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
Byggbara höga modulhus: Dynamisk analys av punkthus med trästomme
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering.
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering. Mr.
2019 (Swedish)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Buildable high-rise modular housing : Dynamic analysis of timber buildings (English)
Abstract [sv]

I denna studie studerades det hur ett 14 våningar högt bostadshus med en kärna av korslaminerat trä (KL-trä) och färdiga lägenhetsmoduler med regelstomme kan byggas på ett industrialiserat och enkelt sätt. Våningsantalet och produktionstypen fastslogs tidigt, i samråd med RISE, för att effektivt kunna granska ett sannolikt sätt att bygga hus i en nära framtid.

Dynamiska modalanalyser utfördes för byggnadens olika modeller i FEM-programmet Robot Structural Analysis (kommer fortsättningsvis även beskrivas som Robot) för att ta fram egenfrekvenser. Sedan följdes en beräkningsgång från Eurokod och EKS för att ta fram den toppacceleration som vind orsakar på byggnadens högsta plan. Detta värde jämfördes sedan med det rekommenderade komfortkravet från ISO 10137.

Byggnaden som studerades är ett punkthus med en central kärna och 14 moduler, av storlek 4 x 8 meter, per våning. Dessa placeras runt den 8 x 8 meter stora kärnan, vilket gav ett totalt fotavtryck på 24 x 24 meter. Över 20 olika datormodeller studerades där bland annat variationer av placering och mängd av KL-trä i fasad, placering och andel betong i huset och påverkan från gipsskivor i inner- och ytterväggar. Även infästning mellan moduler tillhör några av de ändringar som studerades.

Resultatet visar att det är möjligt att bygga den modell som benämns 1400KL i vindlastzon 24 och terrängtyp tre, förutsatt att den mekaniska dämpningen är satt till 2 procent.  Det framgår även att modulernas egna lägenhetsavskiljande väggar har signifikant betydelse för stommens totala stabilitet och att en ökning av styvheten i dessa är ett effektivt sätt att förbättra de dynamiska egenskaperna.

Betydelsen av mycket massa högt upp i byggnaden är också tydlig utifrån detta arbete. Det framkommer även att stabila betongvåningar nederst i stommen bidrar mycket till att förhindra att översta våningen i huset rör sig obehagligt mycket vid stor vindbelastning på byggnaden. Detta är en beprövad teknik i basen av flertalet hus som byggs idag.

Rotation har visat sig vilja förekomma i de tidigare modeller som använts i denna rapport. Detta är något som måste testas specifikt för alla varianter av basmodellen då rotation är ofördelaktigt ur dynamisk aspekt, då det saknas beräkningssätt för dynamiskrotation i teorin från Eurokod.

Generellt kan tillägas att ett 14 våningar högt trähus i vindlastzon 26 och terrängtyp 0 har väldigt svårt att klara av de dynamiska förutsättningar som krävs utan att husets stabiliserande element till största del består av betong. Däremot finns flera trä-modeller i denna rapport som klarar vindlastzon 25 och terrängtyp tre, en mycket mer vanlig situation.

Enklare statisk analys antyder att limträpelares dimensioner möjliggör montage mellan moduler utan större produktionsanpassning. Även korslaminerat trä inkluderas fördelaktigt i kärna och fasad, innanför och utanför modulerna, utan att det påverkar de traditionella konstruktionsmetoderna för vare sig moduler eller KL-stomme väsentligt.

Abstract [en]

In this study, it was examined how a 14-story tall residential building with a core of cross laminated timber (CLT) and prefabricated apartment modules can be built in an industrialized manner. The number of floors and production type were determined early, in consultation with RISE, in order to effectively examine a likely way of building houses in the near future.

Dynamic modal analyses were performed for the building's various models in the FEM program Robot Structural Analysis to generate eigen frequencies. Then the method provided in Eurocode and EKS were followed to calculate the top acceleration that the wind causes at the buildings highest floor. This value was then compared with the recommended comfort requirement from ISO 10137.

The studied building is a high-rise tower block house with a central core and 14 modules of size 4 x 8 meters per floor. These were placed around the 8 x 8-meter-wide core, giving a total footprint of 24 x 24 meters. Over 20 different computer models were studied with variations in placement and amount of CLT in facade, placement and number of concrete floors and walls. The impact of gypsum inner and outer walls is also being tested. Connections between modules also belongs to some of the changes that were being made between models.

The result shows that it is possible to build the model named 1400KL in wind zone 24 and terrain type III, with the mechanical dampening set at two percent. It is also apparent that the walls of modules separating apartments have considerable significance for the overall stability of the frame and that increasing their stiffness is an effective way of improving dynamic properties.

It can be concluded from this study that placing a substantial mass at the top of the building is of high importance. It also appears that rigid concrete stories at the bottom of the core contribute greatly to prevent the top floor of the house from exceeding the comfort criteria under high wind loads. This is a widely used technique in the base of houses being built today.

Rotation has been shown to appear in the models used in this work. This is something that must be tested specifically for all variants of the base model since rotation is disadvantageous from a dynamic aspect. This is due to the fact that the codes do not consider dynamic rotation.

In general, a 14-storey high-rise wooden house in wind zone 26 and terrain type 0 does not fulfil the comfort requirements without most of the stabilizing elements of the house being concrete. On the other hand, there were several wooden models in this study that can endure wind zone 25 and terrain type III, a much more common situation.

A simplified static analysis suggests that glulam columns can have dimensions that allow them be placed between modules without major adaptation in production. Also, cross-laminated timber is advantageously included in the core and facade, inside and outside the modules, without significantly affecting the traditional design methods for modules or the cross-laminated frame.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 87
Keywords [en]
CLT, Cross laminated timber, Modal analysis, Industrial production
Keywords [sv]
KL-trä, Korslaminerat trä, Modulanalys, Industriell produktion
National Category
Civil Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-74060OAI: oai:DiVA.org:ltu-74060DiVA, id: diva2:1318458
External cooperation
RISE
Subject / course
Student thesis, at least 30 credits
Educational program
Civil Engineering, master's level
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-05-28 Created: 2019-05-27 Last updated: 2019-05-28Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3424 kB)44 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3424 kBChecksum SHA-512
9dc06cf99efe7a22c6d441c1082f3296c17ac6033d7ac7af1f4f5c67227ac7225f844780bcc55672172d34fe208e03869b8d7b3caafb983b8419e428dafd846f
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Häggström, RickardOlsson, Pär
By organisation
Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering
Civil Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 44 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: 63 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