21% av de växthusgaser som släpps ut i Sverige kommer från byggsektorn. Motsvarande siffra för avfall är 40% (Boverket, 2023). Ett fokus måste därför ligga på att använda hållbara alternativ. KL-trä är förnyelsebart samt minskar genom sin höga prefabriceringsgrad avfall på arbetsplatsen (Ramboll, u.å). Trä har många fördelar, men det finns fortfarande en skepsis i byggbranschen när det kommer till större byggnader. Därför är det viktigt att studera och bli bättre på att hantera de svagheter som byggmaterialet har så att tröskeln för att använda det sänks och vi i byggbranschen kan jobba mot ett mer hållbart byggande. Denna studie fokuserar på problematiken stjälpning. En lätt stomme påverkas mer av horisontalkrafter än vad en tyngre gör. Kontroll av statisk jämvikt görs antingen för hand eller med datorhjälp. Finita Elementmetoden, FEM, är en kraftfull metod för att förutsäga hur byggnaden kommer bete sig. Ett problem med FEM-modeller är att de snabbt blir komplexa och svårtolkade. Stelkroppsmetoden är ett sätt att kontrollera statisk jämvikt genom en handberäkning. Byggnaden ses som en sammanhängande stel kropp som roterar kring läsidans nedre kant. Metoden är väldigt förenklad. I verkligheten kan man förvänta sig att byggnaden roterar kring en linje längre in och att det finns en eftergivlighet i väggarna som håller emot. Flytt av denna linje i markplan benämns i rapporten som momentpunkt. Hur mycket av mothållande vägg i lovart som beräknas stabilisera benämns som lastbredd. Syftet med studien är att skapa en bättre förståelse för FEM-modellen samt hur stelkroppsmetoden kan varieras för att skapa en mer verklighetstrogen bild. Detta för att i framtida byggnationer göra det enklare för konstruktören att välja KL-trä som byggmaterial. För att uppnå detta varieras momentpunktens placering och lastbredd av mothållande långsida i en handberäkning med stelkroppsmetoden som grund. Detta resultat jämförs mot en FEM-modell för att sedan se vid vilket värde på momentpunkt och lastbredd som beräkningarna korrelerar. Studien är både explanativ och explorativ och utförs som en fallstudie av jämförande karaktär. Referensobjektet är en sex våningar hög kontorsbyggnad under uppförande i Östersund. Stommen består av ytterväggar i KL-trä samt ett pelar-balksystem av limträ i byggnadens mitt. Resultatet från handberäkningen presenteras i en tabell där det är intressant att undersöka vid vilka kritiska punkter som statisk jämvikt ej infaller. För en momentpunkt som ej är indragen krävs det för denna byggnad en lastbredd på 5 av 29 meter. Flyttas momentpunkten in 4 m så krävs en lastbredd på 13 m. Enligt en icke modifierad stelkroppsmetod erhålls ett mothållande moment på 30 MNm vilket kan jämföras med det stjälpande momentet på 13 MNm. Det resulterande momentet uppgår då till 17 MNm. FEM-modellen korrelerar med handberäkningen med det resulterande momentet på 6,6 MNm då momentpunkten väljs till 4 m. Motsvarande lastbredd blir i handberäkningen 24 m. Momentpunkten 3 m ger en korrelation vid 10,1 MNm. Det ger en motsvarande lastbredd på 27 m. Vid en momentpunkt under 2 m ger FEM konsekvent högre resulterande moment. Någon rotationspunkt kunde ej finnas för FEM-modellen, med följden att den lastbredd och momentpunkt som FEM-modellen motsvarar i en handberäkning förblir obestämd. / 21% of the greenhouse gases emitted in Sweden originate from the building sector. The corresponding figure for waste is 40% (Boverket, 2023). Therefore, the focus must be on using sustainable alternatives. Cross Laminated Timber (CLT) is renewable, and through its high degree of prefabrication, reduces waste at the construction site (Ramboll, u.å). Wood has many advantages, but there is still skepticism in the building sector when it comes to larger buildings. Therefore, it is important to study the building materials weaknesses so that the threshold for using it is lowered. This study focuses on the challenge of overturning. A lightweight structure is more affected by horizontal forces than a heavier one. Checking of static equilibrium is done either by hand or with computer assistance. The Finite Element Method, FEM, is a powerful method used by computers for predicting how a building will behave. A problem with FEM models is that they quickly become complex and difficult to interpret. The rigid body method is a way of checking static equilibrium through calculations done by hand. The building is seen as a coherent rigid body that rotates around the lower edge of the leeward side. This method is very simplified. In reality, one would expect the building to rotate around a line further in, and the stabilizing walls not to be completely rigid. The placement of this line in relation to the origin line is referred to as the rotation line. Load width is defined as the width of the stabilizing wall in the windward direction that is included in the calculation. The study aims to create a better understanding of the FEM model and how the rigid body method can be varied to generate a more realistic model. This is to facilitate CLT as a building material in future constructions. To achieve this, the position of the rotation line and the load width are varied in a calculation done by hand using the rigid body method. This result is compared against a FEM model to analyze where the rotation line and load width correlate in the different models. The study is both explanatory and exploratory and is carried out as a case study of a comparative nature. The reference object is a six-story office building in Östersund. The structure consists of outer walls in CLT and a post and beam system of glulam in the center of the building. The result from the calculation done by hand is shown in a table. Critical values occur where static equilibrium no longer can be verified. For the origin line, a loading width of 5 out of 29 meters are required for this building. If the rotation line is placed 4 m inward, a load width of 13 m is required. According to an unmodified rigid body method, a resisting moment of 30 MNm is obtained, which can be compared with the overturning moment of 13 MNm. The resulting moment totals 17 MNm. The FEM model correlates with the hand calculation with the resulting moment of 6.6 MNm when the rotation line is placed 4 m inward from the origin line. The corresponding load width is 24 m in the calculation done by hand. The rotation line at 3 m gives a correlation at 10.1 MNm. This gives a corresponding load width of 27 m. For rotation lines below 2 m, FEM consistently gives higher resulting moments. The rotation line specific to the FEM model could not be found, with the consequence that the load width and rotation line that the FEM model corresponds to in a calculation done by hand remains undetermined.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-103439 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Loo, Andreas |
| 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 0.0026 seconds