Robusthet och fortskridande ras av 22-våningshus med trästomme

Abstract (Swedish)

Intresset för att bygga fler och högre trähus i Sverige har senaste tiden ökat bland annat
då trä är ett betydligt mer miljövänligt alternativ att bygga med än stål och betong. Stomsystem
i trä har dock ingen naturlig sammanhållning likt en platsgjuten betongstomme
och därför måste anslutningarna i en trästomme hanteras explicit.
RISE (Research Institutes of Sweden) driver en konceptstudie om höga bostadshus i
trä. Studiens mål är att designa och konstruera en 20-30 våningsbyggnad i de förädlade
trämaterialen limträ och korslimmat trä. Syftet med studien är att bygga kunskap om
högt byggande i trä hos deltagande aktörer. I detta examensarbete undersöks rotationsstyvheten
inverkan på koncepthusets robusthet i samband med olyckslast och lokalt brott.
Rotationsstyvhetens påverkan på koncepthuset har analyserats i finita element program
genom en global modell där simuleringar sker med metoderna fiktiv borttagning och reducering
av bärande element. En parameterstudie på rotationsstyvheten i olika kopplingar
som kan tillämpas på koncepthuset har även genomförts.
Resultatet i denna rapport visar att rotationsstyvheten är viktigt att beakta i projektering
för att skapa ett robust system som kan motstå fortskridande ras vid olyckslast.
För att bärande träelement ska kunna fördela laster i högre grad mellan varandra så
krävs det att kopplingar har rotationsstyvhet. Vid ökad rotationsstyvhet i vissa strategiska
kopplingar så kunde en reducerad nedböjning erhållas. Vidare studier krävs för att
konstatera olika kopplingars rotationsstyvhet samt undersöka rotationsstyvhets påverkan
på övriga stomsystem.

Abstract

The interest in building more and higher timber buildings in Sweden has recently increased,
for example, because wood is a much more environmentally friendly alternative to
construct with then steel and concrete. Frame system in wood has no natural cohesion like
a cast concrete frame and therefore the connection in a wooden frame must be managed
explicitly.
RISE (Research Institutes of Sweden) runs a conceptual study of high-rise timber buildings.
The aim of the study is to design and structurly analyse a 20-30 storey high building
in the processed timber products glulam and cross-laminated timber. The purpose with
the study is to increase the knowledge about constructing high-rise timber buildings at
participating actors. In this master thesis examines the rotational stiffness’s impact on
the concept building’s robustness in the event of accidental actions and local failure.
The impact of rotational stiffness on the concept building has been analysed in a finite
element program through a global model with simulations after fictitious removal and
reduction of supporting elements. A parameter study has also been done for rotational
stiffness that can be applied for the different connections in the concept building.
The result in the report shows that rotational stiffness is important to consider in designing
to create a robust system that can withstand progressive collapse in case of accidental
action. In order for load bearing wood elements to be able to distribute loads to a
greater extent between each other, connections need a rotational stiffness. With increased
rotational stiffness in some strategic connections, a reduced deflection could be obtained.
Further studies are required to determine the rotational stiffness of different connections
and to investigate the impact of rotational stiffness on other frame systems.

Popular Abstract (Swedish)

Vågar du bo i ett högt trähus?
I tider då urbaniseringen ökar och
bostadsbristen är stor i Sveriges
storstäder så behövs det nya lösningar
för att bygga högt, snabbt och
miljövänligt. Byggnader i trä är till stor
del miljövänliga men för att bygga högt i
trä så krävs tillräcklig robusthet för att
fortskridande ras inte ska uppstå.
RISE (Research Institutes of Sweden)
driver en konceptstudie om höga
bostadshus i trä. Studiens mål är att
designa och konstruera en 20-30
våningsbyggnad i de förädlade
trämaterialen limträ och korslimmat trä.
Syftet med studien är att bygga kunskap
om högt byggande i trä hos deltagande
aktörer. I examensarbetet ” Robusthet och
fortskridande ras av 22-våningshus med
trästomme” undersöks rotationsstyvhetens
inverkan på koncepthusets robusthet i
samband med exceptionell last och lokalt
brott.
Rotationsstyvhetens påverkan på
koncepthuset har analyserats i ett finita
element program genom en global modell
där simuleringar sker statiskt med
metoderna fiktiv borttagning och
reducering av bärande element. En
parameterstudie har utförts för att
analysera hur rotationsstyvheten i
kopplingar påverkar byggnadens förmåga
att fördela laster och vilka kopplingar som
är effektivast för just konceptbyggnaden. I
slutgiltiga analysen så sker fiktiv
borttagning av ett bärande element för att
konstatera förändringen av
utnyttjandegraden på grund av
rotationsstyvheterna som har införts för
kopplingarna.
Resultatet i examensarbetet visar att
rotationsstyvheten är viktigt att beakta i
projektering för att skapa ett robust system
som kan motstå fortskridande ras vid
olyckslast. Vid ökad rotationsstyvhet i
vissa strategiska kopplingar så kunde en
reducerad nedböjning erhållas. För att
bärande träelement ska kunna fördela laster
i högre grad mellan varandra så krävs det
att kopplingar har rotationsstyvhet. Vidare
så det observerats att spänningarna i
specifika kopplingar i byggnaden ökade
vid ökad rotationsstyvhet.

Vidare studier krävs för att konstatera olika
kopplingars rotationsstyvhet samt
undersöka rotationsstyvhets påverkan på
övriga stomsystem. Studier för att
konstatera rotationsstyvhet för anslutningar
i trä bör utföras samt noggrannare analyser
hur rotationsstyvheter påverkar
utvecklandet av alternativa lastvägar.
Studier kring hur rotationsstyvheter
påverkar byggnaden vid dynamiska
analyser skulle även vara av intresse då
olyckslaster och deformationer inte är helt
statiska fenomen.

• author: Gustafsson, Ruben and Malara, Mickael
• supervisor: Eva Frühwald Hansson; Marie Johansson
• organization: Division of Structural Engineering
• alternative title: Robustness and progressive collapse of a 22 – storey timber building
• course: VBK920 20171
• year: 2017
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: rotational stiffness, CLT, cross laminated timber, progressive collapse, ductility, robustness, accidental actions, engineered wood
• publication/series: TVBK-5261
• report number: TVBK-5261
• ISSN: 0349-4969
• language: Swedish
• additional info: Examinator: Roberto Crocetti
• id: 8918800
• date added to LUP: 2017-06-26 17:30:06
• date last changed: 2017-06-26 17:30:06