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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-67898 |
| Date | January 2018 |
| Creators | Lindberg, Albin |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Industriellt och hållbart byggande |
| 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 0.003 seconds