Träbyggandet har ökat drastiskt sedan år 1994 då den Europeiska unionen (EU) införskaffade ett byggproduktdirektiv, idag numera ersatt med byggproduktförordningen CPR, Construction Products Regulation. Från att träbyggandet tidigare främst inkluderat bostadsbyggande kan nu även föreskrivna funktioner godkännas för högre byggnader. Trämaterialets förmåga att binda koldioxid och utveckling av korslimmat trä, förkortat KL-trä, är två bidragande faktorer till att trä idag är ett uppmärksammat byggmaterial. Mer användning av trä i höga byggnader kan dock, på grund av dess låga vikt och styvhet, medföra känsligheter mot dynamisk vindpåverkan vilket kan vara en avgörande faktor vid dimensionering. Förhöjda accelerationsnivåer är en konsekvens av de dynamiska lasterna vilket som påföljd kan ha en negativ effekt på brukarna av byggnaden. I följande examensarbete studeras denna problematik för en standardiserad byggnad. Syftet med examensarbete är att undersöka hur implementering och användning av trä i en hög byggnad påverkar byggnadens dynamiska respons och koldioxidutsläpp. Studien fokuserar på att undersöka hur accelerationsnivåerna ser ut vid användning av konstruktionssystem som är helt eller delvis av trä samt vilket förändrat klimatavtryck detta medför jämfört med en standardiserad betongbyggnad. I första delen av fallstudien studeras accelerationsnivåerna för olika alternativa konstruktionssystem där majoriteten av stabiliseringen nyttjas genom stabiliserande skivor internt och externt i byggnaden. I fallstudiens andra del används resultaten från första delen för att iterativt skapa en modell med lägst möjliga koldioxidavtryck och som samtidigt uppfyller acceptabla accelerationsnivåer enligt ISO 10137. De studerade strukturerna modelleras upp i Finita Element programvaran FEM-Design 20 utifrån en framtagen grundmodell baserad på tidigare litteraturstudie. I programvaran utförs en modalanalys för att erhålla egenfrekvenser och svängningsmoder för de studerade strukturerna. Med dessa ingångsvärden beräknas accelerationsnivåerna för samtliga strukturer enligt riktlinjer i EKS11 och SS-EN 1991-1-4 samt jämförs med acceptabla accelerationsnivåer i ISO 10137. Med erhållna resultat används en iterativ process för att ta fram en struktur med minsta möjliga koldioxidavtryck. Klimatavtrycket jämförs med den standardiserade betongbyggnaden genom att beräkna och jämföra mängden koldioxidekvivalenter. Resultatet visar att det är mest fördelaktigt att nyttja intern stabilisering för att erhålla högre egenfrekvenser och lägre accelerationsnivåer. Strukturer som nyttjar extern stabilisering visar förhöjda accelerationsnivåer med jämfört med intern stabilisering. Dock visar användning av intern stabilisering att det är större sannolikhet att erhålla roterande svängningar som första svängningsmod, detta innebär att de stabiliserande väggarna bör adderas till strukturen med försiktighet. Användning av kombinerad intern- och extern stabilisering visar ingen påtaglig fördel, dock visar resultatet att sammanhängande skivor som bildar en stabiliserande kärna bidrar till en markant ökning i byggnadens styvhet. Den modell som tagits fram med minst klimatavtryck har ett pelar-balksystem i limträ med KL-träskivor i bjälklag och som stabilisering i byggnadens centrala delar. Beräkning av byggnadernas koldioxidavtryck visar en reduktion på , störst reduktion fås för bjälklagen. / Since year 1994, timber construction has increased dramatically due to that the European Union (EU) acquired a construction product directive, later replaced by the Construction Products Regulation (CPR). Timber construction has previously mainly included housing construction but is nowadays also used for high-rise buildings, this due to that the prescribed properties now can be approved for taller buildings. Two contributing factors to making timber a popular building material is its ability to bind carbon dioxide and the development of cross-laminated timber. On the other hand, using more timber in high-rise buildings can lead to sensitivities to dynamic wind loading due to its low weight and stiffness. This can be a decisive factor during design. Increased acceleration levels are a consequence of the dynamic loading which can have a negative effect on the users of the building. In following thesis this problem is studied for a standardized building. The purpose of the thesis is to investigate how implementation and the use of timber in high-rise buildings affects the building’s dynamic response and carbon dioxide emissions. The main focus is to study how the acceleration levels vary when using construction systems entirely or partly of timber and what carbon footprint this entails, compared to a standardized concrete building. In the first part of the case study, the acceleration levels for different construction systems are studied, where the majority of the stabilization is used internally and externally in the building. In the second part of the case study, the results from the first part are used to iteratively produce a model that have the lowest possible carbon footprint, as well as acceptable requirements regarding acceleration levels is achieved according to ISO 10137. The studied structures are modeled in the Finite Element software FEM-Design 20 based on a base model from a literature study. A modal analysis is performed in the software to obtain natural frequencies and mode shapes for the studied structures. With these input values, the acceleration levels can be calculated according to the guidelines in EKS 11 and SS-EN 1991-1-4, and then compared with acceptable acceleration levels in ISO 10137. With the results obtained, an iterative process is used to make a model with lowest possible carbon footprint. Lastly, the carbon footprint is compared with the standardized concrete building by calculating and comparing the amount of carbon dioxide equivalents. The results show that it is most beneficial to use internal stabilization in order to obtain higher natural frequencies and lower acceleration levels. Structures using external stabilization show increased acceleration levels by compared to internal stabilization. However, the use of internal stabilization shows that rotational mode shapes are more likely to be obtained as the first mode shape, this means that the stabilizing walls should be added to the structure with caution. The use of a combination of both internal and external stabilization shows no significant improvements. However, the results show that continuous walls forming a central core contributes to a significant increased stiffness for the structure, compared to separately placed walls. The final model with the lowest possible carbon footprint has a column-beam system in glulam with cross-laminated timber in the floors, and as stabilization in the central parts of the building (core). Calculation of the building’s carbon footprint shows a reduction of , the largest reduction is achieved in the floors.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-89472 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Timmerbäck, Nilesh |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0032 seconds