Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Design and Analysis of a Slanted Cable-stayed Building
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Structural Engineering and Bridges.
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Structural Engineering and Bridges.
2017 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The Tubed Mega Frame (TMF) is a structural system for high-rise building developed by Tyréns AB. Compared to conventional structural systems, the TMF is a coreless system that transfers the loads through the perimeter of the building instead and in turn enables ability to support new architectural shapes and forms of buildings. This thesis covers an initial study of a high-rise building with an unconventional shape implementing the TMF system, the Cable-stayed Building, which consists of a slanted tower with a cable-supported cantilever.

The study of the building was divided in to a geometrical study and a cable study. The geometrical study was carried out to gain an initial understanding of the global structural behavior by altering specific geometrical parameters. The cable efficiency in terms of total vertical forces was investigated in the cable study by comparing different cable arrangements, cable diameters and prestressing forces for a fixed global geometry. The studies were performed under linear and nonlinear static conditions using the finite element software SAP2000 and ETABS.

The results from the geometrical study showed that the cable efficiency increases in terms of larger vertical cable forces with a less inclined building and longer cantilever length. In addition, the results showed significant effects of geometric nonlinearities considering P-delta for different geometric cases. Furthermore, a study of the axial forces in the mega columns indicated that the most inclined building in which no uplifting forces and barely any tension occur along the mega columns, is the 7° incline with cantilever length 73.4 m.

As abovementioned, the efficiency of the cables was compared for different arrangements, cable diameter and prestressing forces. The results indicated that as the prestressing force increases, the efficiency of cables rises more for smaller cable diameter than for larger. Furthermore, the comparison of fan- and harp-shape cable arrangements showed that the latter, including three pairs of cables, gives the highest cable efficiency relative to the amount of steel required of the cantilever bracing system. Nevertheless, the study indicates that the cable forces are inherently dependent on many parameters, such as the sag effect considered in the modulus of elasticity and the stress inducing temperature, which in turn depends on cable diameter, prestressing force and cable arrangement.

To conclude the study, a modal analysis showed that the Cable-stayed Building is classified as a stiff building according to the guidelines from Council on Tall Buildings and Urban Habitat.

Further research on the structure could be carried out within different areas, as this thesis is only an initial study of the structure. For instance, material nonlinearities, dynamic responses of the building as well as soil structure interaction, should be investigated further. 

Abstract [sv]

Tubed Mega Frame (TMF) är ett bärande system för höghus utvecklat av Tyréns AB. TMF är, till skillnad från nuvarande konstruktioner, ett system utan en bärande kärna som överför laster via byggnadens perimeter istället, vilket skapar nya förutsättningar gällande arkitektoniska former på höghus. I detta projektarbete genomförs en förstudie på en byggnad med en ovanlig design, Snedkabel Byggnaden, bestående av ett lutande torn och en konsol som bärs upp av kablar. 

Studien är uppdelad i en geometrisk analys och en kabel analys. Den geometriska studien syftar till att få en uppfattning om hur det globala bärande systemet beter sig genom att variera vissa geometriska parametrar. Syftet med kabel studiens är att undersöka kablarnas effektivitet genom att jämföra den totala vertikala kabelkraften med olika kabelsystem, kabeldiametrar och förspänningar för en fastställd geometri av byggnaden. Statiskt linjära och ickelinjära strukturanalyser genomfördes för båda studier i finita element programmen SAP2000 och ETABS.

Resultaten från den geometriska studien visade att kabel effektiviteten ökar för en mindre lutad byggnad och en längre konsol, då kabelkrafterna ökar. Dessutom indikerar resultaten anmärkningsvärda effekter vid beaktandet av ickelinjäritet med P-delta för olika globala geometrier. En undersökning av axialkrafter i pelarna visar att den mest lutade byggnaden som inte ger upphov till upplyftande krafter och knappt några dragkrafter längs pelarna är byggnaden med 7° lutning och konsollängd på 73.4 m.  

Som tidigare nämnt undersöktes kablarna effektivitet genom att jämföra olika kabelsystem, kabeldiametrar och förspänningar. Resultaten påvisade att med högre förspänningar, desto mer ökar kabeleffektiviteten för mindre kabeldiameter än större. Dessutom visade jämförelsen mellan solfjäder- och harp-systemet att harp-systemet med tre kabelpar ger stört kabeleffektivitet i relation till stålmassan för stagningen i konsolen. Krafterna i kablarna beror i sig till stor del av exempelvis elasticitets modulen med hänsyn till kablarnas nedböjning och den spänningsinducerande temperaturen, som i sin tur beror på kabeldiameter, förspänning och kabelsystem.

Avslutningsvis utfördes en modalanalys som visade på att Snedkabel Byggnaden klassificeras som en styv byggnad enligt riktlinjer från Council on Tall Buildings and Urban Habitat.

Ytterligare studier på strukturen kan genomföras inom olika områden, då detta är en förstudie på byggnaden. Exempelvis på vidare forskning är att ta hänsyn till materialens ickelinjäriteter, byggnadens dynamiska respons samt samverkan mellan byggnad och grund. 

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , p. 82
Series
TRITA-BKN-Examensarbete, ISSN 1103-4297 ; 508
Keywords [en]
Tubed Mega Frame, high-rise buildings, SAP2000, ETABS, cable-stayed structures
Keywords [sv]
Tubed Mega Frame, höghus, SAP2000, ETABS, snedkabelstrukturer
National Category
Civil Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-209912OAI: oai:DiVA.org:kth-209912DiVA, id: diva2:1115156
External cooperation
Tyréns AB
Educational program
Master of Science in Engineering - Urban Management
Available from: 2017-06-26 Created: 2017-06-26 Last updated: 2017-06-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(6487 kB)138 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 6487 kBChecksum SHA-512
8e1a8557d9e93eb42c5a9c1bff8b4a06ef5b78e3e1cb6af03574e8c43f3a60085fc5d82c7a4613dbfd34346d62c1980d3ce6a5c1907b3df7d6a82e42d6bcb18a
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Structural Engineering and Bridges
Civil Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 138 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 264 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf