement and wind. The spire of the Salisbury Cathedral is used as a template regarding geometry and mechanical properties for the modelling methods. Two modelling methods are used in the master’s thesis. The first one is the limit analysis method applied to masonry. It is used to calculate a critical thickness for the masonry of the spire for a severe wind load. The second method is the Finite Element Method (FEM). The commercial finite element software Abaqus is used to create the model and the discretization used with the FE modelling is the macro-modelling approach. Concrete Damage Plasticity (CDP) in Abaqus is used as the material model and adapted to masonry. The finite element model consists of the spire itself along with the supporting structure beneath it down to the piers. Four different simulations (jobs) are run with varying wind direction and two of them have settling piers. The results from the finite element simulations indicate that the membrane stresses in the spire faces for the various jobs were not significantly different from one another. One of the jobs with settling piers could not be completed because the tensile stresses in the arches reached the tensile strength capacity of the material. The other simulation with a settlement that did complete did not have any significant difference in stress compared with the simulations without settlements. While the arches and the piers underwent plastic straining the spire itself did not. The stress levels there remained in the linear range for all the completed simulations. The finite element results also agree with the limit analysis. These findings call into question some of the modelling choices. The inclusion of the structure beneath the spire in the finite element model, as a way to study the effect of settlements, did not give more insight into the spire’s behaviour. Furthermore, the method to implement settlements was too inaccurate and another approach should be used to study the effect of settlements on the state of spires. Further work needs to be done on that topic. Improvements can also be made regarding how CDP was adapted for masonry. / Murade tornspiror är en vanlig takkonstruktion inom kyrkoarkitekturen. Eftersom det numera är sällsynt att murverk fungerar som lastbärande material i västvärlden, är det viktigt att upprätthålla och utöka kunskapen om murverkskonstruktioner för både underhåll och nybyggnation. Syftet med denna masteruppsats är att betrakta och utvärdera några olika modelleringsmetoder för murade tornspiror som är utsatta för några typiska laster såsom egentyngd, sättningar och vind. Katedralen i Salisbury används som en modelleringsmall i uppsatsen med avseende på katedralens geometri och materialegenskaper. Två modelleringsmetoder används i uppsatsen. Den första är gränsanalys tillämpad på murverkskonstruktioner. Den används för att beräkna en kritisk tjocklek för tornspiran under en stor vindlast. Den andra metoden är Finita Elementmetoden (FEM). Den kommersiella finita elementprogramvaran Abaqus används för finita elementanalysen och diskretiseringen som används för murverket i finita elementmodellen är makromodellering. Concrete Damage Plasticity (CDP) i Abaqus används som materialmodell och anpassas för murverk. Finita elementmodellen består utav själva tornspiran inklusive de bärande delarna under spiran och ned till pelarna. Fyra olika simuleringar ("jobb") körs med vindlast som angriper från olika riktningar och två av simuleringarna har pelare som sätter sig. Resultaten från simuleringarna visar att membranspänningarna i tornspirans väggar, för de olika jobben, inte skilde sig i någon betydelig grad från varandra. Ett av jobben med pelare som satte sig kunde inte köras klart eftersom dragspänningarna i valvbågarna överskred draghållfastheten på murverket i modellen. Den andra simuleringen med sättningar som kördes klart uppvisade inte några avsevärda skillnader i spänningar i tornspiran jämfört med simuleringarna utan sättningar. Medan plastiska töjningar uppkom i både valvbågarna och pelarna i modellen, uppkom de inte i tornspiran. Spänningsnivåerna i tornspiran var inom det linjära intervallet för alla simuleringar. Resultaten från finita elementanalysen stämde överens med resultaten från gränsanalysen. Analysresultaten ifrågasätter vissa av modelleringsvalen. Att inkludera de bärande delarna under tornspiran i finita elementmodellen, för att undersöka effekten av sättningar, gav inte en större insikt i hur sättningar påverkar tornspiran. Dessutom, var metoden för att tillämpa sättningar för oprecis och en annan metod borde användas. Mer arbete måste utföras vad gäller det ämnet. Sättet att tillämpa CDP för murverk kan också förbättras.