In high rise towers, reinforced concrete elevator shafts with coupling beams are extensively used as a principal structural element to resist lateral loads. The lateral load resistance of the tower is dominantly dependent on the stiffness of the load-bearing walls, and coupling beams connecting them. In an interest to study the reduction in the stiffness of high rise tower due to cracking in the coupling beams, variability in the reinforcement content, concrete grade and the effect of joint flexibility at the beam-wall intersection, this master thesis presents the analytical and finite element approaches to determine the equivalent height of the concrete coupling beams and the overall global stability of the high-rise tower. A comprehensive parametric study on 240 combinations of reinforced concrete coupling beams and 48 models of the global tower has been carried out to backtrack the effective stiffness of the RC coupling beams from the load-deflection curve. As a result, the stiffness and the equivalent height of coupling beams are computed and plotted as a function of the concretegrade, reinforcement content and aspect ratio. Additionally, the tip deflections of the towers for both the cracked & reinforced and un-reinforced & un-cracked models are also plotted as functions of the concrete grade, reinforcement content and aspect ratio.The obtained results show that the stiffness ratio and the ratio of the equivalent height to the normal height increase with the increase in the longitudinal reinforcement ratio and aspectratio but decrease with an increase in the concrete grade for both analytical and finite element methods. The tip deflection of tower is not significantly affected by an increase in the reinforcement content of slender coupling beams and vice versa for both the analytical and the finite element method. Independently of the slenderness of the composing coupling beams, the stiffness increases significantly with an increase in the concrete grade. These results show a good picture on how to choose the equivalent height in the model with no reinforcement. So, the developed diagram will be a more practical method for the designer of awhole building at the early stage design. Thick coupling beams need to be reinforced to reach the gross section’s stiffness while slender sections will have a higher stiffness with reinforcement. This would help the designer to find a more rational model without reinforcement. Using Hans Petersson’s analytical method, regarding the joint flexibility at the beam wall intersection, to exploit the full capacity of a concrete coupling beam section, the stiffness should be reduced. For global models, independently of the slenderness of the composing coupling beams, the stiffness increases significantly with an increase in the concrete grade. / I höghus används hisschakt av armerad betong tillsammans med kopplingsbalkar i stor utsträckning som främsta konstruktionselement för att motstå horisontella laster. Tornets horisontella bärförmåga är beroende av analytiska studier och studier med finita element metoden styvheten hos de bärande väggarna, och kopplingsbalkarna som förbinder dem. För att studera minskningen av styvheten i höghustorn på grund av sprickbildning i kopplingsbalkar, variationen i armeringsmängden, betongkvaliteten och effekten av ledflexibilitet vid balk-vägg-knutpunkten, presenterar detta examensarbete kopplingsbalkarnas effektiva styvhet och höghusets globala stabilitet. En omfattande parametrisk studie på 240 olika kombinationer av armerade kopplingsbalkar och 32 modeller av ett höghus har genomförts för att härleda den effektiva styvheten i de armerade kopplingsbalkarna från last-deformationskurvan. Som ett resultat beräknas styvheten och den ekvivalenta höjden av kopplingsbalkarna och plottas som funktion av betongkvaliteten och armeringsmängden. Dessutom modelleras höghuset för både spruckna & armerade kopplingsbalkar samt oarmerade & ospruckna kopplingsbalkar för att erhålla utböjningen av höghusets topp. Resultatet plottas som funktion av betongkvaliteten och armeringsmängden. De erhållna resultaten visar att styvhetsförhållandet och förhållandet mellan ekvivalent höjd till normal höjd ökar med mer längsgående armering och tvärsnittsförhållandet men minskar med en ökning av betongkvaliteten för både den analytiska och finita elementmetoden. Utböjningen av höghusets topp påverkas inte nämnbart av en ökning av armeringsmängden i de slanka kopplingsbalkarna och vice versa för både den analytiska och finita elementmetoden. Oberoende av slankheten av kopplingsbalkarna ökar styvheten betydligt med en ökning av betongkvaliteten. Dessa resultat visar en bra bild på hur man väljer ekvivalent höjd i modellen utan armering. Därmed kommer det framtagna diagrammet vara en mer praktisk metod för att i ett tidigt skede konstruera en hel byggnad. Tjocka kopplingsbalkar måste armeras för att nå tvärsnittets styvhet medan smala tvärsnitt kommer att ha en högre styvhet med armering. Detta skulle hjälpa konstruktören att hitta en mer rationell modell utan armering. Med hjälp av Hans Peterssons analytiska metod, angående ledflexibiliteten vid balk-väggknutpunkten, bör styvheten minskas för att utnyttja den fulla kapaciteten hos en betongkopplingsbalk. För globala modeller, oberoende av de slanka kopplingsbalkarna, ökar styvheten betydligt med en ökning av betongkvaliteten.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-290589 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Woldemikael, Brook Worku |
| Publisher | KTH, Betongbyggnad |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ABE-MBT ; 20820 |
Page generated in 0.0165 seconds